氧气质量转移-ICP-MS/MS测定食品中硒的含量

【核心介绍】本文阐述了一种使用ICP-MS/MS的氧气质量转移法（O2 MS/MS）测定食品中的硒（Se）的含量的方法，样品经微波消解处理，然后直接用ICP-MS/MS测定。国家有证标准物质松针标样（NIST1575a）和糙米标样（NMIJ7531a）的测定结果说明，其分析值都在标值范围内，加标回收率为96.83-104.98%，平均回收率为99.2%-104.2%，精密度（重复性）小于5%，该方法还具有很低的检测限（0.008μg/g）和很好的线性，完全能满足食品微量分析的要求。多种实际样品的硒含量测定进一步说明， 　

氧气质量转移-ICP-MS/MS测定食品中硒的含量

徐芝亮¹ 吴海燕^2※

（1、江西省分析测试研究所，南昌，330029；2、江西省农业科学院，南昌，330000）

 

摘  要：本文阐述了一种使用ICP-MS/MS的氧气质量转移法（O2 MS/MS）测定食品中的硒（Se）的含量的方法，样品经微波消解处理，然后直接用ICP-MS/MS测定。国家有证标准物质松针标样（NIST1575a）和糙米标样（NMIJ7531a）的测定结果说明，其分析值都在标值范围内，加标回收率为96.83-104.98%，平均回收率为99.2%-104.2%，精密度（重复性）小于5%，该方法还具有很低的检测限（0.008μg/g）和很好的线性，完全能满足食品微量分析的要求。多种实际样品的硒含量测定进一步说明，该方法还有简便、快捷、高效等优点。

关键词：三重串联电感耦合等离子质谱（ICP-MS/MS）；微波消解；食品；硒（Se）

中图分类号：TS207

 

Determination of Selenium in Food by using O₂ as the Reaction Gas - Triple Quadrupole Inductively Coupled-Plasma Mass Spectrometry

Xu Zhiliang¹; Wu Haiyan^2※

(1.Analysis and Testing Research Institution of Jiangxi Province; Nanchuang 330029 China; 2.Jiangxi Academy of AgriculturalSciences,Nanchang,Jiangxi 330200,China)

Abstract: A method for direct determination of Se in food by ICP-MS /MS was developed．The samples were prepared by microwave digestion, and were determinated by triple quadrupole mass spectrometry using O₂ as the reaction gas in collision /reaction cell. This method was verified by analyzing the national reference material (Pine Needle powder(NIST1575a) and Brown Rice(NIST1575a)).The results showed analytical values were in good agreement with the certified value. The addition standard recoveries of Se were in the range of 96.83-104.98%,and average rates were 99.2%-104.2%.Precision repeatabilities were less than 5%. The method also had a very low detection limit(0.008ug/g) and good lineality. It can be fully satisfied for analysis of trace element in food. The determination of multiple of real samples further proved that the method also has fast, simple, efficient and other advantages. 

Keywords: Triple quadrupole inductively coupled-plasma mass spectrometry; Microwave Digestion; Food; Selenium

硒(Se)作为人体必需的生命元素，不仅可以防癌抗癌、抗氧化而且可以大大提高人体免疫力的功效，因此科学家称其为人体微量元素中的“抗癌之王”^[1]。人体缺硒会出现患克山病，心脏病，白内障，新生儿溶血性贫血等病症^[2]，因此硒元素与人体正常的新陈代谢、健康和发育有直接关系^[3]。但硒过量的摄入也会对人体造成毒害^[4]。随着生活水平的提高，人们健康意识也随之增强，市场的富硒保健品和富硒食品越来越得到人们的青睐，因此对这些保健品和食品中硒的检测具有很重要的意义。

