一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法与流程

1.本发明涉及用电、电化学或磁的方法测试或分析材料技术领域，特别是涉及一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法。


背景技术：

2.豆奶粉是以大豆和乳品为主要原料，经磨浆、加热灭酶、浓缩、喷雾干燥而制成的粉状食品。但豆奶粉的原料和营养添加成分可能存在镍污染，生产加工过程中也可能引入镍元素（主要因为磨浆和喷雾干燥设备中大量采用蒙乃尔合金），过多镍元素会导致心血管和肾脏疾病，影响人体健康，因此需要豆奶粉中的镍进行含量监测。
3.gb 5009.138-2017-食品中镍的测定，规定食品中镍元素的检测使用石墨炉原子吸收光谱法。这种方法线性范围窄（也即只能在很窄的范围内确保检测结果准确）且灵敏度不能满足出口商品（需满足进口国的检测标准，一些进口国的要求更高，超出石墨炉原子吸收光谱法的线性范围）的检测需求。
4.icp-ms（电感耦合等离子体质谱）已应用于食品质量安全与检测领域，其精度和线性范围普遍好于石墨炉原子吸收光谱法。但出于种种困难，将icp-ms用于豆奶粉中镍含量测定尚未有人实施成功。
5.发明人在研究中发现，将icp-ms用于豆奶粉中镍含量测定，存在以下问题，并找出了问题出现的原因及解决方案1.结果偏高，原因为
58
fe

和
40
ca
18o
干扰。
6.牛奶含钙量高同时豆类含铁量高，而质谱通常检测天然丰度最高的同位素，然后用天然丰度加权求得元素含量（用内标法时不需要加权）。豆奶样品离子化后，铁和钙会形成
58
fe

和
40
ca
18o
，这两种离子与天然丰度最高的
58
ni所形成的
58
ni

质荷比相同，且含量较大，超出icp-ms的过滤能力，被icp-ms（按质荷比识别物质）识别为
58
ni

。
7.2.结果线性差，波动大，原因为非质谱干扰。
8.非质谱干扰主要表现为由实验环境的变化和仪器锥口盐的沉积等引起的待测元素信号漂移，以及样品基质中某些成分对被测元素产生的信号增强或者信号抑制等偏移。
9.3.样品难以放入消解管，原因为消解管过细且豆奶粉易粘到消解管壁上以及称量纸上。
10.目前样品消解中，效率最高的是超级微波消解仪，其用酸量少，消解后不用赶酸，少了很多耗时较长的步骤。其消解管为一个细长管，豆奶样品倒入时易粘到消解管壁上，导致消解管壁上（不能被消解液浸泡）的豆奶样品不能消解，外加部分豆奶粉粘到称量纸上，导致结果不准。除此之外，粘到消解管壁上的豆奶粉很难清洗。


