劉宏偉，聶西度，謝華林

（1.湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系，湖南衡陽(yáng)421002；2.長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶408100）

巧克力是以可可漿和可可脂為主要原料制成的一種甜食，不但口感細(xì)膩甜美，而且還具有一股濃郁的香氣，可以直接食用，也可被用來(lái)制作蛋糕、冰淇凌等。巧克力含有豐富的碳水化合物、脂肪、蛋白質(zhì)和各類礦物質(zhì)，其中脂肪含量高達(dá)40%，能夠較快補(bǔ)充人體所需能量，屬于高熱量食品，但巧克力中的脂肪1/3形態(tài)為硬脂酸甘油脂（飽和脂肪酸）和油酸甘油脂（不飽和脂肪酸），與其他飽和脂肪酸相比，硬脂酸并不會(huì)造成血液中低密度脂蛋白-膽固醇濃度上升，有利于控制膽固醇的含量。巧克力中微量元素含量高低直接關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量和銷售，對(duì)食品安全有著重要的影響作用[1]。目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)巧克力中有機(jī)成分的組成及其作用研究較多[2-3]，而對(duì)無(wú)機(jī)礦物的組成及作用研究較少，所采用的研究手段主要有原子吸收法（AAS）和電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）法[4-7]，AAS法具有較高的靈敏度和較低的檢出限，但受儀器本身特性的限制其分析速度較慢，不適合多種元素的快速分析；ICP-OES則具有靈敏度高、分析速度快等特點(diǎn)，但對(duì)于含量極低元素的分析，其檢出限難以達(dá)到檢測(cè)要求。電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法則具有比ICP-OES法更低的檢出限和更高的靈敏度，在食品工業(yè)中應(yīng)用十分廣泛[8-10]。本文應(yīng)用微波消解ICP-MS法測(cè)定了巧克力中的Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等18種微量元素，對(duì)正確認(rèn)識(shí)巧克力中無(wú)機(jī)微量元素的組成具有重要的參考意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液1000μg/mL Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液 購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；內(nèi)標(biāo)混合溶液1000μg/mL Sc、Y、Bi標(biāo)準(zhǔn)溶液 購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，使用時(shí)稀釋為1.0μg/mL；HNO3、H2O2、甲醇 均為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水 為超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）。

Agilent 7500c電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國(guó)安捷倫公司，儀器工作優(yōu)化參數(shù)為：功率1350W，冷卻氣流量15.0L/min，霧化氣流速0.65L/min，H2流量4.0mL/min，He流量5.0mL/min，樣品提升量0.1mL/min，采樣深度7.5mm，重復(fù)采樣次數(shù)3，軟提取模式；Milli-Q超純水機(jī) 美國(guó)Millipore公司；CEM MARS X高通量密閉微波消解系統(tǒng) 美國(guó)培安公司。

1.2 樣品處理

準(zhǔn)確稱巧克力樣品0.5g（精確到0.0001g）于微波消解罐內(nèi)，先加入少量超純水潤(rùn)濕，然后加入3mL HNO3、2mL H2O2，放置10～15min后放入消解爐內(nèi)，微波消解采用升壓控制模式，消解程序?yàn)椋簤毫?344.525kPa（195psi，1psi=6.895kPa），爬 升 時(shí) 間25min，溫度190℃，保持時(shí)間10min。消解結(jié)束后冷卻至常溫，打開消解罐，用超純水轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，定容待測(cè)，同時(shí)做空白樣品。所有空白、標(biāo)準(zhǔn)、待測(cè)液均通過(guò)雙蠕動(dòng)泵管進(jìn)樣系統(tǒng)在線加入1.0μg/mL的Sc、Y、Bi混合內(nèi)標(biāo)溶液。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制

以5%硝酸溶液將Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液分別逐級(jí)稀釋，最終配制成Na、Mg、P、K、Ca元素分別為0.0、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0mg/L，Mn、Fe、Cu、Zn元素濃度分別為0.0、50.0、100.0、200.0、500.0μg/L，Cr、Ni、Sr、Mo、Pb元素濃度分別為0.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L，V、Co、As、Se元素濃度分別為0.0、0.5、1.0、2.0、5.0μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品消解方法的選擇

樣品消解方法的選擇是進(jìn)行樣品準(zhǔn)確分析的關(guān)鍵。食品中元素分析常用的消解試劑有HNO3、H2O2、HCl、HF等，由于巧克力主要組成為碳水化合物、脂肪和蛋白質(zhì)，因而選擇HNO3+H2O2就能完全消解。傳統(tǒng)的樣品前處理方法有濕法消解、干法消解和微波消解法等，本實(shí)驗(yàn)中待測(cè)元素As、Se屬于易揮發(fā)性元素，采用干法消解會(huì)導(dǎo)致這些待測(cè)元素?fù)]發(fā)損失，從而使測(cè)定結(jié)果偏低；而濕法消解則存在操作繁瑣、樣品前處理時(shí)間長(zhǎng)、試劑用量大、空白值高等缺點(diǎn)，故本實(shí)驗(yàn)采用微波密閉消解法。結(jié)果表明，微波密閉消解法具有消解速度快、容易操作控制、污染小等優(yōu)點(diǎn)，消解效果很好。