目前，测定硒(Se)的方法主要有分光光度法^[5-6]、联苯胺比色法^[7]、石墨炉原子吸收法^[8-9]、高效液相色谱法^[10-12]、氢化物-原子荧光光谱法^[13-16]、电感耦合等离子体质谱法^[17-19]等方法测定微量硒元素；而分光光度法、联苯胺比色法要求在均匀透明的溶液中进行显色和测定，并且各步骤之间衔接不够紧密，容易引入实验误差^[20]。由于硒是容易挥发元素，当使用石墨炉原子吸收法测定硒时，原子化温度升至300℃时硒元素会有所损失，需要选择不同的基体改进剂^[9]，这就必然会带来污染。原子荧光法和高效液相色谱法虽然具有较高的灵敏度，但是前处理需要多次萃取提纯，存在操作繁琐、费时、易污染、等不足^[21]，不利于大批量样品的测定。由于Se第一电离能高（IP=9.75eV）,电离不充分，在高基质样品中会受到信号抑制，再加上所有对分析有用的Se的同位素都存在多种质谱干扰（见表1），致使ICP-MS很难准确定量样品中痕量级Se的含量。所以对于Se的检测急需建立一种简便快捷、准确稳定、能批量测定各种食品中痕量Se的方法。

三重串联四极杆ICP-MS(ICP-MS/MS)是配置八级杆碰撞池（碰撞池位于两个四级杆质量过滤器之间）的质谱仪；该仪器的特点是串联质谱仪配置中质量选择分为两个独立的步骤，可以完全控制池中离子、分子发生的化学反应；第一个四级杆质量过滤器（Q1）只允许指定质荷比的离子进入气体加压八极杆反应池，阻挡了所以其他质荷比的离子， 通过碰撞池反应池（碰撞反应气体H₂、O₂、NH₃）后，第二四级杆质量过滤器（Q2）只选择从反应池中出来的目标质荷比离子，阻挡了所以其他质荷比离子，可以有效的解决多原子离子、基体等的干扰^[22-23]。本研究用微波消解样品，运用ICP-MS/MS检测食品样品中的痕量的硒。

 

表1 Se同位素的质谱干扰

Table 1 Se-isotopes their abundances and interfering ions

硒同位素	丰度(%)	干扰离子
Analyte	Abundance	Ions causing spectral interference
77	7.63	39K38Ar+,61Ni16O+,59Co18O+，76GeH+,76SeH+，40Ar37Cl+,40Ca37Cl+，154Sm++,154Gd++
78	23.77	78Kr+，40Ca38Ar+，62Ni16O+，77SeH+，41K37Cl+，156Gd++,156Dy++，38Ar40Ar+,39K39K+
80	49.61	80Kr+，40Ca40Ar+，64Ni16O+, 64Zn16O+32S216O+,32S16O3+，79BrH+，45Sc35Cl+， 160Gd++,160Dy++40Ar40Ar+,40Ca40Ca+
82	8.73	82Kr+，42Ca40Ar+，66Zn16O+，81BrH+，45Sc37Cl+164Dy++,164Er++

1实验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent 8800 三重串联电感耦合等离子体质谱仪( ICP-MS/MS)；超纯水：由Milli-Q超纯水系统制备；微波消解仪：CEM(Mars 6 Classic)；硒单元素溶液标准物质（GBW(E)080215），100µg/mL，生产厂家为中国计量科学研究院；调谐溶液：ICP-MS-MS储备调谐溶液（Ce、Co、Li、Mg、Tl、Y），10mg/L，美国安捷伦有限公司；内标溶液：ICP-MS-MS储备混合内标溶液（Bi、Ge、In、Li、Lu、Rh、Sc、Tb），10mg/L，美国安捷伦有限公司； 松针标样（NIST1575a）,含硒量为0.039±0.002mg/kg；糙米标样（NMIJ7531a）,硒含量为0.280±0.009 mg/kg；浓硝酸（含量65%），UP级，苏州晶瑞化学有限公司；过氧化氢（H₂O₂）（含量30%），GR级，国药集团化学试剂有限公司；检测样品：富硒菊花，富硒米，富硒口服液，富硒鸭蛋（送检样品）。

