通過提升樣品通量對牛奶中的營養元素進行測定

食品中微量營養元素的測定作為食品檢測的一個重要部分，一直備受關注。微量營養元素有的是天然存在食品中， 也有通過額外的手段添加到食品中，一方面反應了市場的需求，有些情況下也是為了符合法規的要求。 鑒于人們不斷在尋求防止全身營養不良的方法并試圖改善一般的食品供應， 對于微量營養元素的監管和強制加入變得越來越多。 人們也呼吁通過加入微量營養元素來改善食品的質量， 以及在市場上多選擇強化產品而非選擇非強化食品。對于食品生產商， 內部的質量控制以及外部的監管對快速、 準確、 方便監控其產品中的微量營養元素提供了強大的動力。 此外， 營養標簽指導同樣需要對微量營養元素的合規性進行評估。

牛奶是營養的重要來源之一， 主要是針對兒童。 鑒于其重要性， 牛奶通常以好幾種不同的形式出現， 最常見的是鮮奶， 還有以防腐形式出現的 (比如粉末和蒸發后的產物)。因此， 需要對牛奶多種形式產物中的微量營養元素進行測定。電感耦合等離子體發射光譜法 (ICP-OES) 作為多元素分析的一種方法一直備受人們的青睞， 而火焰原子吸收光譜由

于其運行成本低， 速度快， 操作簡單， 成為備受關注的一個替代方案。 而進行多元素測定時， 火焰原子吸收光譜法要單獨對每個樣品的每個元素進行測定， 這影響了火焰法定

速度快的優勢。為了解決運行速度的問題， 我們將使用到一個快速、 高通量的自動進樣系統裝置。 雖然每個樣品仍需要進行多次分析， 但是每個樣品的分析時間得到顯著的減少 ， 因此相對于手動進樣來說， 提高了樣品引入的通量。 此外， 自動進樣系統能提高分析的精度， 而且實驗操作人員可以閑置去執行其它的任務。此項工作中， 我們證明了珀金埃爾默的PinAAcle900系列原子吸收光譜儀 (火焰操作模式) 連同快速火焰自動進樣附件能對各種乳制品中的營養元素進行測定。

實驗部分

所有的分析均是在PinAAcle 900T火焰模式下配合使用FAST火焰2自動進樣器附件進行的。 感興趣的元素及乳制品樣品分析條件見表1。測定使用的是高靈敏度的霧化器和標配的霧室及10 cm的燃燒頭。

實驗采用外標法進行定量，用2%的硝酸配置單元素中間標液，通過FAST 火焰2附件的在線稀釋功能進行逐級稀釋配置標準序列。

為了消除測定鉀，鈉和鈣測定過程中受到的電離干擾， 樣品和標準均采用0.5%的氧化鑭進行稀釋。FAST2附件由快速自動進樣器，蠕動泵及開關閥組成，提供了樣品快速進樣及快速沖洗的功能，信號穩定需要的時間短，并且沒有樣品之間記憶效應的影響。FAST2快速將樣品環中的真空充滿，在進樣的同時自動進樣器移入到下一個樣品準備下一個樣品的取樣。這消除了自吸和蠕動泵抽吸的時間，并消除了自動進樣器沖洗和移動的時間，這樣能使樣品到樣品之間分析的時間短至15秒。FAST2附件進樣過程中機械泵的進樣能力可以通過優化霧化器和火焰條件來實現，這可以消除由于樣品粘度、溶解固體和管道長度對進樣帶來的影響，同時還可以提高樣品流動長期的穩定性。FAST2的在線稀釋功能，使操作人員僅需要配置一個簡單的中間液，即可讓儀器根據需求在線配置各標準點。此外，儀器還可以設定QC超標檢查，利用在線稀釋功能可以對超出標線最高點的樣品進行稀釋，再重新進行分析，使稀釋后的樣品落在標準曲線的范圍內，以得到準確的測定值并通過QC檢查。

表1. PinAAcle 900 儀器和分析條件

通過PinAAcle火焰模式對乳制品進行分析時，有可能需要對樣品進行簡單的稀釋。這要求對每個樣品進行基體干擾的補償，而且效率低下。這將使得勞動量增大，而且受實驗操作人員技能和技巧的影響較大。更有效去除樣品基體干擾的方案就是將樣品進行消解。其中簡單的敞開加熱體系可以作為一個有效的供選擇的方法，但是密閉微波消解能提供更好的樣品通量及優越的消解能力，操作簡單而且安全性能高。