在樣品的微波密閉消解過(guò)程中大量樣品消解硝酸的殘留會(huì)影響ICP-MS分析結(jié)果，這是由于硝酸的存在會(huì)消耗部分ICP能量，進(jìn)而影響部分待測(cè)元素的電離效率，表現(xiàn)為離子化效率下降，對(duì)難電離元素的影響特別明顯。本實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，溶液中硝酸濃度在0%～5%范圍內(nèi)變化時(shí)，多數(shù)待測(cè)元素的信號(hào)強(qiáng)度均存在不同程度下降，其中P、As、Se等難電離元素的下降幅度較大，見圖1（a）。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法可以很好地解決此類問(wèn)題，本實(shí)驗(yàn)待測(cè)樣品基質(zhì)相同，在樣品分析過(guò)程中加入5%的硝酸介質(zhì)為外標(biāo)進(jìn)行了校正，同時(shí)根據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[11-12]，低濃度有機(jī)試劑的存在對(duì)高電離元素具有一定的增敏效應(yīng)，本文實(shí)驗(yàn)了向外標(biāo)液和消解液中均加入甲醇溶劑使溶液中甲醇濃度維持為4%時(shí)，硝酸介質(zhì)中元素信號(hào)強(qiáng)度明顯得到了改善，見圖1（b）。

圖1 硝酸對(duì)待測(cè)元素的影響Fig.1 Effect of HNO3concentration on analyte

2.2 干擾的校正及檢出限

巧克力中鉀、磷、鈉、鈣的含量較高，在分析過(guò)程中存在基體抑制與信號(hào)漂移現(xiàn)象，產(chǎn)生基體效應(yīng)，并易形成多原子離子對(duì)待測(cè)元素產(chǎn)生質(zhì)譜重疊。通過(guò)同位素的選擇最大程度地避免了同量異位素的重疊，消除部分質(zhì)譜干擾；采用八極桿碰撞反應(yīng)池（ORS）有效地校正了同位素選擇所不能避免的多原子離子質(zhì)譜干擾；選擇1.0μg/mL的Sc、Y、Bi混合內(nèi)標(biāo)元素克服了待測(cè)元素分析過(guò)程中所存在的基體效應(yīng)，各待測(cè)元素同位素、ORS模式以及內(nèi)標(biāo)元素的選擇見表1。

在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下，采用本法測(cè)定不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并對(duì)各待測(cè)元素與內(nèi)標(biāo)計(jì)數(shù)值的比值（y）對(duì)各待測(cè)元素的質(zhì)量濃度（x）進(jìn)行線性回歸，得到線性回歸方程及線性相關(guān)系數(shù)（R2）。用樣品空白溶液重復(fù)測(cè)定11次，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，取3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度為各元素的檢出限，各待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍、線性相關(guān)系數(shù)以及檢出限見表2。

表1 待測(cè)元素同位素的選擇、ORS模式的選擇和內(nèi)標(biāo)元素的選擇Table 1 Isotopic，ORS mode and internal standard elements of trace elements

表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)參數(shù)和檢出限Table 2 Parameters of standard curve and detection limits of trace elements

表3 精密度和加標(biāo)回收率Table 3 Recovery of standard addition and precision

2.3 方法的準(zhǔn)確度和精密度

為考察方法的準(zhǔn)確度和精密度，配制11份相同濃度的樣品溶液，按上述優(yōu)化的分析條件和選定的實(shí)驗(yàn)步驟，對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，分析結(jié)果見表3，所有待測(cè)元素的加標(biāo)回收率在89.60%～106.12%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.60%，表明方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.4 樣品分析

應(yīng)用上述方法對(duì)市場(chǎng)購(gòu)買的三個(gè)不同品牌的巧克力樣品進(jìn)行分析，表4結(jié)果表明，巧克力中鉀含量最高，其次是鈣、鈉、磷等微量營(yíng)養(yǎng)元素，個(gè)別巧克力樣品中重金屬元素鉛含量相對(duì)于其他重金屬元素的含量較高，但遠(yuǎn)低于我國(guó)國(guó)標(biāo)限量規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)，食用安全。

3 結(jié)論

本文應(yīng)用ICP-MS法測(cè)定了巧克力中Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等18種微量元素。通過(guò)添加4%的甲醇試劑有效地校正了樣品消解過(guò)程中硝酸殘留所產(chǎn)生的酸效應(yīng)，使用Sc、Y、Bi為內(nèi)標(biāo)元素校正了基體效應(yīng)，采用ORS技術(shù)有效地校正了多原子離子質(zhì)譜干擾。加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)表明，所有待測(cè)元素的RSD均小于4.60%，回收率在89.60%～106.12%之間。3種巧克力樣品的分析數(shù)據(jù)顯示，巧克力中鉀含量最高，其次是鈣、鈉、磷等微量營(yíng)養(yǎng)元素，重金屬元素含量低，食用安全。

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表4 樣品分析結(jié)果（μg/g）Table 4 Analytical results of samples（μg/g）

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