icpms法测定食品中溴化物及溴酸盐含量研究

ICP-MS法测定食品中溴化物及溴酸盐含量研究周陶鸿 程慧 林津 黄徽 彭青枝 万旭刚 胡家勇(湖北省食品质量安全监督检验研究院,武汉 430074)摘 要：本研究将样品用水超声提取后离心分离，提取液经Ag/H柱除去Br-，通过ICP-MS测定了食品中溴酸盐的含量，同时用HPLC-ICP-MS检测提取液中溴酸盐和溴化物的含量，验证ICP-MS法测定溴化物及溴酸盐方法的可靠性。结果表明：该方法快速、简便、灵敏度高、干扰少，检测限达到0.05 mg/kg，能够真实反应市场上食品中溴酸盐的含量，相比传统的离子色谱法，不仅速度快，且无假阳性的问题。同时首次报道了市场上面粉、面条和大米中的总溴、BrO3-和Br-的含量水平，对食品中溴酸盐及溴污染的监管具有重要意义。关键词 溴酸盐 溴污染 Ag/H柱 ICP-MS HPLC-ICP-MS中图分类号：TS207.3 文献标识码：A 文章编号：Determination of Bromide and Bromate in Food By ICP-MS Zhou Taohong, Cheng Hui Lin Jin, Huang Hui, Peng Qingzhi, Wan Xugang, Hu Jiayong (Hubei Provincial Institute for Food Supervision and Test,Wuhan 430074)Abstract:In this study, the samples were extracted by water and then centrifuged, after that Br- was removed from the supernatant by a Ag/H column. The resulting effluent was used to determine the amount of BrO3- by ICP-MS. The untreated fraction was analysed by HPLC-ICP-MS for the amounts of bromate and bromide，in order to test and verify the reliability of the determination of bromide and bromate method by ICP-MS. The results show that this method is simple, fast and sensitive, the detection limit reached 0.05 mg/kg. The result can truly reflect the amount of bromate in the food. Compared with the traditional ion chromatography, it not only faster, but also no false positives for the sample. The content of total bromate and bromide in food was reported for the first time. These datas are important for the regulation of bromate and bromide pollution in food. Keywords: bromate, bromide pollution, Ag/H column, ICP-MS, HPLC-ICP-MS收稿日期：2017-05-02作者简介：周陶鸿，男，1980年出生，高级工程师，食品分析与检测。溴酸根早在1992年就被世界卫生组织确认为氧化性致癌物，主要导致动物的肾和膀胱组织发生癌变，人过量使用会损坏血液、中枢神经和肾脏1-3。溴酸钾作为面粉处理剂可加强其强度和弹性，从而显著改善面粉的烘焙效果。虽然经过发酵、醒发、烘焙等工艺后，溴酸钾部分会转化成其他形态，但是经检测证实其中仍会有较大的残留量，我国于2005年宣布全面禁止在面粉中使用溴酸钾4-7。