CN117147711B

CN117147711B - 一种在线吸释技术检测小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法

Info

Publication number: CN117147711B
Application number: CN202310938435.XA
Authority: CN
Inventors: 赵发; 董瑞; 吕邓义; 于文江; 公丕学; 张寒霜; 韩晓晓; 冉娇艳; 高喜凤; 刘艳明; 张喜琦
Original assignee: Shandong Institute for Food and Drug Control
Current assignee: Shandong Institute for Food and Drug Control
Priority date: 2023-07-28
Filing date: 2023-07-28
Publication date: 2024-03-15
Anticipated expiration: 2043-07-28
Also published as: CN117147711A

Abstract

本发明公开了一种在线吸释技术测定小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法，包括以下步骤：(1)样品预处理：小麦粉加入水提取，涡旋后超声震荡、离心过滤后，等待检测；(2)标准样品的配制：配制次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸根、溴离子的标准溶液；(3)检测：液相色谱‑电感耦合等离子体串联质谱仪进行检测。本申请选取合适的前处理方式，创新性建立去除正磷酸盐对测定的影响，吸收柱可实现重复利用，考察不同反应模式及条件，确定最优的ICP‑MS/MS条件，将次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子同时检出。

Description

一种在线吸释技术检测小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法

技术领域

本发明属于食品检测领域，具体涉及一种在线吸释技术检测小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法。

背景技术

次磷酸盐具有还原性，主要用于化学镀，同时可以作为防腐剂和抗氧化剂添加到小麦粉中。目前研究表明，次磷酸盐可能引起免疫***中毒，甚至死亡。因此，国家食品药品监督管理总局2017年提出小麦粉中严禁添加次磷酸盐。磷酸盐在小麦粉中天然的存在，具有稳定小麦粉品质和稳定pH的作用，以多种磷酸盐的形式存在于小麦粉中，大部分磷酸盐最终以正磷酸盐的形式进入体内。虽然磷是维持人生理活动的必需元素，但是过量摄入会导致肾结石、心血管疾病等问题。溴酸钾为氧化性致癌物，国际癌症研究机构将其定为2B级的潜在致癌物，过量使用为损害人体血液及肾脏等，虽然经过发酵、醒发、烘焙等工艺后，小麦粉中溴酸钾部分会转化成溴离子等其他形态，但是经检测证实其中仍会有较大的残留量，从2005年起我国也全面禁止使用溴酸钾作为面粉处理剂。

目前，次磷酸的测定方法为液相色谱-串联质谱法，目前国家补充检验方法测定次磷酸盐为液相色谱-串联质谱法，但是，次磷酸盐为无机形态且分子量较小，使用液相色谱-串联质谱法测定的灵敏度较低且容易出现假阳性。溴酸盐的主要测定方法为液相色谱法、分光光度法、离子色谱法。分光光度法和液相色谱法的检测灵敏度较低，使用离子色谱法测定溴酸盐检测器为电导检测器，电导检测器对氯离子的响应灵敏且保留时间接近，极易导致溴酸根被掩盖，测定低浓度溴酸盐容易出现假阳性或假阴性。以前的研究单次只能测定次磷酸盐或溴酸盐等单一化合物，因此建立一种可以同时次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子四种化合物的测定方法是十分必要的。

电感耦合等离子体质谱法测定次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子，主要是根据目标物中含有的磷离子及溴离子，电感耦合等离子体质谱法测定无机离子具有高灵敏度和低检出限的优势，同时可以去除有机酸和氯离子等干扰并实现多种元素的同时测定。但是ICP-MS在测定过程中会存在一定的质谱干扰。目前采用ICP-MS/MS，在第一级四级杆对质荷比进行初步筛选，在二级反应池通入反应气实现质量转移，在三级四级杆处对新的质荷比进行筛选，去除质谱干扰，实现高灵敏度，低检出限，高准确性的检测。