技术实现要素：

11.本发明提供一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法。
12.解决的技术问题是：石墨炉原子吸收光谱法测量豆奶粉中镍含量时测量精度和线
性范围无法满足豆奶粉出口要求，用icp-ms测量豆奶粉中镍含量时结果偏高、线性差、波动大、样品难以放入消解管。
13.为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法，包括以下步骤：步骤一：称取样品放入消解管，用超级微波消解仪对豆奶粉样品消解，然后对消解后的样品进行稀释定容，得到待检液；取与消解时等量的消解液，稀释定容为与待检液相同的容量，并记作空白溶液；步骤二：选定一种镍同位素，记作待测同位素；步骤三：采用电感耦合等离子体质谱仪，通过内标法测量豆奶粉样品中待测同位素的含量。
14.进一步，步骤二中，与待测同位素质量数相同的离子，记作干扰离子，所述待测同位素需满足以下条件：豆奶粉营养成分表中的元素不得在离子化后产生干扰离子。
15.进一步，所述待测同位素为
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ni；步骤一中采用浓硝酸作为消解液，并采用超纯水进行稀释定容；步骤三中以铑为内标元素。
16.进一步，步骤三包括以下分步骤：步骤3.1：配制镍标准工作溶液和内标溶液，用电感耦合等离子体质谱仪测出镍的镍标准曲线；步骤3.2：分别用电感耦合等离子体质谱仪测量待检液与空白溶液中待测同位素的cps值，然后根据cps值分别在镍标准曲线上查出待检液与空白溶液中镍元素的质量浓度；步骤3.3：求取豆奶粉样品中的镍元素含量。
17.进一步，步骤3.2中，待检液或空白溶液离子化后，先在八级杆碰撞反应池中用氦气除去多原子离子，然后用四级杆质量分析器过滤掉质荷比与待测同位素不同的离子，最后求取待测同位素的cps值，八级杆碰撞反应池中的偏转电压为-18伏且截止电压为180伏。
18.进一步，步骤一中，先采用正交试验法求取使镍回收率最大的消解参数组合，然后进行消解；所述消解参数包括消解液用量、消解温度、以及消解时间。
19.进一步，步骤三中的电感耦合等离子体质谱仪在使用前，通过调谐液进行调试来优化运行参数，所述运行参数包括矩管位置、电感耦合等离子体参数、质谱仪参数和测量参数。
20.进一步，步骤一中采用如下方法称取样品放入消解管：制备不含镍的糯米纸，裁切为相同大小的方块备用——以糯米纸方块作为称量纸对豆奶粉样品称重——用糯米纸方块包住豆奶粉样品并搓成细长的小包，将小包整个丢入消解管；步骤一中采用如下方法制备空白溶液：在制备消解液的同时，取与消解时等量的消解液以及一块糯米纸方块放入消解管进行消解，然后将消解后的糯米纸稀释定容为与待检液相同的容量。
21.进一步，步骤一中采用如下方法制备不含镍的糯米纸：称取10质量份优级纯的可溶性淀粉以及1-4质量份优级纯的明胶，加入60-100质量份超纯水混匀为悬浊液，在60-80℃下熬煮悬浊液10-20分钟得到浆糊，然后将浆糊涂刷到聚四氟乙烯板上，干燥后揭下即得到不含镍的糯米纸。
22.进一步，步骤一中采用如下方法称取样品放入消解管：取一次性塑料滴管，斜向剪开一次性塑料滴管的胶头，并剪去一次性塑料滴管的尖端——将一次性塑料滴管放到电子天平上，对电子天平归零——用一次性塑料滴管剪开的胶头挖取豆奶粉样品，放到电子天平上称重——将一次性塑料滴管下端放入消解管，使豆奶粉样品落入消解管中。
23.本发明一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法与现有技术相比，具有如下有益效果：本发明中，通过选用不易被豆奶粉中的铁和钙影响的
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ni作为待测同位素，且先在八级杆碰撞反应池中用氦气除去多原子离子，然后用四级杆质量分析器过滤掉质荷比与待测同位素不同的离子，避免了测量结果偏高；本发明中，通过筛选出在测量豆奶粉中镍含量时高回收率的内标元素铑，然后用内标法测量豆奶粉中镍含量，克服了非质谱干扰，避免结果线性差，波动大；本发明中，使用超级微波消解仪进行消解，通过采用不含镍的糯米纸作为称量纸来称量豆奶粉样品，然后连同糯米纸一块消解，不仅样品容易放入消解管，且完全不会有豆奶粉样品因粘到消解管壁或称量纸上而未被消解；使超级微波消解仪高效的优点得以充分发挥。
附图说明
24.图1为本发明中备选内标元素回收率比较图；图2为本发明中的实施例中的镍标准曲线图；图中纵坐标为待测同位素的cps值与内标元素的cps值的比值，横坐标为待检液中镍元素的质量浓度；图3为裁剪过的一次性塑料滴管的示意图。
具体实施方式
25.本技术中，固体中某物质的“含量”，均指的该物质的质量除以固体总质量。