1.2标准溶液配制                                                                                         取相应体积硒（Se）单元素溶液标准物质，配置成1mg/mL硒标准储备液；再取相应体积的硒标准储备液，用2%的硝酸溶液稀释成系列溶液标准，浓度分别：0,10,50,100μg/L。

1.3仪器参数

通过实验优化，获得了以下参数( 见表2)，用于测定，并根据反应池采用的反应气体，相应的选择同一质量数模式（SQ）或者是双质量数模式（MS/MS）。

 

表 2 ICP-MS/MS 参数

Table 2 Parameters of ICP-MS/MS for each gas mode

 

1.4样品处理

准确称取0.5000g样品，小心倒入到洁净的微波消解管中，加入少量的超纯水润洗四周，向消解管中缓慢加入5mL HNO₃和2mLH₂O₂，盖好盖子放到微波消解仪中，微波消解仪按表3设定的参数消解，用超纯水定容50mL容量瓶中。采用相同步骤制定试剂空白；按表2设定ICP-MS/MS的参数进行测定，内标元素In、Rh、Sc通过T型三通管在线引入。

 

表3 微波消解条件

Table 3 Conditions of microwave digestion instrument

2   结果与讨论

2.1池反应气消除质谱干扰的效果研究

从硒（Se）同位素质谱干扰（表1）可以看出其主要干扰物质为钙的氩化物（如⁴⁰Ca³⁸Ar⁺⁴⁰，Ca⁴⁰Ar⁺）、氧化物、氢化物（如⁷⁹BrH⁺）、氯化物和稀土元素的双电荷。通过测定配制合成基质（内含：1%HNO₃、0.5%HCl、100ppbBr、100ppmCa、1ppmREE）来判断不同的池气体干扰消除的效果。从图1可知氧气质量转移法（O₂ MS/MS）可使⁷⁸Se的测量在所测试的合成基质的范围内受到的干扰最小。

图1 不同的池气体在合成基质中干扰消除效果的结果

 

 

2.2 采用氧气质量转移法（O2 MS/MS）去除质谱干扰的有效性

 使用氧气质量转移法（O2 MS/MS）时，通过测定M+16amu来测量分析物（比如⁷⁸Se用94amu的⁷⁸Se¹⁶O⁺进行测定）。用常规的四级杆ICP-MS时，样品中存在的任何⁹⁴Mo、⁹⁴Zr都会对该质量数的测定产生干扰。然而采用MS/MS模式时，Q1设置为Se+的离子的质量78amu,则⁹⁴Mo、⁹⁴Zr可被Q1除去，将Q2设置为SeO⁺离子质量94amu,可消除¹⁵⁶ Gd ⁺⁺。即使Gd形成了GdO ⁺⁺,也能被Q2消除，因为¹⁵⁶Gd¹⁶O ⁺⁺的表现质量（m/z）是172/2（86amu）。图2是MS/MS设置的图解。

图2 ICP-MS/MS在MS/MS的模式下采用O2质量转移法测定⁷⁸Se

 

2.3线性及检出限

直接分析标准溶液，以各元素的每秒计数（CPS）与内标元素的每秒计数（CPS）的比值（y）对每个标准溶液对应的浓度 (x，用μg/L或mg/L表示) 作回归曲线，得到硒（Se）元素的标准曲线，线性方程为 Y=4.3477E-005*X+7.5880E-006，R=1.0000 ,BEC=0.1740μg/L（见图3）；以分别连续分析11次Se-0ppb，得到的CPS，计算11次的CPS的标准偏差(SD),以3 SD对应的浓度为硒（Se）的仪器检出限0.080μg/L，仪器检出限乘上样品的稀释倍数为方法的检出限0.008μg/g。

