食品中多种元素检测方案(ICP-AES)

智能文字提取功能测试中

使用配备切换阀的 ICP-OES 对食品中的多种元素进行常规测量 该方法经济有效，可满足中国标准方法测量16种元素的要求 作者 前言 Peter Riles 安捷伦科技公司澳大利亚墨尔本 食品的元素污染有许多种来源，包括但不局限于灌溉、土壤中的元素、空气中的元素以及空气污染物沉淀入水和/或土壤等等。因此需要对痕量元素进行准确的低浓度分析，这对于定期食用的食品尤为重要。 中国的 GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》规定了硝酸消解后使用 ICP-OES测量16种元素的方法。砷、汞和镉等其他元素的测定方法对准确度有一定要求，需要通过 ICP-MS 进行痕量分析。在本研究中，使用配备高级阀系统 (AVS 6) 6 通切换阀的 Agilent 5110同步垂直双向观测 (SVDV) ICP-OES 测定米粉标准参比物质 (SRM)中的铝、硼、钡、钙、铜、铁、钾、镁、锰、钠、镍、磷、锶、钛、钒和锌元素含量。目的是开发一种高通量且经济有效的方法，同时满足法规方法对准确度的要求。 仪器 使用配备 AVS 6 六通切换阀的 Agilent 5110 SVDV ICP-OES 对GB5009.268-2016方法进行分析和验证。5110使用即插即用式炬管，可自动对齐炬管并连接所有气体。此炬管安装简便，消除了设置仪器时不同操作人员引起的人为误差，可实现快速启动。质量流量控制器用于三条氩气管线，在相当长的时间里具有出色的等离子体稳定性，并且可以带来可重现的结果。 作为法规方法， GB5009.268-2016 规定了验证数据质量所需的性能和质量控制(QC)测试。使用5110ICP-OES可轻松实现GB5009.268-2016 对16种指定元素的检测限要求。该仪器的SVDV 配置通过轴向分析较低丰度元素，同时使用垂直观测测量较高丰度元素，因此具有更高的灵敏度。 SVDV 还具有宽广的线性动态范围，同时保持出色的检测则。 5110 SVDV ICP-OES 使用智能光谱组合(DSC) 将径向发射与轴向发射的光组合，从而实现真正的同步测量。5100 SVDV ICP-OES 的独特功能缩短了样品间的分析时间，同时还减少了分析时氩气和其他试剂的使用量[2]。 Agilent AVS 6 用于进一步提升此应用的速度和性能。此切换阀采用高速正排量泵 (PDP) 来缩短提升和清洗时间。此系统使用精准气泡注入控制技术进样至样品流中，可最大限度延长读取时间，并优化分析精度。与其他阀系统上的典型真空泵相比，PDP可靠性更高，所需的维护更少。AVS 6 完全集成于 ICP-OES 硬件中，并可通过 ICP Expert 软件进行控制，因此易于设置和操作。阀系统自动将样品输送至雾化器。 硼是 GB5009.268-2016要求测定的分析物。由于B通常存在于由硼硅酸盐玻璃制成的 ICP玻璃器皿中，因此使用惰性雾化室和雾化器。标准安捷伦 SVDV 管中使用 1.8 mm 石英中心管。雾化室是由 PTFE 制成的双通道旋流雾化室， MiraMist 雾化器由 PEEK 制成。通常情况下，在样品前处理中需要 HF 时使用惰性材料。惰性材料也可用于最大限度减少硼记忆效应和来自实验室或 ICP 玻璃器皿的污染。 仪器操作参数如表1、2、3所示。 表1.仪器参数 参数 设置 读取时间(s) 10 重复次数 3 样品提升延迟(s) 0 稳定时间(s) 15 冲洗时间(s) 0 泵速(rpm) 12 提升和冲洗期间快泵(rpm) 12 RF 功率(kW) 1.20 辅助气流速 (L/min) 1.0 等离子体流速(L/min) 12.0 雾化器流速(L/min) 0.70 观测高度(mm) 8 表 2. AVS6切阀阀参数 参数 设置 定量环吸入延迟时间(s) 4.0 进样泵泵速(灌注， rpm) 35 进样泵泵速(进样， rpm) 10 样品定量环体积(mL) 0.5 样品停留时间(s) 2.5 气泡注射时间(s) 1.0 表3.进样和背景校正 参数 设置 雾化器 MiraMist 雾化室 惰性双通道旋流雾化室 炬管 标准石英，1.8mm中心管 样品泵管 黑色-黑色 废液泵管 蓝色-蓝色 添加氩气/氧气 否 氩气/氧气(%) NA 背景校正 拟合/FACT 将拟合背景校正(FBC) 和快速自动曲线拟合 (FACT) 建模技术结合使用来进行背景校正。拟合背景校正示例如图1所示。FBC无需为每种元素设定离峰背景校正点，简化了方法开发[3]。 