国内对于食品中低浓度的溴污染物尚无充分检测研究，FAD/WHC联合残留农业专家委员会的报告认为人体每日允许的溴摄入量是1.0 mg/kg8-9。美国环保署对食品内或表面的无机溴化物制定了限量，过量的溴元素进入人体会产生中毒10-14。我国出口的茶叶、蔬菜、水果等均需检测溴化物含量15-18，而通常食品中的溴化物低于1mg/kg，常规理化、液相及离子色谱均无法检测。目前我国检测面粉中溴酸盐的标准GB/T 20188-2006容易出现假阳性结果，因为离子色谱的电导检测器对于样品中氯离子响应灵敏，从而导致溴酸根的色谱峰被掩盖，在检测低浓度的溴酸盐时具有一定难度19-20。电感耦合等离子体质谱仪检出限大大低于电导检测器，线性动态范围宽21-22，并且能够避免面制品中有机酸和阴离子的干扰。我们在依国标检测食品中溴酸盐同时建立了ICP-MS测定食品中溴酸盐的方法，另外利用HPLC-ICP-MS分析食品中各种形态溴的含量验证了ICP-MS法测定溴酸盐的可行性。10批面粉、10批面条及10批大米的检测结果显示所检米面食品中溴酸盐均为未检出，但是溴离子含量足以引起重视。1. 材料与方法1.1仪器与试剂8800 ICP-MS：Agilent；nexion350x ICP-MS：PerkinElmer；Dionex UltiMate 3000液相色谱仪：Thermo；iCAP Q ICP-MS（带联用工作站）：Thermo；Purelab Chorusl 超纯水器：威立雅水处理技术（英国）有限公司；Cleanert IC-Ag/H；SB25-12DTS超声波清洗机：宁波新芝生物科技股份有限公司。 小麦粉、面条、大米样品均为市场抽检样品；KBrO3标准储备液：称取0.652 3 g KBrO3溶于超纯水，定容至50 mL，配制成10 mg/mL（以BrO3-计）标准储备溶液。KBr标准储备液：称取0.743 8 g KBr溶于超纯水，定溶至50 mL，配制成10 mg/mL（以Br-计）标准储备溶液。测定用标准系列溶液：以KBrO3、KBr标准储备液，pH 9.0氨水为基体分别配制5.0、10.0、15.0、30.0、60.0g/L的2组单标系列溶液和1组混合标准系列溶液。甲醇为色谱纯，其他试剂均为优级纯。所有实验用水均为超纯水。1.2 样品处理称取试样3.0 g于50 mL离心管中，定量加入30 mL的超纯水后混匀。超声提取30 min，每隔五分钟震荡一次。再以3 900 r/min离心5 min后，收集上清液于离心管中，重复提取一次，合并提取液。取提取液10 mL 用10%氨水调pH值至9.0，经0.25 m水相滤膜过滤，此为待测样液。1.3 ICP-MS法1.3.1 ICP-MS法工作条件 功率：1600 W；辅助气流量：1.2 L/min； 雾化气流量：0.96 L/min； 等离子气流量：18.0 L/min；采集质量数：溴 79；模式:KED；碰撞气：He 3.0mL/min。1.3.2 ICP-MS法测总溴及BrO3- 取一定量提取液于ICP-MS上直接测定总溴；另取一定量提取液10 mL过Ag/H柱，用10%氨水调pH值至9.0，用ICP-MS测定BrO3-。溴酸钾单标系列作为测定BrO3-标准工作溶液；溴化钾单标系列作为测定总溴标准工作溶液。1.4 HPLC- ICP-MS法验证1.4.1 HPLC- ICP-MS工作条件Dionex IonPaxAG19阴离子柱(4 mm50 mm)；流动相： 1%甲醇（50 mmol/L硝酸铵，氨水调pH 9.0），等度洗脱，0.4 mL/min；柱温室温；进样量20 L。混标作为标准工作溶液。1.4.2 HPLC-ICP-MS法测BrO3-与Br- 取一定量提取液在HPLC- ICP-MS上直接测定BrO3-与Br-，通过HPLC-ICP-MS测定结果中BrO3-与Br-含量验证ICP-MS法测定总溴及BrO3-方法的可靠性。2. 结果与分析2.1 ICP-MS条件的选择及其质谱干扰由于溴的电离能较高，溴在ICP-MS上的灵敏度相比其他元素要低，所以要针对溴进行仪器工作条件的优化。在质量数选择方面，溴有79和81两个同位素，丰度分别为50.54%和49.46%，因81Br有40Ar40Ar1H的干扰，本底要比79Br高45倍，故用79Br作为测量质量数。