图3 Se的标准曲线

Fig.3 The standard curve of Se

 

2.4 方法准确性及精密度

准确称取松针标样（NIST1575a）和糙米标样（NMIJ7531a）0.5000g,按2.4操作，得到100mg/L待测样品溶液， 以独立测定6次样品溶液，得到的浓度，计算硒（Se）的浓度的RSD表示进样精密度，结果见表4。从表中可知松针标样（NIST1575a）和糙米标样（NMIJ7531a）的最终测定值分别为0.040mg/kg和0.283mg/kg都在标值范围内，精密度为4.34%和0.65%，均小于10%，满足进样精密度的要求。

表4 方法的准确性和精密度

Table 4 The method of sampling veracity and precision

样品	测定值 (μg/L)						平均值(μg/L)	最终值（mg/kg）	精密度
Sample	Measured Value						Mean value	Final value	(RSD,%)
NIST1575a松针	0.37	0.39	0.41	0.40	0.42	0.42	0.40	0.040	4.34
NMIJ7531a糙米	2.84	2.85	2.84	2.81	2.82	2.80	2.83	0.283	0.65

 

2.5 加标回收率

在100mg/L松针标样（NIST1575a）和糙米标样（NMIJ7531a）溶液中分别加入1.0μg/L、5μg/L、10μg/L的硒（Se）的标准溶液。计算回收率，回收率％ = (浓度测定值-基体浓度)/加标理论浓度× 100%。结果见表5；3个浓度加标水平的回收率为96.83-104.98%，平均回收率为99.2%-104.2%，介于80%-120%之间，满足准确度要求；表明在此条件下有足够的灵敏度，方法准确可靠。

表5 样品中Se的加标回收率及RSD%

Table 5 The adding standard recovery of Se in the samples

样品	基体浓度	加标理论	测定浓度			回收率(%)			平均回收率
Sample	(μg/L)	浓度(μg/L)	(μg/L)			Recovery rate			Mean(%)
	Matrix	Injection	Measure sample
NIST1575a	0.40	1.00	1.43	1.45	1.45	103.33	104.74	104.61	104.2
松针		5.00	5.28	5.65	5.30	97.53	104.98	97.94	100.2
		10.00	10.46	10.61	10.53	100.60	102.14	101.31	101.3
NMIJ7531a	2.83	1.00	3.88	3.84	3.84	104.81	100.53	101.23	102.2
糙米		5.00	8.01	8.07	7.86	103.55	104.89	100.61	103.0
		10.00	12.54	13.20	12.51	97.10	103.73	96.83	99.2

 

2.6 实际样品分析

采用本方法对送测得样品进行分析检测。结果见表5. 准确称待测样品0.5000g,按2.4操作，得到100mg/L待测样品溶液，

表6 测定结果

 

3.结论

食品中硒的含量一般较低，传统的原子荧光光谱法无法达到需要的高灵敏度与稳定性；各种食品基体不一，再加上所有对分析有用的Se的同位素都存在多种质谱干扰，这就导致ICP-MS也很难准确测定痕量级Se的含量。本文建立了微波消解-ICP-MS/MS测定食品中的硒的分析方法；通过研究发现元素硒（Se）使用ICP-MS/MS的O₂质量转移模式成功的消除了多原子以及双电荷离子等的干扰，得到硒（Se）的BEC为0.1740μg/L；结果表明，本方法可以适用于各种基体的食品可以不通过基体分离直接测定各种食品中痕量的硒（Se）,样品经微波消解后可以直接商机测定，大大的缩短了检测时间，提高了检测效率，适用于大批量的食品样品中硒（Se）的检测。

 

参考文献

[1]王秀红.微量元素硒与人体健康[J].微量元素与健康研究，2006,23（1）：66-67.

[2]孔祥瑞.必需微量元素：第一版[M].安徽科学技术出版社，1982.(Kong Xiang-rui. Essential Trace Elements(First Edition).Anhui Scientific and Techmical Press,1982.)