对于离子化合物的分离，一般采用磷酸盐作为流动相，但是，本实验目标化合物有次磷酸盐和磷酸盐，因此不能选用含有磷酸盐的化合物作为流动相。同时，由于环境中存在大量的正磷酸盐，色谱的流动相和液相***中含有较多的磷酸盐，在测定过程中有存在较强的干扰。干扰主要为两个方面，一是流动相中的本底干扰引起的基线较大波动，另一个是流动相干扰引起的正磷酸盐干扰色谱峰。但是，直接去除流动相中的磷酸盐本底较难实现，因此，建立一种在线去除磷酸盐干扰的实验方法是十分必要的。

发明内容

本发明的目的在于克服技术不足，以小麦粉为研究对象，选取合适的前处理方式，创新性建立去除正磷酸盐对测定的影响，考察不同反应模式及条件，确定最优的ICP-MS/MS条件。最终建立一种在线吸释技术测定小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的ICP-MS/MS方法。

本发明通过以下技术方案实现的：

一种在线吸释技术测定小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法，包括以下步骤：

(1)样品预处理：小麦粉加入水提取，涡旋后超声震荡、离心过滤后，等待检测；

(2)标准样品的配制：配制次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸根、溴离子的标准溶液；

(3)检测：液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪进行检测。

进一步地，样品预处理的具体步骤为：准确称取1g小麦粉于50mL离心管中，加入25mL水，涡旋2min，然后超声震荡30min，8000r/min离心5min，取上清液，0.22μm水系膜过滤。

进一步地，进行检测时，在液相色谱的旁路接正磷酸盐吸收柱，流动相经过吸收柱，然后经过定量环，低浓度碳酸铵时流动相及液相***中正磷酸盐被吸收，旁路定量环中正磷酸盐不受影响，被流动相带入主路，高碳酸铵浓度时吸收柱中正磷酸盐被释放，与样品中正磷酸盐形成时间差，并实现吸收柱的循环利用。

更进一步地，色谱柱为AG7色谱柱(2*50mm)。

进一步地，液相色谱的条件为：色谱柱：AS7(2*250mm)，柱温：20℃；流动相A：400mmol碳酸铵溶液；流动相B：10mmol碳酸铵溶液；进样量：20μL，梯度洗脱程序：

进一步地，电感耦合等离子体质谱仪的条件为：射频功率1550W，采样深度8.0mm，雾化器流速1.17L/min，氧气含量26％，八级杆电压-3.0V，能量歧视-7.0V，检测元素P^31-47、Br^79-79、Br^79-95。

上述所述的次磷酸盐为次磷酸钠，正磷酸盐为磷酸钾，溴酸盐及溴离子离子标准物质。

本发明的有益效果为：

本申请建立了在线吸释技术测定小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的ICP-MS/MS方法。选取合适的前处理方式，创新性建立去除磷酸盐对测定的影响，考察不同反应模式及条件，确定最优的ICP-MS/MS条件。应用液相色谱法串联电感耦合等离子体串联质谱仪，在旁路接吸收柱，有效的消除流动相及液相***中正磷酸盐的干扰，同时，该柱在线实现吸收及释放，实现了吸收柱的重复利用，延长吸收柱的使用寿命，大大降低检验成本，实现了快速、精准定性、定量检测次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子。次磷酸检出限为0.2mg/kg，定量限为0.5mg/kg，正磷酸盐检出限为0.5mg/kg，定量限为1.5mg/kg，在Br^79-79离子对条件下溴酸根、溴离子的检出限为0.025mg/kg，定量限为0.075mg/kg，在Br^79-95离子对条件下溴酸根、溴离子的检出限为0.12mg/kg，定量限为0.36mg/kg。

附图说明

图1为标准物质色谱图；

图2为无预柱磷酸盐标准物质色谱图；

图3为无预柱无样品色谱图；

图4为有预柱标准物质色谱图。

具体实施方式

为了使技术领域的人员更好地理解本发明方案，并使本发明的上述目的、特征和优点更加明显易懂，下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

实施例1

1.1仪器与工作参数

安捷伦8900电感耦合等离子体串联质谱仪(美国安捷伦公司)，安捷伦1260液相色谱仪，色谱柱AG7(2*50mm)，色谱柱AS7(2*250mm)。仪器参数见表1，色谱条件见表2。

