牛奶中微量营养素检测方案(ICP-AES)

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012879_CHN_01 PKI 简介 无论是对儿童还是对成人而言，牛奶都是一种重要的营养来源。由于牛奶的重要营养价 值，市面上有多类牛奶制品在在：新鲜牛奶、盒装牛奶(超高温灭菌奶)、奶粉和炼乳。全球各地最常消费的牛奶类型有所不同，具体取取于地理、文化和气候等因素。 分析牛奶中的营养素是监测牛奶质量的重要环节。牛奶中天然存在一些微量营养素，但商家也可能会根据市场需求或监管要求(若有)在牛奶中添加一些微量营养素。各类组织都在设法防止系统性营养不良并保证牛奶的未掺杂，因此，相关的监管力度和添加营养素的强制要求仍将继续提高。为此，消费者要求通过监测牛奶中的微量营养素来提高牛奶质量，并选择市面上的营养强化奶，而不选择非营养强化奶。 对于牛奶生产商而言，内部质量控制和外部监测的可能性为其快速、准确、轻松地监测产品中的营养素提供了动力。此外，《营养标签指南》规定，牛奶生产商应按照监管要求准确评估营养素。 电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES) 通常用于多元素分析环境，能够用于营养素分析，具有动态范围大、多元素通量高、运行条件稳定的优点。火焰原子吸收(AA) 光谱系统具有成本较低、操作简单、单元素分析速度快的优点，不失为一种有吸引力的替代方案1。不过，火焰原子吸收光谱法用于测定多种元素时，需要对每一种元素分别进行重新分析，因此丧失了在分析速度上的优势。 本文将重点介绍如何通过 Perkinelemer AvioTM 200ICP-OES 光谱仪分析各种商业牛奶产品中的微量营养素，相关样品则通过 PerkinElmer Titan MPSTM微波消解样品制备系统进行制备。 实验 相关样品都购自本地市场，经过精心挑选，能够代表市面上常售的牛奶品种(包括鲜奶和不易变质牛奶)。待测样品种类包括：全脂、低脂和脱脂的鲜奶、炼乳、盒装牛奶和奶粉，以及NISTTM SRM 1549a 全脂奶粉。相关分析元素则是乳制品和乳类制品中常见的营养素。 牛奶样品采用 PerkinElmer Titan MPS 微波消解系统的密闭式微波辅助消解技术进行制备。表1和表2列出了消解方法、样品参数以及所用的各类试剂。称取适量的样品，将其放入消解容器中，然后加入试剂和任意加标样品。接着，让样品和试剂在打开的消解容器中静置10分钟，确保早期反应可在样品瓶密封前安全完成，然后将消解容器放入 Titan MPS微波消解系统进行消解。待消解完成后，使用去离子水将消解容器冲洗三次，将样品转移至样品瓶中进行分析。 表 1.Titan MPS 消解方法。 步骤 目标温度 (℃) 压强限制 (巴) 升温时间 (min) 保持时间 (min) 功率限制 1 140 35 10 2 80 2 195 35 3 20 100 3 50 35 1 20 0 表2.消解信息。 参数 体积 所用的试剂 2.5mL硝酸(70%)+7.5 mL 去离子水 初始样品体积 1g 最终样品体积(稀释后) 50 mL 仪器条件 所有分析均在 Avio 200 ICP-OES 光谱仪上完成。表3和表4概述了牛奶样品分析的相关元素和仪器条件。本次实验中用到了由 Meinhard玻璃雾化器和挡板式玻璃旋流雾室组成的标准样品进样系统。分析时每个样品的自动积分时间为0.1秒-5秒。在这么宽的积分范围下， Avio 200光谱仪可自动测定每个元素最适合的积分时间：高浓度分析物的读取时间较短，而低浓度分析物的积分时间较长。这一功能可最大限度地缩短样品分析时间，降低氩气消耗量 (8L/min)， 大幅节省氩气的成本。8 L/min 的氩气消耗量大大节约了氩气使用成本。采用5%硝酸(体积分数)、一种多元素储备溶液和两种单元素标准溶液，制备外部校准标准样品，所得样品的浓度如表5所示。校准标准样品在两种浓度范围内制备，从而最大化低浓度元素和高浓度元素分析的准确度。