王丙濤，金曉蕾，趙旭，林燕奎

深圳海關(guān)食品檢驗(yàn)檢疫技術(shù)中心（深圳 518000）

磷和硫是人體蛋白質(zhì)的重要組成元素。磷是參與代謝、維持骨骼和牙齒的必要物質(zhì)，幾乎參與所有生理上的化學(xué)反應(yīng)，磷缺乏時(shí)導(dǎo)致紅細(xì)胞、白細(xì)胞、血小板異常，引起軟骨病或佝僂病，而攝入過(guò)多的磷將導(dǎo)致高磷血癥，血鈣降低導(dǎo)致骨質(zhì)疏松。硫是構(gòu)成胱氨酸、半胱氨酸和蛋氨酸3種重要氨基酸的成分之一，有助于維護(hù)皮膚、頭發(fā)及指甲的健康、維持氧平衡、幫助腦功能正常運(yùn)作、促進(jìn)膽汁分泌等。但是元素狀態(tài)及硫酸化合物狀態(tài)下的硫是無(wú)法被人體吸收利用的，而二氧化硫是一種全身性毒物，會(huì)刺激上呼吸道、損害支氣管和肺、破壞酶的活力、影響碳水化合物及蛋白質(zhì)的代謝。食物中有豐富的磷和硫，但是環(huán)境污染的加劇和含磷農(nóng)藥的濫用，以及二氧化硫及其鹽類因具有漂白、防腐、抗氧化等作用而在食品加工過(guò)程中超范圍濫用，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)問(wèn)題，存在很大食品安全隱患。因此，建立快速、精準(zhǔn)、可靠的檢測(cè)方法監(jiān)控食品中的P、S具有重要意義。

在常規(guī)的分析中，P、S常采用滴定法、比色法[1-4]、離子色譜法[5-6]、氣相色譜法[7-8]、液相色譜法[9-10]、質(zhì)譜法[11]等測(cè)定。這些分析方法往往要進(jìn)行復(fù)雜的前處理，重復(fù)性也較差，滿足不了大批量樣品的快速檢測(cè)需求[11-12]。試驗(yàn)采用ICP-MS/MS同時(shí)測(cè)定食品中的P及S，對(duì)氦模式（He）、氫模式（H2）、氧模式（O2）、雙質(zhì)譜等各種檢測(cè)模式進(jìn)行對(duì)比，與常規(guī)的四極桿ICP-MS相比，八極桿反應(yīng)池系統(tǒng)（ORS3）和四極桿質(zhì)量過(guò)濾器（Q2）的前面增加一套主四極桿質(zhì)量過(guò)濾器（Q1），Q1只允許目標(biāo)分析物質(zhì)量數(shù)的離子進(jìn)入反應(yīng)池，有效排除掉所有其它質(zhì)量數(shù)的離子，目標(biāo)離子進(jìn)入ORS3系統(tǒng)后與反應(yīng)氣反應(yīng)生成新的目標(biāo)離子進(jìn)入Q2，由于Q1消除基質(zhì)離子及其它干擾離子，從而保證ORS3中的反應(yīng)過(guò)程能夠精確控制，直接測(cè)定新生成的目標(biāo)離子，使基體干擾很復(fù)雜的樣品也能直接準(zhǔn)確測(cè)定[13-15]。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

安捷倫8800電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀ICPMS/MS（美國(guó)）；Milestone ETHOS One微波消解儀（意大利）；Mettler ME204E電子天平（瑞士）；MilliQ A10純水儀（德國(guó)）。

標(biāo)準(zhǔn)溶液：磷P，GBW（E）080431，1 000 mg/L，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；硫S，GSB 04-1773-2004，1 000 mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；硝酸（優(yōu)級(jí)純，默克）；18.2 MΩ去離子水。

1.2 儀器條件

根據(jù)待測(cè)元素特性分別對(duì)儀器條件、檢測(cè)模式和碰撞反應(yīng)氣體進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后的測(cè)定參數(shù)見表1。

表1 ICP-MS/MS測(cè)定參數(shù)

1.3 樣品前處理

以市售的米粉樣品作為實(shí)際樣品進(jìn)行檢測(cè)，GBW 10019蘋果生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，為固體粉末試樣，直接稱樣進(jìn)行檢測(cè)。