色谱条件：柱温：20℃；流动相A：400mmol；流动相B：10mmol碳酸铵溶液；进样量：20μL，

表1仪器参数

表2梯度洗脱条件

1.2标准溶液浓度

次磷酸钠：0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5mg/L

正磷酸钾：0.05、0.1、0.2、0.5、1、2、5、25、100mg/L

溴酸根、溴离子标准物质：0.002、0.005、0.010、0.020、0.050、0.1、0.2、0.5mg/L

1.3样品处理

准确称取1g小麦粉于50mL离心管中，加入25mL水，涡旋2min，然后超声震荡30min，8000r/min离心5min，取上清液，0.22μm水系膜过滤后使用液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪测定。

2.结果与讨论

2.1前处理方式的选择

次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子均为无机化合物，易溶于水，本实验考察了，纯水，甲醇水(1：1)、乙腈水(1：1)三种前处理方式，以加标回收率为指标，选取最优的前处理方式。实验结果表明，对于正磷酸盐、溴酸盐及溴离子三种前处理方式回收率差别不大；对于次磷酸盐，甲醇水(1：1)、乙腈水(1：1)两种前处理方式的回收率偏高，推测为次磷酸盐的保留时间较短，提取溶液中的甲醇和乙腈这两种有机试剂在离子柱上的保留时间也较短，这两种有机试剂增强了次磷酸盐的电离度，导致回收率偏高，因此最终选取纯水作为提取溶剂。

2.2色谱条件的优化

对于次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的测定，以前的研究无法实现这四种目标物同时分离，以往对于这几种目标物的色谱分离方法主要是液相色谱和离子色谱法，离子色谱法一般采用纯碱最为流动相进行分离，但是纯碱作为流动相是无法与ICP-MS进行联接，液相色谱含有有机相，也无法与ICP-MS进行联接。因为，本研究的目标化合物为无机化合物，因此我们主要还是采用离子柱进行分离。

以往的离子柱作为色谱柱，流动相得主要构成成分为多种缓冲盐，而且必需要调整pH，而磷酸盐是最常见的缓冲盐。但是本研究的目标物有两种物质为磷酸盐化合物，因此不能采用含有磷酸缓冲盐的物质作为流动相。因为检测的质谱为ICP-MS，因此我们要求流动相可以在等离子体内实现电离及分解，

我们以碳酸铵为流动相，AS7离子柱为色谱柱，对小麦粉中多种元素形态进行分离，和以前的方法相比，具有单一缓冲盐为流动相和不需要调节pH的优点，单一缓冲盐为流动相降低了操作的繁琐性，不需要调节pH，提高了流动相的稳定性。多种元素形态的检测，一般采用梯度洗脱进行分离，可以使多种化合物在较短的时间内实现分离，提高分离的效率。但是，小麦粉中含有多种含磷化合物，使用单一色谱柱对有机干扰物和无机目标物同时进行分离，容易造成色谱峰峰型较差或不能达到完全的基线分离。我们通过考察碳酸铵浓度对磷酸盐形态化合物保留时间的影响，碳酸铵浓度从低到高，首次实现使用梯度洗脱的方式对次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子进行分离并检测，所有的色谱峰峰型较好，实现基线分离，满足实验要求，标准曲线及样品测定结果见图1标准物质色谱图。

2.3流动相本底的去除

对多种元素形态的分离一般采用梯度洗脱的方式，梯度洗脱是通过调整各流动相组成的比例，改变流动相的极性，使每个流出的元素形态都有合适的容量因子K，并使样品中的所有组分在最短的时间内实现最佳分离。梯度洗脱具有缩短分析周期、提高分离能力、改善峰型、增加灵敏度等优点。