圖1.乳制品樣品分析結果。

圖2.乳制品樣品加標回收結果。

牛奶樣品和SRM1549a(全脂奶粉標準物質)，包括加標和未加標兩個類別，均采用珀金埃爾默Titan MPS微波消解系統進行樣品的制備。樣品消解爐，采用獨特的容器和系統設計，著重強調使用的安全性，通量和操作的簡便性。Titan微波消解儀中每個罐體均采用非接觸式溫度控制，并通過參考罐對壓力進行控制，以確保消解方法的精確控制，無論消解任何樣品均確保零污染。每個消解罐中加入1g樣品和10 ml濃硝酸。詳細的微波消解程序見表2。所有的樣品在消解前均進行加標操作，加標的濃度基于SRM的報告值。

結果與討論

準備每個元素的單標中間液，采用FAST2在線稀釋功能實時配置好標準點進行標準曲線的繪制。校準結果見表3。校準曲線優異的相關系數證明標準和樣品自動在線稀釋功能的價值所在。校準曲線的單點回測確保了標準曲線的有效性，而且通過稀釋系統配置的標準點的準確性。

表4給出了SRM 1549a脫脂奶粉的測定結果。所有元素的測定值與參考值之間的偏差均在10%以內，證明了該方法的準確性。準確性得到保障后，我們對各種的乳制品商品樣品進行了分析。結果見圖1。所有樣品中含有的Na，Mg，Ca和K明顯高于其它元素，而銅是含量最少的元素，在2%鮮奶中甚至沒有測出銅的含量，然而它在各樣品中的含量時變化最大的。鮮奶和蒸發乳之間也沒有太明顯的差異。然而，奶粉中的營養水平是最高的(除了Fe含量以外)。在線測定的結果與我們的預期值相符合：由于奶粉在食用之前先會進行沖溶，因此其中的礦物質水平必定會更高。

表 2. Titan MPS 系統消解程序

表3.校準結果

表4.SRM回收值

由于樣品中各元素的含量范圍較寬，所述的相同元素的稀釋因子不一定能適用于所有的樣品。表5給出了FAST火焰2附件自動確定和執行的稀釋因子。

為了驗證方法的準確性，所有樣品在預消解時按表6中的濃度進行了加標。圖2給出了樣品中所有元素的加標回收率，結果表明，在該方法條件下所有回收率均在90-110%之間。加標回收實驗不要求每個樣品都必須進行基體匹配，這也顯示出Titan微波消解系統的安全性及樣品消解的完全性，大大節約了實驗操作人員的時間。各種乳制品樣品的加標回收率在90-110%之間進一步驗證了樣品制備和儀器方法的可靠性。

FAST2附件具備在線稀釋功能，減少了操作者使用一個中間標液配置5個最終標準點過程中帶來的人為誤差。樣品中很多元素(比如鉀，鎂，鈉和鈣)的含量會落在標準曲線的最高點外。FAST2的在線稀釋功能，能實時對樣品進行稀釋，使樣品的測定吸光度值落在標線范圍內，結果表明了分析的準確性。FAST2具有反應超標樣品并自動稀釋的功能，節約了分析時間且消除了額外的樣品處理和準備的冗長過程。

結果表明采用火焰原子吸收光譜法配備FAST2附件對乳制品進行分析測定的準確性，該方法快速，分析效率高。

小結

這項工作表明珀金埃爾默的PinAAcle900系列的原子吸收光譜儀能快速有效分析各種乳制品樣品中寬濃度范圍的銅，鐵，鎂，錳，鋅，鉀，鈉和鈣的含量。采用PinAAcle 900和FAST2附件聯用能減少實驗操作人員在稀釋和配置標準系列過程中帶來的誤差，提升通量，并提供優越的長期穩定性，提高實驗室的工作效率。(采用PinAAcle也可以獲得同樣好的結果)采用Titan微波消解儀對樣品進行消解，能有效消除樣品盒基體的干擾，采用外標法即可得到準確的結果，而不需要對基體進行匹配或使用專門的分析參數。當樣品量較少時，不使用FAST2附件也可以獲得一樣好的。