準(zhǔn)確稱取0.5 g（精確至0.001 g）均質(zhì)樣品于微波消解聚四氟乙烯罐中，加入5 mL硝酸和1 mL水，靜置15 min后置于微波消解儀中，按照微波消解處理程序進(jìn)行消解。冷卻后取出，于石墨消解儀上趕酸，取出冷卻，轉(zhuǎn)移定容至50 mL比色管中，用去離子水沖洗聚四氟乙烯管2～3次，合并沖洗液，定容至50 mL，待測(cè)。同樣方法做試劑空白。

微波消解處理程序：功率800 W；室溫開始，以20 ℃/min升至120 ℃，保持5 min，以20 ℃/min升至180 ℃，保持5 min，以5 ℃/min升至190 ℃，保持20 min。

2 結(jié)果和討論

2.1 干擾離子

非金屬元素電離能比較高，P、S的第一電離能分別為10.49和10.36 eV，在氬等離子體中電離程度很低，離子化效率分別為7.5%和10.0%，遠(yuǎn)低于金屬元素的電離效率。且P、S屬于輕質(zhì)量數(shù)元素，用單一四極桿ICP-MS檢測(cè)時(shí)會(huì)存在大量基體干擾和多原子離子干擾，雖然采用碰撞反應(yīng)氣可以消除一部分干擾，但并不能徹底消除所有干擾，如16O16O+對(duì)32S+的干擾等，氫氣作為碰撞反應(yīng)氣時(shí)還可能生成新的氫化物干擾等。P和S是受氫化物和氧化物干擾最嚴(yán)重的元素，常見的同位素干擾、氧化物、氫化物及雙電荷等干擾情況見表2。

表2 待測(cè)元素受到的干擾情況

2.2 反應(yīng)氣體和檢測(cè)模式的選擇

分別采用He、H2和O2作為碰撞反應(yīng)氣進(jìn)行對(duì)比（見圖1）。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氫氣模式下，H2與干擾離子進(jìn)行碰撞反應(yīng)，但空白溶液中P、S的背景信號(hào)依然很高，不僅無(wú)法有效消除干擾，基體中N、O、Si等還可能與H2反應(yīng)產(chǎn)生新的氫化物干擾14N16O1H+、1H30Si+、16O1H15N+，導(dǎo)致低濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液中干擾離子的信號(hào)高于目標(biāo)離子31P+、32S+和34S+的信號(hào)，影響靈敏度和檢出限；氦氣模式下，He是惰性氣體，僅能通過(guò)碰撞消除多原子離子干擾，樣品基體情況也可以忽略不計(jì)，常規(guī)情況下可以使得干擾離子大量減少，但試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)32S+受16O16O+的影響太大，背景信號(hào)強(qiáng)度依然偏高，無(wú)法獲得良好的線性，這與文獻(xiàn)報(bào)道相一致[14]；使用氧氣作反應(yīng)氣時(shí)，目標(biāo)離子在碰撞池中與O2反應(yīng)：X++O2=XO++O，ΔHr=D（O2）-D（X+-O），P+、S+與氧原子的親和力都很高，反應(yīng)焓ΔHr分別為-3.17和-0.34 eV，反應(yīng)為放熱反應(yīng)，可以自發(fā)進(jìn)行，生成新離子31P16O+和32S16O+、34S16O+，質(zhì)量數(shù)分別變成m/z47，48和50，從而消除干擾。綜合考慮待測(cè)元素的性質(zhì)和干擾離子情況，方法最終采用O2作為碰撞反應(yīng)氣。