图1.镁279.078nm 的拟合背景校正 FACT 建模用于校正高度复杂的背景结构，其中的背景干扰可能会产生显著影响。与其他校正技术相比， FACT 对某些元素的检测限更低 [4]。 FACT 校正示例如图2所示。 ICP Expert 软件用于设定需要应用于分析中所有样品的背景校正。 图2.用于铜324.754 nm 背景校正的 FACT模型 方法 GB5009.268-2016建议根据分析证据为每种元素选择使用哪些波长。本研究中使用下列波长。 元素 波长 (nm) 背景校正 Al 396.152 拟合 B 249.772 FACT Ba 455.403 拟合 Ca 315.887 拟合 Cu 324.754 FACT Fe 259.940 拟合 K 766.491 FACT Mg 279.078 拟合 Mn 257.610 拟合 Na 589.592 FACT Ni 231.604 FACT P 213.618 FACT Sr 407.771 FACT Ti 323.452 FACT V 292.401 FACT Zn 213.857 FACT 标样和样品前处理 使用安捷伦单元素储备液配制不同浓度的工作标准溶液。 表5中所列的标准溶液和 QC 溶液是通过使用不同浓度的硝酸(Emsure， Merck)消解样品，然后使用18.2 MQ Millipore 水稀释配制而成。同时，由于硼是目标元素，所有溶液均使用塑料容量瓶稀释。 表5.工作校正溶液和 QC溶液的浓度 元素 标样1(mg/L) 标样2(mg/L) 标样3 (mg/L) 标样4 (mg/L) 标样5(mg/L) QC溶液(mg/L) AI 0.5 1 2 5 10 2.5 B 0.05 0.1 0.2 0.5 1 0.25 Ba 0.05 0.1 0.2 0.5 1 0.25 Ca 5 10 20 50 100 25 Cu 0.025 0.05 0.1 0.25 0.5 0.125 Fe 0.25 0.5 1 2.5 5 1.25 K 5 10 20 50 100 25 Mg 5 10 20 50 100 25 Mn 0.025 0.05 0.1 0.25 0.5 0.125 Na 5 10 20 50 100 25 Ni 0.25 0.5 1 2.5 5 1.25 P 5 10 20 50 100 25 Sr 0.05 0.1 0.2 0.5 1 0.25 Ti 0.05 0.1 0.2 0.5 1 0.25 V 0.025 0.05 0.1 0.25 0.5 0.125 Zn 0.25 0.5 1 2.5 5 1.25 通过分析空白样品并计算标准偏差来测定检测限(DL)。三天内在两台仪器上进行测量，通过120个方法空白样品结果来测定方法检测极限(MDL)。将六组(每组20个)空白样品的标准偏差平均值乘以三，以使 MDL 的置信度大于99%。如表6所示，5100 SVDV ICP-OES 获得的 MDL 低于 GB 方法的规定检测限。 表6.所有元素的 MDL 和 GB5009.268-2016中规定的指标。根据样品前处理计算MDL (50 mL最终体积中含0.50g样品) 元素和波长 (nm) MDL (mg/kg) MDL 指标 (mg/kg) AI 396.152 0.169 0.5 B 249.772 0.065 0.2 Ba 455.403 0.007 0.1 Ca 315.887 0.657 5 Cu 324.754 0.042 0.2 Fe 259.940 0.160 1 K766.491 2.14 7 Mg 279.078 0.783 5 Mn 257.610 0.010 0.1 Na 589.592 0.622 3 Ni 231.604 0.154 0.5 P 213.618 0.498 1 Sr407.771 0.007 0.2 Ti 323.452 0.052 0.2 V292.401 0.028 0.2 Zn 213.857 0.043 0.5 称取0.5000 g 参比材料至可密封的 PTFE 试管中，然后加入5mL 浓 HNO。 来配制用于微波消解 (CEM) 的样品。所有样品均稀释至50mL的最终体积。根据 GB 方法指定的条件对每个样品进行消解(表7)。 表7.微波消解参数 步骤 温度 (C) 程序升温时间 (min) 恒温时间 (min) 1 120 5 5 2 150 5 10 3 190 5 20 获得的所有元素的线性校准曲线相关系数>0.9998(表8)。 