26.一种高效且准确的豆奶粉中镍含量测定方法，包括以下步骤：步骤一：称取样品放入消解管，用超级微波消解仪对豆奶粉样品消解，然后对消解后的样品进行稀释定容，得到待检液；取与消解时等量的消解液，稀释定容为与待检液相同的容量，并记作空白溶液；步骤二：选定一种镍同位素，记作待测同位素；步骤三：采用电感耦合等离子体质谱仪，通过内标法测量豆奶粉样品中待测同位素的含量。
27.步骤二中，与待测同位素质量数相同的离子，记作干扰离子，待测同位素需满足以下条件：豆奶粉配料表中的已知成分不得在离子化后产生干扰离子。
28.待测同位素为
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ni；步骤一中采用浓硝酸作为消解液，并采用超纯水进行稀释定容；步骤三中以铑为内标元素。
29.在电感耦合等离子体质谱法检测过程中，非质谱干扰主要表现为由实验环境的变化和仪器锥口盐的沉积等引起的待测元素信号漂移，以及样品基质中某些成分对被测元素产生的信号增强或者信号抑制等偏移。实验采用内标校正法进行非质谱干扰的消除，依据
内标元素的选择原则，即性质稳定、与待测元素电离能相近、与待测元素质量数相近、丰度大灵敏度高且干扰小，选择锗、铑、铟三种元素为备选内标元素。考察该三种元素的回收率，结果见图1，表明铑元素回收率最高（内标元素回收率低则结果不准），因此采用铑作为内标元素测定镍元素。
30.步骤三包括以下分步骤：步骤3.1：配制镍标准工作溶液和内标溶液，用电感耦合等离子体质谱仪测出镍的镍标准曲线；步骤3.2：分别用电感耦合等离子体质谱仪测量待检液与空白溶液中待测同位素的cps值，然后根据cps值分别在镍标准曲线上查出待检液与空白溶液中镍元素的质量浓度；步骤3.3：求取豆奶粉样品中的镍元素含量。也即待检液中镍元素的质量浓度减去空白溶液中镍元素的质量浓度，然后乘以待检液的定容容量，再除以豆奶粉样品的质量。
31.步骤3.2中，待检液或空白溶液离子化后，先在八级杆碰撞反应池中用氦气除去多原子离子，然后用四级杆质量分析器过滤掉质荷比与待测同位素不同的离子，最后求取待测同位素的cps值，八级杆碰撞反应池中的偏转电压为-18伏且截止电压为180伏。这两个电压是同样是依靠正交试验求得的，可确保待测同位素的回收率接近100%。
32.步骤一中，先采用正交试验法求取使镍回收率最大的消解参数组合，然后进行消解；消解参数包括消解液用量、消解温度、以及消解时间。
33.考虑到浓硝酸在密闭条件下，可安全、温和地分解大部分食品，具有不易爆不易燃的优点，因此在超级微波消解中选择浓硝酸作为消解用酸。同时酸的用量、消解温度与消解时间对消解效果影响较大，因此重点优化超级微波消解中酸的用量、消解温度与消解时间等关键消解条件。
34.利用正交试验法解决该多因素、多水平试验问题，进而实现消解条件的优化。正交试验法利用统计学原理, 合理设计正交试验表, 以尽量少的试验次数得到最优试验方案。依据正交试验原理，选取 正交表, 按三因素四水平安排试验（见表1）。以豆奶粉中镍质控样的镍回收率（测定值与标准物定值的比值）作为衡量消解效果的客观指标，同时每一消解条件下均做3次重复试验, 以其平均值为最终结果，正交试验结果见表2。对正交试验结果进行极差分析，结果见表3，可以发现三个试验因素对试验结果的影响程度依次为酸的用量》消解时间》消解温度，其中酸的用量对试验结果的影响显著大于消解时间与消解温度，且后两者对试验结果的影响差异不大。综合三因素对试验结果的整体影响，同时考虑试验的经济性、安全性与试验效率，超级微波消解的最佳条件：浓硝酸用量为3 ml，消解温度为210 ℃，消解时间为30 min。
35.表1 超级微波消解正交试验因素与水平
ml消解管中，加入3 ml浓硝酸，加盖放置1 h后放入超级微波消解仪中，按照优化后的升温程序（见表4）进行消解。消解完毕冷却后取出，并用少量超纯水多次洗涤消解管，转移至50 ml容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，混匀备用，同时制备试剂空白。
36.表4 超级微波消解升温程序步骤三中的电感耦合等离子体质谱仪在使用前，通过调谐液进行调试来优化运行参数，运行参数包括矩管位置、电感耦合等离子体参数、质谱仪参数和测量参数。经优化后icp-ms的运行参数如表5所示。
37.表5 icp-ms运行参数步骤一中可采用如下方法称取样品放入消解管：制备不含镍的糯米纸，裁切为相同大小的方块备用——以糯米纸方块作为称量纸对豆奶粉样品称重——用糯米纸方块包住豆奶粉样品并搓成细长的小包，将小包整个丢入消解管；若选择采用上述的糯米纸来辅助称量及放入，则步骤一中改用如下方法制备空白溶液：在制备消解液的同时，取与消解时等量的消解液以及一块糯米纸方块放入消解管进行消解，然后将消解后的糯米纸稀释定容为与待检液相同的容量。