采用O2作反應(yīng)氣體單一質(zhì)譜進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，目標(biāo)離子進(jìn)入反應(yīng)池反應(yīng)，同時(shí)m/z16，32，34，47，48，50，94，96和100等離子均會(huì)進(jìn)入反應(yīng)池，31P+、32S+、34S+反應(yīng)生成新的離子31P16O+、32S16O+、34S16O+進(jìn)入檢測(cè)器，新質(zhì)量數(shù)m/z47，48和50處仍會(huì)存在相應(yīng)的多原子離子干擾、同位素干擾、雙電荷干擾等，特別是在測(cè)定復(fù)雜基質(zhì)樣品時(shí)，若樣本中Ti、V、Zr、Mo等含量較高，基質(zhì)本身帶來(lái)的m/z47，48和50等的同位素干擾和雙電荷干擾依然會(huì)比較嚴(yán)重，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)P、S的準(zhǔn)確測(cè)定。采用三重四極桿串聯(lián)質(zhì)譜（ICP-MS/MS），Q1、反應(yīng)池、Q2串接，通過(guò)Q1將m/z31，32和34之外的其他離子全部去除，這3種質(zhì)量數(shù)的離子進(jìn)入反應(yīng)池與O2反應(yīng)，分別生成31P16O+、32S16O+、34S16O+3種新的離子，待測(cè)目標(biāo)離子質(zhì)量數(shù)分別轉(zhuǎn)變?yōu)閙/z47，48和50進(jìn)入Q2，通過(guò)質(zhì)量選擇，將進(jìn)入Q2檢測(cè)器的m/z31，32和34的離子全部去除，從而徹底消除各元素存在的多原子離子干擾、同位素干擾等，實(shí)現(xiàn)對(duì)待測(cè)目標(biāo)元素的精準(zhǔn)測(cè)量，方法最終采用O2反應(yīng)氣雙質(zhì)譜模式進(jìn)行檢測(cè)。

圖1 32S+、34S+和31P+在3種碰撞反應(yīng)氣條件下的背景信號(hào)強(qiáng)度對(duì)數(shù)圖

2.3 質(zhì)量數(shù)的選擇

硫有多種同位素，32S的天然豐度最高，達(dá)95.02%，34S的天然豐度為4.21%，其余同位素的豐度均小于1%。由于S的第一電離能為10.36 eV，等離子體中的離子化效率僅為10%，比較難電離，所以同位素豐度對(duì)信號(hào)的影響就顯得尤為敏感。雖然32S+和34S+在O2反應(yīng)氣雙質(zhì)譜模式下均能獲得良好的線性（見圖2），但32S16O+和34S16O+的檢出限比值與32S和34S的同位素比值不一致，且34S16O+的信號(hào)強(qiáng)度較低，考慮到對(duì)靈敏度和檢出限的影響，最終選擇32S16O+作為定量離子進(jìn)行檢測(cè)。

圖2 32S+和34S+的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 線性范圍和檢出限

根據(jù)優(yōu)化后的檢測(cè)條件，P和S在2.0～500 μg/L范圍內(nèi)均具有良好線性，相關(guān)系數(shù)r2均為1.000 0，儀器檢出限以3倍信噪比（S/N=3）對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度自動(dòng)計(jì)算，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)系數(shù)和檢出限詳見表3。

表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)系數(shù)和檢出限

2.5 實(shí)際樣品檢測(cè)和加標(biāo)回收

考慮到食品中P、S本底含量較高，因此選擇本底含量較低的米粉進(jìn)行添加回收驗(yàn)證，檢測(cè)結(jié)果見表4。

從表4可以看出，平均回收率在85%以上，精密度RSD均小于3%，結(jié)果顯示采用微波消解法處理樣品，ICP-MS/MS同時(shí)檢測(cè)P、S等非金屬元素是可靠的。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析

采用優(yōu)化后的方法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10019蘋果生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示P和S檢測(cè)結(jié)果的RSD分別為1.3%和2.3%（n=6），精密度良好，且待測(cè)目標(biāo)元素含量與標(biāo)準(zhǔn)值一致性很好，均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍內(nèi)，平均值與證書標(biāo)準(zhǔn)值的相對(duì)偏差≤3.5%，結(jié)果見表5。

表4 樣品中P和S的回收率和精密度

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測(cè)P和S時(shí)的各種干擾離子進(jìn)行詳細(xì)分析，建立食品中P和S測(cè)定的ICPMS/MS分析方法。運(yùn)用O2作為反應(yīng)氣，在Q1處將除31P+、32S+之外的其他干擾離子去除，進(jìn)入反應(yīng)池后，與氧氣反應(yīng)生成31P16O+和32S16O+進(jìn)入Q2，通過(guò)二級(jí)質(zhì)譜質(zhì)量轉(zhuǎn)移，將干擾離子全部去除，從而實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確測(cè)定。通過(guò)對(duì)實(shí)際樣品和標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的分析，結(jié)果顯示方法準(zhǔn)確性和精密度良好，樣品基質(zhì)中的基質(zhì)干擾和前處理過(guò)程帶來(lái)的干擾均可消除，完全滿足食品中P和S元素的精準(zhǔn)測(cè)定需求。