图3a和图b分别示出了Zn 213.857 nm 和 Cu 324.754nm的代表性曲线。 元素和波长 (nm) 浓度范围 (mg/L) 相关 系数 AI 396.152 0-10 0.99982 B 249.772 0-1 0.99992 Ba 455.403 0-1 0.99998 Ca 315.887 0-100 1.00000 Cu 324.754 0-0.5 0.99997 Fe 259.940 0-5 0.99992 K766.491 0-100 0.99985 Mg 279.078 0-100 0.99995 Mn 257.610 0-0.5 0.99997 Na 589.592 0-100 0.99997 Ni 231.604 0-5 0.99996 P 213.618 0-100 0.99997 Sr 407.771 0-1 0.99999 Ti323.452 0-1 0.99997 V 292.401 0-0.5 0.99998 Zn 213.857 0-5 0.99999 图 3a. Zn 213.857 nm 的校准曲线 9 图 3b. Cu 324.754 nm 的校准曲线 表9列出了 NIST 1568b 米粉 SRM 的分析结果。所有标准元素的回收率均在标准值的±10%以内。某些元素没有标准值。 表 9.使用 5100 SVDV ICP-OES 分析 SRM 1568b 米粉。空白单元格表明无标准值 元素和谱线(nm) 标准值(mg/kg) 标准值的不确 定度(mg/kg) 测定值(mg/kg) 回收率(%) AI 396.152 4.21 0.34 3.90 93 B249.772 0.65 Ba 455.403 0.206 Ca 315.887 118.4 3.1 116 98 Cu 324.754 2.35 0.16 2.19 93 Fe 259.940 7.42 0.44 6.9 93 K766.491 1282 11 1187 93 Mg 279.078 559 10 579 104 Mn 257.610 19.2 1.8 20.05 104 Na 589.592 6.74 0.19 7 99 Ni 231.604 0.2 P213.618 1530 40 1518 99 Sr407.771 0.13 Ti 323.452 0.03 V292.401 0.02 Zn 213.857 19.42 0.26 18.9 97 对消解米粉样品加标低浓度的每种分析物，以测定元素的回收率。如表10所示，所有回收率均在预期浓度的±10%以内。B回收率结果表明标准SVDV 炬管不会造成任何硼记忆效应。 表 10.加标 SRM 1568b 米粉的回收率 元素和谱线(nm) 测量样品(mg/L) 加标样品(mg/L) 测量加标样品(mg/L) 回收率(%) Al 396.152 0.032 4.00 3.926 97 B 249.772 0.007 0.40 0.404 99 Ba 455.403 0.011 0.40 0.403 98 Ca 315.887 1.788 40.00 42.249 101 Cu 324.754 0.016 0.20 0.206 95 Fe 259.940 0.138 2.00 2.166 101 K766.491 11.375 40.00 50.040 97 Mg 279.078 3.288 40.00 45.162 105 Mn 257.610 0.083 0.30 0.387 101 Na 589.592 0.119 40.00 40.020 100 Ni 231.604 0.002 2.00 2.169 108 P 213.618 11.616 40.00 55.214 109 Sr 407.771 0.009 0.40 0.415 101 Ti 323.452 0.009 0.40 0.408 100 V292.401 0.000 0.20 0.204 102 Zn 213.857 0.087 2.00 2.135 102 长期稳定性 在6小时内运行约200个消解样品，无需重新校准。在运行过程中，每10个样品分析一个QC样品并作图，以显示该方法的稳定性。 QC 溶液的详细信息如表6所示。图4显示6小时内所有元素的回收率均在±10%以内。所有元素回收率的相对标准偏差均小于3%，表明在长时间运行中精度很高。 图4.长期稳定性：在6小时内每10个样品分析一个QC样品的回收率 高样品通量和低氩气消耗量 使用 AVS6切换阀，每个样品的样品分析时间由54s缩短至仅48s。氩气消耗量从每个样品37L减少到17L。