38.步骤一中可采用如下方法制备不含镍的糯米纸：称取10质量份优级纯的可溶性淀粉以及1-4质量份优级纯的明胶，加入60-100质量份超纯水混匀为悬浊液，在60-80℃下熬煮悬浊液10-20分钟得到浆糊，然后将浆糊涂刷到聚四氟乙烯板（便于揭下）上，干燥后揭下即得到不含镍的糯米纸。
39.这里之所以选用糯米纸，是因为糯米纸一下子就化了，不会影响消解过程。常规的纸消解太慢。注意切不可选用金属箔来代替糯米纸，大部分金属箔耗酸量大，会对消解结果造成严重的不利影响，并且有产生大量气体导致爆炸的危险。且小部分金属箔，如铝/铁/金箔的话，又会在浓硝酸中钝化或根本不反应，导致无法顺利消解。
40.这里的明胶不能过多也不能过少，多于4质量份时糯米纸消解慢且难以揭下，少于1质量份时糯米纸很脆。这种方法是权宜之计，效率较低，配方也不一定是最优的配方。薄膜机实际使用中可根据需求改变配方或使用薄膜机制膜，只需保证糯米纸能够包住样品而不碎且易消解，并且糯米纸中不含镍即可。
41.步骤一中采用如下方法称取样品放入消解管：如图3，取一次性塑料滴管，斜向剪开一次性塑料滴管的胶头，并剪去一次性塑料
滴管的尖端——将一次性塑料滴管放到电子天平上，对电子天平归零——用一次性塑料滴管剪开的胶头挖取豆奶粉样品，放到电子天平上称重——将一次性塑料滴管下端放入消解管，使豆奶粉样品落入消解管中。
42.实施例1：本方法涉及的试剂与标准物质主要有：1) 浓硝酸：trace metal等级，fisher化学公司；2) 镍标准储备溶液：gsbg62022-90，1000
ꢀµ
g/ml，国家钢铁材料测试中心；3) 多元素内标储备溶液：钪、锗、铟、铋、钇、铽、铑，浓度均为100
ꢀµ
g/ml，国家有色金属及电子材料分析测试中心；4) 质谱调谐液：铈、钴、锂、钛、钇，浓度均为10
ꢀµ
g/ml，安捷伦公司；5) 镍标准使用液（1000 μg/l）：准确吸取1 ml镍标准储备溶液，用5%硝酸稀释定容至100 ml，再吸取上述溶液10 ml，用5%硝酸稀释定容至100 ml；6) 混合内标使用液（1
ꢀµ
g/ml）：准确吸取1 ml多元素内标储备溶液，用5%硝酸稀释定容至100 ml；7) 试验用水均为超纯水；8) 市售豆奶粉样品与豆奶粉中镍质控样（zkqc5210，河南标准物质研发中心）；本方法涉及的主要仪器与设备主要有：5) 电感耦合等离子体质谱仪：7700 x，美国agilent公司；6) 超级微波消解仪：ultrawave，莱伯泰科公司（labtech）；7) 超纯水处理系统：美国milli-q型；8) 电子天平：德国赛多利斯1601mp8型。
43.称取0.5 g样品于15 ml消解管中，加入3 ml浓硝酸，加盖放置1 h后放入超级微波消解仪中，按表4所示的升温程序进行消解。消解完毕冷却后取出，并用少量超纯水多次洗涤消解管，转移至50 ml容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，混匀备用，同时制备空白溶液。
44.配制浓度为0、10.0、20.0、30.0、40.0、50.0
µ
g/l的镍标准工作溶液和浓度为20ppb的内标溶液，用电感耦合等离子体质谱仪测出镍的镍标准曲线；镍标准曲线见图2；其中相关系数为0.9999，且在0-50
ꢀµ
g/l范围内线性关系良好。
45.分别用电感耦合等离子体质谱仪测量待检液与空白溶液中待测同位素的cps值，然后根据cps值分别在镍标准曲线上查出待检液与空白溶液中镍元素的质量浓度。
46.测量结果灵敏度：连续测定试剂空白溶液11次并计算标准偏差，3倍标准偏差所对应的浓度值为0.02 μg/l，结合称样量与定容体积，计算本方法的检出限为0.002 mg/kg，远优于gb 5009.138-2017中石墨炉原子吸收光谱法测定食品中镍的检出限0.02 mg/kg，因此本方法具有更高的灵敏度。
47.测量结果精密度：随机选取1份豆奶粉样品，测定镍元素的本底值。然后加入低、中、高3个浓度水平的镍元素标准溶液，每个浓度做6个平行，采用icp-ms进行镍的测定，计算加标回收率和精密度，结果见表6。icp-ms加标回收率在94.5%-100.6%之间，rsd为1.8%-2.3%之间，方法的精密度及回收率均符合gb/t 27404-2008《实验室质量控制规范食品理化检测》的检测要求。
注意对于无机质谱，回收率在90-110%，以100%最佳。
48.表6 加标回收率与精密度结果（n=6）测量结果准确度：采用豆奶粉中镍质控样，按照与豆奶粉样品相同方法进行消解和测定，质控样品中镍元素标定值和测定值见表7，测定值在标定范围之内，表明其准确度较高。
49.表7 豆奶粉中镍质控样测定结果从结果分析可知，本方法具有高灵敏度、宽线性范围、高精密度、高准确度等优势。
50.以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。