但79Br同样存在39Kr40Ar，Cu63O16，1H78Se的干扰问题4,17。图1 给出了不同浓度K和Se对79Br的影响，可见在食品中K%小于2%，Se%小于1%时，KED模式基本无影响，且实际样品中这两种元素的含量远低于此水平。同时，通过实验证实Ag/H柱可以完全除去样品中的K和Cu等阳离子，几种金属多原子离子干扰可被完全消除。图1 不同浓度K和Se对BrO3-（10g/L）在ICP-MS上响应值的影响2.2 方法学验证2.2.1 方法线性范围及检出线 在本实验所确定的试验条件下，分别将标准工作溶液依次进样测定。以标准溶液中溴酸盐浓度为横坐标，以对应峰面积为纵坐标，绘制标准曲线。溴酸盐在0.5-50.0g/mL范围内呈良好线性相关性，线性方程为y = 193 36x + 696.66，相关系数为1.000 0；根据3倍信噪比确定其方法检出线为0.05mg/kg。2.2.2 方法的回收率及精密度试样中添加不同浓度的标准溶液，使溴酸盐的含量水平分别为2、10、50g/kg，充分混匀，使标准溶液与样品充分混合均匀，每个添加水平重复测定6次，结果显示低浓度加标回收率在83.5%92.8%之间，相对标准偏差在2.53%3.28%之间，高浓度加标回收率在91.9%100.7%之间，相对标准偏差在1.12%3.63%之间，试验结果见表1。以上结果表明本方法的回收率和精密度较好符合GB/T 27404-2008实验室质量控制规范 食品理化检测对回收率和精密度的要求。表1 加标回收及精密度实验 （n=6）添加量回收率编号溴酸盐2.0g/kg10.0g/kg50.0g/kg1-186.8 94.694.71-289.5 92.593.61-386.3 93.798.21-492.8 95.5100.71-590.9 91.999.31-691.4 92.991.9RSD%2.91 1.45 3.63 2-189.3 98.894.72-290.4 95.893.62-390.5 96.892.82-483.5 93.295.12-590.5 96.395.32-691.6 92.393.2RSD%3.28 2.51 1.12 3-185.7 92.494.73-289.5 92.793.63-390.5 98.292.83-491.3 98.895.13-591.2 97.395.33-691.6 95.393.2RSD%2.53 2.89 1.12 备注：1号样品为蔬菜、2号样品为牛奶、3号样品为鱼2.3 酸提取、碱提取、水提取3种提取效果比较分别选用2% HNO3、10%氨水和超纯水提取样品，经ICP-MS比较可知，相同操作条件下，这三种提取液的效果无明显差别，证明样品中BrO3-和Br-比较容易被提取，直接用水提取即可。2.4 Ag/H柱除Br-在处理样品过滤液之前，对Ag/H柱的使用条件进行了研究。Ag/H柱使用前先用纯水10.0 mL以3.0 mL/min速度过Ag/H柱，活化30min24。用注射器吸取不同BrO3-添加浓度的提取液以不同速度过Ag/H柱，弃去前2.0 mL流出液，收集2.0 mL流出液测定回收率13。图2和图3表明，Ag/H柱能很好萃取溴离子，而溴酸根几乎不被吸附。流速过高时有少量溴未被去除，应控制过柱速度在3.0 mL/min以下。图2 5100 g/L BrO3-和Br-混合标液过Ag/H柱后在ICP-MS上的回收率图3 10 g/L BrO3-和Br-混合标液以不同流速过Ag/H柱后在ICP-MS上的回收率2.5 BrO3-和Br-在ICP-MS中响应差别分别用2% HNO3和10% 氨水调节BrO3-和Br-两种标液至不同pH值，在ICP-MS上测定。结果表明pH对BrO3-和Br-.测定影响很大，但在碱性条件下响应稳定，且相同BrO3-和Br-响应一致，原因可能是BrO3-和Br-都为阴离子，在酸性条件下形成挥发性的酸，在雾化时提取率不一致，并且溴价态不同氧化还原能力不同，碱性条件稳定和电位有关。故样品测定时，所有标液和样品均应调节pH值至9.0。