[3]孔祥瑞.必需微量元素的营养、生理及临床意义[M]. 安徽科学技术出版社，1982.( Kong Xiang-rui. Nutrition Physiology and Clinic Meaning of Essential Trace Elements.Anhui Scientific and Techmical Press,1982.)

[4]Ohlendorf H M,1989. Bioaccumulation and effects of seleniumin wildlife. In: Selenium in Agriculture and Environment.Madison, Wisconsin, USA: Soil Science Society of AmericaSpecial Publication.133-177.

[5]陈懿.固相分光光度法测定食品中的痕量硒[J].贵州农业科学,2012,40(4):62-65.

[6]刘娟,焦华.分光光度法测定大米中硒含量[J].光谱实验室,2012,29(4): 2376-2379.

[7]刘娜,朱棠君,赵志湘.联苯胺比色法测定饲料中有机硒的含量[J].中国畜牧杂志,2010,46(24):54-55.

[8]黄高明.石墨炉原子吸收法测定富酸奶中有机硒[J].中国酿造,2009,27(5): 161-164.

[9]弓巧娟,杨海英.石墨炉原子吸收法测定黑花生中的硒[J].分析测试学报, 2011(2): 218-221.

[10]韦淑毅,钟其顶,高红波,等.高效液相色谱法检测富硒酵母中的硒代蛋氨酸[J].食品研究与开发,2012,33(8):164-168.

[11]施能进.高效液相色谱法测定蛋氨酸硒[J].饲料研究,2011(3):40-41.

[12]BUNKER V W, DELVES H T. Accurate Determination of selenium inbiological materials without perchloric acid for digestion[J]. AnalyticaChimica Acta,1987,201:331-334.

[13]SEHLOSKE L, WALDNER H. Marx optimization of samplepre-treatraentin the HG-AAS selenium analysis[J].AnalyticalBiochemistry,2002,372(2):700-704.

[14]杨莉丽，张德强，高英，苑春刚等.氢化物发生-原子荧光光谱法测定中草药中的硒[J].光谱学与光谱分析，2003,23（2）：368-370.

[15]苟体忠，唐文华，张文华，刘少友等. 氢化物发生-原子荧光光谱法测定植物样品中的硒[J].光谱学与光谱分析，2003,23（2）：1400-1404.

[16]于振花，荆淼，黄彦良，王小如.微波消解-电感耦合等离子质谱法测定食品中硒的含量[J].食品研究与开发，2009，30（10）：100-103.

[17]刘军，陈建平. 微波消解-电感耦合等离子质谱法测定灵芝孢子粉中鍺和硒[J].食品科学，2008,29（12）：531-532.

[18]黄薇，符氏锦，王旭日，贾振亚.微波消解-ICP-MS测定土壤及植物中硒的含量[J].广州化工，2014，42（23）：146-148.

[19] 方国桢，张波．固相分光光度法进展[J]．有色冶矿，1997(1):55-59.

[20]许卉,贺萍．催化褪色光度法测定海洋生物中痕量硒[J]．分析化学，2003，31(10)：1244-1246．

[21]Wu W M, Liu H L, Zhang T F. Direct Determination of 14 Trace Rare Earth Elements inHigh Purity Nd2O3 by Triple Quadrupole InductivelyCoupled-Plasma Mass Spectrometry[J]. Chinese Journal of Analytical Chemistry，2015,43(5),697-702.(吴伟明,刘和连,郑腾飞. 三重串联电感耦合等离子体质谱法直接测定高纯氧化钕中14 种稀土杂质元素[J].分析化学研究报告,2015,43(5),697-702.)

[22]Lieve B, Glenn W, Martin R. Accurate determination of S in organic matrices using isotope dilution ICP-MS/MS[J].The Royal Society of Chemistry,2013,28:33-39.

 

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