氩气等离子体流速可以进一步降低至 10 L/min， 每个样品16L， 其他变化不大，仍符合 GB 方法指标要求。 结论 食品样品消解的常规测量可以使用配备高级切换阀 (AVS 6) 的Agilent 5110 SVDV ICP-OES 成功进行。 AVS 6提高了分析效率，而 SVDV 配置提供了出色的灵敏度和更宽的线性动态范围。该方法也符合中国 GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》标准方法的要求。 安捷伦 ICP-OES 方法具有以下优势： ·利用 FACT校正高度复杂的背景结构可获得可靠的结果，这对低浓度分析尤为重要，因为背景结构可能会对结果产生重大影响 ·拟合背景校正技术简单易用，在不存在高度复杂的背景结构的情况下可进行出色的校正 使用标准准管不影响硼结果的准确度或灵敏度 ·惰性雾化室通过消除玻璃旋流雾化室中潜在的污染源，可准确精密地检测硼，降低检测限 可获得准确、精密的结果，同时保持较低的操作成本，其中样品分析时间为48s， 每个样品的氩气消耗量为17L ( ·使用 10 L/min 氩气等离子体流速可进一步降低成本，其他支持变化不大，仍符合 GB5009.268-2016指标要求。分析时间相同，但使用 AVS 6后的每个样品的氩气消耗量从 35 L 减少到16L ) ( 1. GB5009.268-2016 De t ermination of Multiple Elements in Food， Published December 2 3， 2016 ) 2. 同步垂直双向观测 (SVDV)一超快的分析速度和卓越的分析性能，安捷伦出版物，2016，5991-4853CHCN 3. 拟合背景校正(FBC)一快速、准确的全自动背景校正，安捷伦出版物，2016，5991-4836CHCN 4. 使用 FACT 光谱谱图解析软件对复杂样品进行实时光谱校正，安捷伦出版物，2016，5991-4837CHCN 查找当地的安捷伦客户中心： www.agilent.com/chem/contactus-cn 免费专线： 800-820-3278，400-820-3278(手机用户) 联系我们： LSCA-China_800@agilent.com 在线询价： www.agilent.com/chem/erfq-cn www.agilent.com 本文中的信息、说明和指标如有变更，恕不另行通知。 前言食品的元素污染有许多种来源，包括但不局限于灌溉、土壤中的元素、空气中的元素以及空气污染物沉淀入水和/或土壤等等。因此需要对痕量元素进行准确的低浓度分析，这对于定期食用的食品尤为重要。中国的 GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》规定了硝酸消解后使用 ICP-OES 测量 16 种元素的方法。砷、汞和镉等其他元素的测定方法对准确度有一定要求，需要通过 ICP-MS 进行痕量分析。在本研究中，使用配备高级阀系统 (AVS 6) 6 通切换阀的 Agilent 5110 同步垂直双向观测 (SVDV) ICP-OES 测定米粉标准参比物质 (SRM) 中的铝、硼、钡、钙、铜、铁、钾、镁、锰、钠、镍、磷、锶、钛、钒和锌元素含量。目的是开发一种高通量且经济有效的方法，同时满足法规方法对准确度的要求。结论食品样品消解的常规测量可以使用配备高级切换阀 (AVS 6) 的Agilent 5110 SVDV ICP-OES 成功进行。AVS 6 提高了分析效率，而 SVDV 配置提供了出色的灵敏度和更宽的线性动态范围。该方法也符合中国 GB5009.268-2016《食品中多元素的测定》标准方法的要求。安捷伦 ICP-OES 方法具有以下优势：• 利用 FACT 校正高度复杂的背景结构可获得可靠的结果，这对低浓度分析尤为重要，因为背景结构可能会对结果产生重大影响• 拟合背景校正技术简单易用，在不存在高度复杂的背景结构的情况下可进行出色的校正• 使用标准炬管不影响硼结果的准确度或灵敏度• 惰性雾化室通过消除玻璃旋流雾化室中潜在的污染源，可准确精密地检测硼，降低检测限• 可获得准确、精密的结果，同时保持较低的操作成本，其中样品分析时间为 48 s，每个样品的氩气消耗量为 17 L• 使用 10 L/min 氩气等离子体流速可进一步降低成本，其他支持变化不大，仍符合 GB5009.268-2016 指标要求。分析时间相同，但使用 AVS 6 后的每个样品的氩气消耗量从 35 L 减少到 16 L