标准样品的最终硝酸浓度选定为5%，匹配已消解和稀释样品的酸浓度。浓度为0.5 ppm 的(Y)元素作为内标加入所有溶液。 表 3.Avio 200 ICP-OES 的仪器参数。 参数 值 雾化器 MeinhardK1型玻璃雾化器(部件编号：N0777707) 雾室 挡板式玻璃旋流雾室(部件编号： N0791352) 样品提取速率(mL/min) 1.0 射频功率(W) 1500 雾化器气体流速(L/min) 0.70 辅助气体流速(L/min) 0.2 等离子气体流速(L/min) 8 表4.方法参数。 元素 波长(nm) 等离子视图 各峰点数 自动积分时间 (秒) Ba 455.403 径向 3 0.1-5 Ca 317.933 径向 3 0.1-5 Fe 238.204 轴向 3 0.1-5 K 766.490 径向 3 0.1-5 Mg 285.213 径向 3 0.1-5 Na 589.592 径向 3 0.1-5 P 178.221 轴向 3 0.1-5 S 181.975 轴向 3 0.1-5 Sr 407.771 径向 3 0.1-5 Zn 206.200 轴向 3 0.1-5 元素(内标) 371.029 轴向和径向 3 0.1-5 表5.校准标准样品。 元素 标准样品1标准样品2标准样品3 标准样品4 (mg/L) (mg/L) (mg/L) (mg/L) Ba， Fe， Sr， Zn 50 100 ---- Ca， K， Mg， Na，P，S ---- 1 10 尽管牛奶样品之间存在差异(脂肪含量、密度和形式)，但Titan MPS 微波消解系统可以用最少的试剂来简单、快速地制备这些待测样品。相比在开放容器中进行的传统消解过程，Titan MPS 微波消解系统节省了大量时间。样品消解后会变成澄清溶液，这表明其已完全消解。 为了确定本方法的准确性，我们分析了 NISTTM1549a 全脂奶粉，分析结果如表6所示。NISTTM 1549a 全脂奶粉样品是一种脂肪含量高的浓缩型奶粉，分析难度最高。尽管如此，此样品的所有回收率均在标准值的10%以内，这证明了本方法的准确性，也证明了 Avio 200 ICP-OES 光谱仪可在单次分析中，测量变化比较大的元素浓度。 在确定了本方法的准确性后，我们分析了其它牛奶样品，分析结果如图1所示。正如所料，奶粉中咱元素浓度最高，随后依次是炼乳、盒装牛奶和新鲜牛奶，新鲜牛奶中的元素浓度最低。 表6. NIST 1549a 全脂奶粉的分析结果。 元素 实验 (mg/kg) 认证值(mg/kg) 回收率(%) Ba 0.530 0.566 94 Ca 9203 8810 104 Fe* 1.72 1.8 95 K 11920 11920 100 Mg 845 892 95 Na 3185 3176 100 P 7128 7600 94 S 2239 Sr 2.04 2.14 95 Zn 33.7 33.8 100 *参考值 需要注意的是，无论脂肪含量有多少，同一类型的样品(即，盒装牛奶、新鲜牛奶、炼乳或奶粉)中的元素含量都一样。此外，盒装牛奶中的营养素浓度与新鲜牛奶中的营养素浓度一样，这表明经过超高温灭菌处理的盒装牛奶(无需冷藏就能保持稳定)中的营养价值并没有降低。本次分析还表明了牛奶之所以是一种高价值的食物来源，是因为其内含高浓度的营养素(例如：钙、钾、镁和钠)以及磷元素和硫元素。 由于 Avio 200 ICP-OES 光谱仪具备大动态范围和双向观测功能，我们无需制备各类元素的稀释样品。通过两种浓度的校准标准样品(如表5所示)，我们可以一次性分析完单个样品中的所有元素。 为了评估各样品中是否存在任何残余基质效应，我们在消解开始前，按表7所示的浓度，向所有炼乳、盒装牛奶和新鲜牛奶中加标所有元素。表7所列的加标浓度代表样品制备后的溶液浓度，略高于未加标牛奶的浓度。上述标准可确保加标浓度在分析评估时对样品信号有意义。奶粉样品并未加标，因为 NISTTM奶粉样品的分析结果证明不不存在基质效应。加标回收率结果(均在加标值的10%范围内)如图2所所。