2.6 实际样品分析与HPLC-ICP-MS验证因ICP-MS测定时需保证流动相中钠盐的含量较低，这主要是由于钠盐会改变等离子体的放电条件，而Br属于低电离度元素，钠的存在会降低检测结果的灵敏度，钠盐也容易沉积在锥口而造成堵塞，IC常用的氢氧化钠淋洗液不太适合联用，无机非金属流动相是首选。依文献4, 23报道以50 mmol/L NH4NO3为流动相时，BrO3-和Br-能很好分离（如图2 ），效果很好。比较STD模式和不同氦气流量时的KED模式，发现面粉、面条每个样品在STD模式下溴酸根前面均有一个小峰，如图4。当换成KED模式时，杂峰立即消失。提高He气流量对降低背景很有用，但背景等效浓度无变化，故选用KED模式测定，气流量3 mL/min。图4 面条样品在KED、STD模式的色谱图和10g/L的混合标准溶液图 本试验对10批面粉、10批面条及10批大米样品进行了水溶性溴化物及溴酸盐检测，测定结果见表2，其中总溴结果由ICP-MS测定，Br-结果由HPLC-ICP-MS测定，BrO3-由ICP-MS、HPLC-ICP-MS分别测定。由表2可以看出，提取液过Ag/H柱后ICP-MS测定溴酸盐的结果与HPLC-ICP-MS测定结果具有很好的一致性均为未检出，与国标检测结果一致；ICP-MS测定的总溴与Br-比较接近，由此可以说明总溴含量主要来源于Br-的贡献，但是总溴略高于Br-，原因可能是食品中基质的干扰，不排除有类似于多溴联苯等痕量有机溴存在。表2 食品中水溶性溴化物及溴酸盐测定结果 样品总溴/g/kgBrO3-/g/kgBr-/g/kg样品总溴/g/kgBrO3-/g/kgBr-/g/kg样品总溴/g/kgBrO3-/g/kgBr-/g/kg面粉163.0 未检出47.06面条1201.2 未检出156.82大米1137.3 未检出107.53面粉269.6 未检出65.59面条2169.9 未检出118.52大米2136.9 未检出104.31面粉370.6 未检出58.03面条3126.0 未检出181.06大米399.1 未检出102.30面粉478.6 未检出47.89面条4201.5 未检出252.21大米4136.3 未检出126.58面粉568.7 未检出66.91面条5506.8 未检出460.32大米594.3 未检出80.24面粉679.1 未检出72.94面条685.4 未检出81.16大米6153.9 未检出119.44面粉779.2 未检出64.08面条7101.8 未检出88.52大米7171.4 未检出155.87面粉868.6 未检出68.82面条8222.2 未检出205.31大米8120.6 未检出90.29面粉9107.4 未检出86.14面条9223.0 未检出154.53大米9158.1 未检出153.08面粉1081.0 未检出66.24面条10156.1 未检出89.25大米10110.2 未检出60.822.7 ICP-MS法与HPLC-ICP-MS法比较 实验室对面粉、添加不同浓度溴酸盐面粉发酵制成的面包、自来水进行BrO3-含量测定，结果见表3。表3 样品中BrO3-的含量测定结果样品HPLC-ICP-MS/g/kgICP-MS/g/kg面粉1未检出未检出添加5 g/kg的面粉制成面包3.263.01添加10 g/kg的面粉制成面包7.126.85添加100 g/kg的面粉制成面包81.4375.06实验室自来水51.0148.37表2表明，面粉中添加溴酸盐后ICP-MS和HPLC-ICP-MS测定结果相近，ICP-MS结果稍低，可能是因为过柱有少量损失（国标方法同样存在过柱损失）；烘焙后溴酸钾回收率降低，可能其部分转化为有机溴；面粉加工成面包后质量变化也有可能导致回收率变化。3. 结论本文结合ICP-MS和HPLC-ICP-MS，对测定溴含量的问题进行了比较验证。证明提取液过柱除溴离子之后用ICP-MS测定溴酸盐不仅检出限低，而且KED模式下无明显干扰，方法快捷高效；应用ICP-MS还可粗略测定总溴，反应溴离子含量。本文还首次给出了市场上面粉及其制品中的总溴，BrO3-和Br含量水平，对食品中溴酸盐监管及食品中的溴污染分析有重要意义。参考文献：1 Erik B, Pat S, Frank D, et al. 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