一种奶粉中测定微量元素样品前处理方法与流程

1.本发明属于微量元素检测技术领域，尤其涉及一种奶粉中测定微量元素样品前处理方法。


背景技术：

2.目前，奶粉是除母乳外，婴幼儿的主要食物来源。监测奶粉中各金属元素含量十分有意义，特别是作为婴幼儿主食之一的各类婴幼儿奶粉显得更加重要。国家对配方奶粉中微量元素的含量有具体的标准要求，主要基于任何一种微量元素缺乏，都将对婴儿的健康产生不利影响。当微量元素缺乏和过量时，就会直接导致一些生理性病变，使衰老的过程加速，危及身体健康。例如，铁能增强中性粒细胞杀菌和吞噬功能，维持机体正常的免疫功能。铁在人体内参与氧的运输和贮存，铁元素缺乏会导致缺铁性贫血。
3.在利用现代检测技术分析微量金属元素时，试验误差多来自于前处理过程。常用的前处理方法有干法灰化法，酸提取法等。但这些方法存在易损失、试剂量大、毒性大等缺点。功能化碳纳米复合材料由于具有独特的比表面积大、稳定性好、吸附性能强、选择性好等优势而被广泛应用于食品、环境、中药材等样品中有毒有害物质快速检测样品前处理中。虽然作为碳纳米材料及金属纳米粒子合成纳米复合材料，国内外已在农药残留检测、兽药残留检测、食品添加剂检测等方面做了大量研究，但应用于基质复杂的奶粉微量元素快速检测样品前处理未见文献报道。因此，亟需设计一种新的奶粉中测定微量元素样品前处理方法，以填补现有技术的空白。
4.通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
5.(1)常用的前处理方法存在易损失、试剂量大、毒性大等缺点。
6.(2)应用于基质复杂的奶粉微量元素快速检测样品前处理未见文献报道。
7.解决以上问题及缺陷的难度为：开发优化quechers技术成功地应用于奶粉微量元素快速检测样品前处理中，提高检测灵敏度和回收率
8.解决以上问题及缺陷的意义为：开发一种奶粉中微量元素快速检测样品前处理方法，操作简单，节约成本，极大地解决了检测过程基质干扰问题，提高了检测灵敏度和回收率。