Titan MPS 微波消解系统可有效消解样品，无需为提高加标回收率而针对每个样品进行基质匹配。 结论 本文证明了 Avio 200 ICP-OES 光谱仪能够可靠、有效地分析各种牛奶样品中各种浓度的元素。与火焰原子吸收光谱仪相比， Avio 200光谱仪功能更广，多元素样品分析通量更高，同时还能分析火焰原子吸收光谱仪难以处理的元素(如磷和石)。 表7.消解前的加标浓度。 元素 加标浓度 单位 Ba 10 pg/L Fe， Sr， Zn 100 ug/L Mg 5 mg/L Na，S 15 mg/L Ca， K， P 50 mg/L 与加热板消解或加热块消解相比， Titan MPS 微波消解系统简化了样品制备过程，同时提高了实验室通量和效率。TitanMPS 微波消解系统能够完全消解样品，无需制备基质匹配的校准标准样品，从而简化了分析过程。 用于样品消解的 Titan MPS微波消解系统和用于分析的Avic200 ICP-OES 光谱仪是快速、简单、准确地分析牛奶中营养元素的理想组合。 ( 1. Spivey， Nick， "Analysis of Micronutrients in Milk by FlameAtomic Absorption Using F AST Flame Sample Automationfor Increased Sample Throughput"， Ap p lication No t e， PerkinElmer，2015. ) 图2.牛奶样品的加标回收率(红色代表炼乳；绿色代表盒装牛奶；粉红色代表新鲜牛奶)。 所用耗材 Avio 200 ICP-OES光谱仪 耗材 部件编号 红色/红色 PVC 泵管 09908585 黑色/黑色PVC泵管 09908587 自动取样管 B0193233(15mL) B0193234 (50mL) 仪器校准标准样品2(100mg/L) N9301721 (125mL) 纯净级磷元素标准样品(1000mg/L) N9303788 (125 mL) N9300139 (500mL) 纯净级硫元素标准样品(1000mg/L) 耗材 部件编号 标准75mL消解容器的耗材工具包 N3132000 标准75mL消解容器的防爆膜(25片装) N3132001 标准75mL 消解容器的压力密封件(10片装) N3132002 气体密封歧管的端帽塞 N3134004 标准75mL消解容器的单个唇形密封工具 N3132015 标准75mL消解容器的8位唇形密封工具 N3132014 珀金埃尔默企业管理(上海)有限公司地址：上海张江高科技园区张衡路1670号邮编：201203电话：021-60645888传真：021-60645999www.perkinelmer.com.cn 有关我公司完整的全球办事处设立情况，请访问www.perkinelmer.com/ContactUs 版权O2016-2017，金埃尔默公司。版权所有。PerkinElmer是珀金埃尔默公司的注商商标。所有其他商标属于相应所有者的财产。 对于牛奶生产商而言，内部质量控制和外部监测的可能性为其快速、准确、轻松地监测产品中的营养素提供了动力。此外，《营养标签指南》规定，牛奶生产商应按照监管要求准确评估营养素。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES) 通常用于多元素分析环境，能够用于营养素分析，具有动态范围大、多元素通量高、运行条件稳定的优点。火焰原子吸收(AA) 光谱系统具有成本较低、操作简单、单元素分析速度快的优点，不失为一种有吸引力的替代方案。不过，火焰原子吸收光谱法用于测定多种元素时，需要对每一种元素分别进行重新分析，因此丧失了在分析速度上的优势。本文将重点介绍如何通过Perkinelemer Avio™ 200ICP-OES 光谱仪分析各种商业牛奶产品中的微量营养素，相关样品则通过PerkinElmer Titan MPS™微波消解样品制备系统进行制备。