用于食品中多元素测定的先进ICP-MS方法:通过准确性分析方法进行验证,并应用于多种基质

《Journal of Food Composition and Analysis》:Advanced ICP-MS method for multi-element determination in food: Validation by the accuracy profile approach and application to a wide range of matrices

【字体: 时间:2025年12月04日 来源:Journal of Food Composition and Analysis 4.6

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  本研究通过准确性轮廓法验证了ICP-MS同时测定35种元素(含重金属和微量元素)在50种食品基质中的方法,包括微波消解前处理技术。结果显示方法重复性良好(CV<21%),准确度稳定(相对偏差<19%),适用于复杂食品样品的常规分析。

  
Axelle Leufroy | Clément Mazurais | Nathalie Zephyr | Rachida Chekri | Nathalie Marchond | Petru Jitaru
法国食品、环境与职业健康安全局(ANSES)食品安全实验室,巴黎东大学,94700,Maisons-Alfort,法国

摘要

本文介绍了利用电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)同时测定35种必需元素和潜在有毒元素的分析方法的验证方法,这些元素来自50种不同的食品基质。样品矿化过程采用(硝酸)酸消化法,具体方法包括使用经典的封闭式微波系统或加压消化腔。该方法通过准确性分析进行了验证。为此,研究人员在三个月内对五种不同基质(鱼肝、牛肉、贻贝组织、鸡蛋和番茄)的五种认证参考物质(CRM)、三种能力测试物质(苹果、大米和牛奶)以及四种添加了目标元素的样品进行了重复分析。各元素的定量限范围为:铑(Rh)0.001 μg/L,钠(Na)、钾(K)和钙(Ca)30 μg/L。所有研究元素的中间重复性和再现性(以变异系数表示)均低于21%;最大相对偏差的绝对值也低于19%。这证明了该方法在多种食品样品中同时测定35种元素时的稳健性和适用性,具有出色的分析性能。

引言

在监测食品的营养质量和安全性的背景下,对痕量和超痕量元素的精确定量至关重要。虽然某些元素(如铜、铁和锌)对人体代谢是必需的,但汞(Hg)、铅(Pb)、镉(Cd)和砷(As)即使在极低浓度下也具有毒性(Wilschefski & Baxter, 2019)。食品基质的多样性(动物源和植物源产品、饮料、预制菜肴等)以及浓度范围的广泛性(从主要元素到痕量和超痕量元素)要求采用高度敏感且多功能的分析技术(Xing, 2022),同时也凸显了需要能够覆盖必需元素和有毒元素全谱的方法(Montaser, 1998, Patriarca et al., 2023)。
电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)因其能够实现极低的检测限、宽广的线性动态范围以及与微波消化系统的便捷结合而成为食品多元素分析的参考技术(Abdelmonem et al., 2025, Al-Hakkani, 2019, Patriarca et al., 2023)。此外,碰撞/反应池技术的集成有效去除了多原子干扰(Bosnak et al., 2008)。最近,三重四极杆ICP-MS(ICP-MS/MS)实现了选择性和可控的离子-分子反应,从而提高了干扰去除效果和精度,尤其是在复杂基质中(Balaram, 2022, Balcaen et al., 2015, Machado et al., 2017, Yamada, 2015)。
微波辅助(封闭容器)酸消化是一种广泛用于ICP-MS测定痕量和超痕量元素的样品预处理技术。该技术能够在高压和高温下快速矿化复杂食品基质,可单独使用浓硝酸(HNO?),也可与氧化剂或基质分解剂(如H?O?、HCl、HF/H?BO?)结合使用(Camilleri et al., 2023, El Hosry et al., 2023)。
传统的验证方法基于将分析结果与参考值进行比较,但这些方法未能满足质量保证体系所强调的“消费者需求”(AFNOR, 2010, Feinberg, 2007, Jitaru et al., 2016)。相比之下,准确性分析是一种真正的“适用性”验证策略,能够同时评估准确性和精确度,并确保结果在整个浓度范围和不同基质中保持可靠。准确性分析方法依赖于基于总误差、β-期望容忍区间和预设接受限的图形决策工具,从而在单一可视化图表中同时评估真实性和精确度,便于客观判断方法的适用性(Feinberg, 2007, Feinberg and Laurentie, 2006, Mermet and Granier, 2012)。这种整体策略与最近的分析方法验证建议完全一致,这些建议强调应结合偏差和变异性进行评估(El Hajji et al., 2018, Vacchina et al., 2017)。
除了方法验证外,定期参加能力测试还能持续评估方法的性能(Cantwell, 2025, Patriarca et al., 2023)。
本研究报道了一种ICP-MS方法的优化和验证结果,该方法可用于同时测定35种元素(Li, B, Na, Mg, Al, K, Ca, V, Cr, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Zn, Ga, Ge, As, Se, Sr, Mo, Rh, Ag, Pd, Cd, Sn, Sb, Ti, Te, Ba, Pt, Hg, Th, Pb, U),涵盖了多种食品基质(动物源和植物源产品、酒精饮料和非酒精饮料、预制菜肴等)。与以往的验证研究相比,本研究的创新之处在于:(i)纳入了在食品分析中较少研究的四种元素(Rh、Pd、Pt、Tl);(ii)将验证范围扩展到多样化和复杂的食品基质;(iii)系统性地应用了准确性分析方法,从而在痕量和超痕量水平上证明了方法的稳健性。此外,通过定期参加实验室间能力测试进一步评估了方法的性能,证实了其在多种食品基质中的常规分析能力。

仪器设备

分析所用仪器为Agilent 7850 ICP-MS(法国Les Ulis),配备了碰撞/反应池和ISIS 3离散采样系统。在动能鉴别(KED)模式下使用氦气(He)作为碰撞气体,以通过碰撞能量损失减少多原子干扰。自动采样由SPS 4自动采样器(Agilent, 法国Les Ulis)完成。雾化器为MicroMist同心雾化器,喷雾室为Scott型双通道石英喷雾室,内径为2.5毫米。

方法优化

该方法是在Chevallier等人(2015)之前验证的多元素ICP-MS方法基础上改进和发展而来的,原方法仅涵盖了食品基质中的31种元素。在本研究中,该方法进行了优化和扩展,增加了四种在食品分析中较少研究的元素(Rh、Pd、Pt和Tl),并使用更先进的ICP-MS仪器(Agilent 7850)提高了方法的适用范围。

资金支持

本研究未获得公共部门、商业机构或非营利组织的任何特定资助。

作者贡献声明

Nathalie Marchond:撰写、审稿与编辑、验证、资源准备、方法学设计、数据分析、概念构建。Petru Jitaru:撰写、审稿与编辑、监督、概念构建。Nathalie Zephyr:验证、数据分析、数据管理。Rachida Chekri:撰写、审稿与编辑、验证。Axelle Leufroy:撰写、初稿撰写、数据可视化、数据分析。Clément Mazurais:验证、资源准备、数据分析

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢法国农业与食品部食品总局(DGAL)的财政支持。
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