磷酸盐广泛存在的环境污染物，因此在作为流动相的缓冲盐、水、容器中很容易含有磷酸盐，但是由于多种元素形态的分离必需采用梯度洗脱，在洗脱的过程中，流动相中正磷酸盐污染会对测定结果产生影响，产生和目标正磷酸根形态的保留时间相同的鬼峰，同时鬼峰的大小时大时小，影响测定结果的准确性，容易造成假阳性或假阴性。

我们创新性消除了元素形态检测中流动相中的本底，在旁路接了一根AG7的吸收柱，我们将吸收柱接到旁路，当***启动进样程序时，液相流动相只在主路运行，同时旁路进行样品进样程序，当进样程序结束后，整个***切入旁路，流动相在主路和旁路中运行，样品中的目标物不经过吸收柱，而流动相首先要经过吸收柱，然后经过定量环，然后汇入主路，分离程序刚开始的时候，碳酸铵的浓度较低，流动相中的正磷酸盐会被吸收柱先吸附，然后流向主路。当碳酸铵的浓度增大后，吸收柱中正磷酸盐会被洗脱下来，由于样品不经过吸收柱，只经过分析柱，因此干扰物和样品中的目标物会有一个保留时间的差别，有效的消除流动相中的正磷酸盐干扰。实验结果为：在旁路，不接吸收柱，进混和标准溶液，混合标准溶液中所有磷酸盐形态的浓度是相同的，但是正磷酸盐与次磷酸形态相比，响应值明显偏高，色谱结果图谱见图2，因此怀疑是不是流动相带来的本底，因此我们不进样品溶液，只是按照梯度洗脱程序进行洗脱，色谱结果图谱见图3，在原来正磷酸盐色谱峰的位置有一个明显的正磷酸盐本底峰，严重干扰小麦粉中正磷酸形态的测定，为了解决流动相本底的问题，我们建立一种在线吸释去除技术去除磷酸的影响。在旁路接吸收柱，进混和标准溶液，当在旁路接吸收柱，调整洗脱浓度后，在正磷酸盐保留时间后面出现一个新的色谱峰，同时正磷酸盐的峰面积明显变小，色谱结果见图4。

同时小麦粉中次磷酸的含量较低且保留时间较短，在程序的开始阶段流动相中的磷酸根本底被吸收柱所吸附，大大降低了本底的波动，增加了次磷酸盐测定的准确性及稳定性。因此，我们建立的流动相本底在线吸释技术可以明显的改善在磷形态中梯度洗脱带来的干扰，同时此方法也可以应用于其他元素形态的测定，提高测定结果的准确性。

2.5质谱条件选择

ICP-MS是测定目前元素检测的最优测定方法，但是ICP-MS在元素测定过程中会存在质谱干扰，质谱干扰主要是氧化物、多原子单电荷、多原子多电荷、单原子多电荷等干扰。ICP-MS去除干扰的主要方法有增加碰撞气或反应气来实现质谱干扰的去除。以往的这两种去除方式主要是去除多原子干扰为主，但是对于双电荷的干扰去除能力较弱。目前采用ICP-MS/MS，在第一级四级杆对质荷比进行初步筛选，在二级反应池通入反应气实现质量转移，在三级四级杆处对新的质荷比进行筛选，去除质谱干扰，实现高灵敏度，低灵敏度，高准确性的检测。但是并不是所有的元素都能通过ICP-MS/MS来去除质谱干扰，当采用氧气为反应气时，氧气和元素是否能实现质量转移取决于是否发生反应焓变，当反应为放热反应时才会发生焓变，实现质量数转移。

以往较少采用ICP-MS对³¹P进行检测的报道，主要是因为³¹P在使用ICP-MS测定时有较大的质谱干扰，主要干扰为：³¹(¹⁶O+¹H+¹⁴N)、³¹(¹⁶O+¹⁵N)、³¹(¹⁶O+³H+¹²C)、³¹(¹²C+¹⁹F)、³¹(1H+30Si)、³¹(⁶³Cu⁺⁺)、³¹(⁶²Ni⁺⁺)等干扰。³¹P的质谱干扰非常严重，因为氧、氢、氮、碳等在正常生物内含量非常高，因此单碰撞模式无法去除干扰，以往的单四级杆质谱即使采用氧反应模式，对于³¹(⁶³Cu⁺⁺)、³¹(⁶²Ni⁺⁺)单原子双电核干扰也无法去除，因此必需采用ICP-MS/MS才能更好的去除质谱干扰。

本研究同时对P^31-31、P^31-47、Br^79-79、Br^79-95对四对质量数进行检测，实验结果见图1。实验结果表明，P^31-31结果显示受质谱干扰严重，化合物直接被本底掩盖、P^31-47干扰去除效果明显，目标物检出限明显减低、Br^79-79与Br^79-95相比，Br^79-79灵敏度明显较高，应该是溴和氧的反应放热较少，导致反应程度较低，导致Br^79-79灵敏度明显较高。

2.6方法学考察

标准溶液、线性范围及检出限

将标准溶液采用最终确定的条件进行检测，进样量为20μL，以标准溶液浓度为横坐标，元素形态响应值为纵坐标，绘制标准曲线。在P^31-47离子对条件下次磷酸盐在0.02～5mg/L范围内线性良好，R²＞0.999；正磷酸盐在0.05～100mg/L范围内线性良好，R²＞0.999；在Br^79-79离子对条件下溴酸根、溴离子：0.002～0.5mg/L范围内线性良好，R²＞0.999；在Br^79-95子对条件下溴酸根、溴离子：0.010～0.5mg/L范围内线性良好，R²＞0.999。次磷酸检出限为0.2mg/kg，定量限为0.5mg/kg，正磷酸盐检出限为0.5mg/kg，定量限为1.5mg/kg，在Br^79-79离子对条件下溴酸根、溴离子的检出限为0.025mg/kg，定量限为0.075mg/kg，在Br⁷⁹ ^-95离子对条件下溴酸根、溴离子的检出限为0.12mg/kg，定量限为0.36mg/kg。

3实际样品检测

采用本研究的方法对市场上随机购买40批次小麦粉进行测定。结果显示：次磷酸盐有29批次检出，检出结果为0.52～1.84mg/kg，测定值较低，估计有检出的样品，次磷酸盐含量为本底。正磷酸盐的测定值范围为797～2311mg/kg，溴酸盐均未检出，溴离子检出值在0.19～0.91mg/kg之间。

Claims

1.一种在线吸释技术测定小麦粉中次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸盐及溴离子的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）样品预处理：小麦粉加入水提取，涡旋后超声震荡、离心过滤后，等待检测；

（2）标准样品的配制：配制次磷酸盐、正磷酸盐、溴酸根、溴离子的标准溶液；

（3）检测：液相色谱-电感耦合等离子体串联质谱仪进行检测；在旁路接了一根正磷酸盐吸收柱，进行检测时，流动相经过吸收柱，然后经过定量环，低浓度碳酸铵时流动相及液相***中正磷酸盐被吸收，旁路定量环中正磷酸盐不受影响，被流动相带入主路，高碳酸铵浓度时吸收柱中正磷酸盐被释放，与样品中正磷酸盐形成时间差，并实现吸收柱的循环利用；

其中吸收柱为AG7色谱柱，尺寸2*50mm；

液相色谱的条件为：色谱柱：AS7 ，2*250mm，柱温：20℃；流动相A：400mmol碳酸铵溶液；流动相B：10mmol碳酸铵溶液；进样量：20μL，梯度洗脱程序：

。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样品预处理的具体步骤为：准确称取1g小麦粉于50mL离心管中，加入25mL水，涡旋2min，然后超声震荡30min，8000r/min离心5min，取上清液，0.22μm水系膜过滤。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，电感耦合等离子体质谱仪的条件为：射频功率1550W，采样深度8.0mm，雾化器流速1.17L/min，氧气含量26%，八级杆电压-3.0V，能量歧视-7.0V，检测元素P^31-47、Br^79-79、Br^79-95。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的次磷酸盐为稀磷酸钠，正磷酸盐为正磷酸钾，溴酸盐、溴酸根为离子标准物质。