技术实现要素：

9.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种奶粉中测定微量元素样品前处理方法。
10.本发明是这样实现的，一种奶粉中测定微量元素样品前处理方法，所述奶粉中测定微量元素样品前处理方法包括以下步骤：
11.步骤一，分别进行样品溶液的制备和标准溶液的配制；
12.步骤二，进行磁性fe3o4纳米粒子的制备；
13.步骤三，进行十八烷胺功能化介孔碳复合材料的合成；
14.步骤四，进行磁性fe3o4纳米粒子负载功能化介孔碳磁性碳纳米材料合成；
15.步骤五，进行电感耦合等离子体质谱仪icp-ms仪器参考条件的选择。
16.本发明通过简单水热法和共沉淀法成功地合成了一种新型功能化介孔碳纳米复合材料，作为一种混合净化剂首次应用于复杂基质奶粉中微量元素检测样品前处理中，结合电感耦合等离子体质谱仪icp-ms技术实现复杂基质奶粉中微量元素快速检测，具有操作简单、灵敏度高、成本低等优势，有望应用于其它样品中微量元素检测样品前处理中。
17.进一步，所述步骤一中的样品溶液的制备包括：
18.称取分装好奶粉样品0.25g于微波消解管中，加入硝酸8.0ml，双氧水3.0ml，加盖后放入微波消解仪中进行消解58min；消解冷却后取出放入赶酸仪，在80℃下加热120min，蒸发挥干多余的酸液；将剩余溶液转移至25ml离心管中，并用超纯水冲洗盖子3次，并入离心管内，加入一定量磁性纳米复合材料，震荡10min，在外加磁场作用下分离，弃去悬浮液，磁性物质5ml超纯水洗脱，收集洗脱液待测，同时做空白实验。
19.进一步，所述步骤一中的标准溶液的配制包括：
20.用2％硝酸水溶液分别配制na、k、fe、cu、zn标准系列溶液后，在仪器条件下检测分析，并绘制标准曲线。
21.进一步，所述标准系列溶液的浓度为0.05μg/g、0.10μg/g、0.50μg/g、1.00μg/g、10.0μg/g和50.0μg/g。
22.进一步，所述步骤二中的磁性fe3o4纳米粒子的制备包括：
23.采用化学共沉淀法制得磁性fe3o4纳米粒子，具体制备过程如下：
24.采用nh3·
h2o作为沉淀剂，将一定量的二价铁盐和三价铁盐混合溶液加入到烧杯中，再将25％的nh3·
h2o加入到烧杯中；剧烈搅拌，水浴恒温，混合液由橙红色逐渐变成黑色后，再继续搅拌55min后停止反应，在外加磁场下分离，用蒸馏水反复洗涤直至ph为中性为止，移去上层清液，在70℃真空干燥18h，研磨后即得到最终产物磁性fe3o4纳米粒子mnps。
25.进一步，所述二价铁盐为fecl2·
4h2o，所述三价铁盐为fecl3·
6h2o。
26.进一步，所述步骤三中的十八烷胺功能化介孔碳复合材料的合成包括：
27.称取100mg介孔碳sba-15于250ml圆底烧瓶中，加入100ml乙醇超声30min使其完全溶解，再加入400mg十八烷胺，70℃下搅拌2h，6000rap/min离心8min，蒸馏水洗涤2次，真空干燥，备用。
28.进一步，所述步骤四中的磁性fe3o4纳米粒子负载功能化介孔碳磁性碳纳米材料的合成包括：
29.将10ml浓度为10mg/ml磁性纳米粒子加入功能化的介孔碳悬浮液并搅拌；在110℃油浴中搅拌8h，将磁铁放到烧瓶旁边收集黑色产物，黑色产物通过蒸馏水洗涤3次后在80℃真空下烘4h即得到最终产物mnps/oda-sba-15。
30.进一步，所述步骤五中的电感耦合等离子体质谱仪icp-ms仪器参考条件的选择包括：
31.射频功率为1550w，采样锥/截取锥为镍锥，等离子体气流量为15l/min，采样深度为8mm，载气流量为0.84l/min，检测方式为自动，辅助气流量为0.40l/min，积分时间为0.100s，氦气流量为5l/min，每峰测定点数为3，雾化室温度为2℃，重复次数为3，氧化物为156/140，采样周期为0.311s，双电荷为70/140，采集时间为22.740s。
32.本发明的另一目的在于提供一种所述的奶粉中测定微量元素样品前处理方法在奶粉中测定微量元素样品前处理中的应用。
33.结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明利用优化quechers技术联用电感耦合等离子体质谱法建立一种同时测定奶粉中微量元素样品前处理方法。本发明通过合成磁性纳米粒子负载双官能团十八烷胺功能化碳纳米管纳米复合材料作为一种特异性吸附剂结合quechers技术建立样品前处理方法。该磁性碳纳米复合材料表面结构特征通过x-衍射、磁力计手段进行了表征，对试验条件ph值、盐度进行了优化。
34.本发明的优化quechers样品前处理方法对奶粉中微量元素具有很好的吸附性能，缩短前处理时间，消除基质干扰能力，省去了过滤和离心等复杂的操作步骤。平均回收率范围90.70％～99.40％，相对标准偏差＜10％。与传统技术相比，优化quechers技术应用于奶粉中微量元素快速检测具有操作简单，吸附能力强，成本低，实现了富集分离一体化。
35.本发明通过简单的共沉淀法、水热法合成磁性四氧化三铁纳米粒子负载具有双官能团十八烷胺功能化碳纳米管复合材料作为特异性吸附剂，基于quechers技术结合电感耦合等离子体质谱法建立一种简单、高效、快速、灵敏度高、重复性好、准确地快速同时检测奶粉中5种微量元素的样品前处理方法。
36.本发明通过共沉淀法、简单水热法成功合成磁性fe3o4纳米粒子负载十八烷胺功能化介孔碳复合材料，基于quechers技术联合电感耦合等离子体质谱法建立了一种同时测定奶粉中5种微量元素检测样品前处理方法，该方法省去了过滤和离心等复杂的操作步骤，提高净化效率，缩短前处理的时间。实验结果表明，该磁性纳米复合材料能够特异性吸附微量元素，提高检测效率，操作简单。平均回收率在90.70％～99.40％之间，相对标准偏差《10％，最低检出限为0.01～0.08μg/ml。本方法具有灵敏度高、通用性强、准确度高、稳定性好、经济环保等优点，适用于其他样品中奶粉微量元素检测样品前处理中。
附图说明
37.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下还可以根据这些附图获得其他的附图。
38.图1是本发明实施例提供的奶粉中测定微量元素样品前处理方法流程图。
39.图2是本发明实施例提供的磁性fe3o4纳米粒子修饰功能化介孔碳磁性复合纳米材料的合成机理图。
40.图3是本发明实施例提供的磁性碳纳米复合材料的x-射线衍射图谱。
41.图4是本发明实施例提供的磁性纳米复合材料振动样品磁强计曲线示意图。
42.图5是本发明实施例提供的ph值对吸附性能的影响示意图。
具体实施方式
43.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
44.针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种奶粉中测定微量元素样品前处理方法，下面结合附图对本发明作详细的描述。
45.如图1所示，本发明实施例提供的奶粉中测定微量元素样品前处理方法包括以下步骤：
46.s101，分别进行样品溶液的制备和标准溶液的配制；
47.s102，进行磁性fe3o4纳米粒子的制备；
48.s103，进行十八烷胺功能化介孔碳复合材料的合成；
49.s104，进行磁性fe3o4纳米粒子负载功能化介孔碳磁性碳纳米材料合成；
50.s105，进行电感耦合等离子体质谱仪icp-ms仪器参考条件的选择。
51.下面结合具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述。
52.实施例：奶粉中测定微量元素样品前处理方法优化
53.1、发明概述
54.1.1发明目的：本发明利用优化quechers技术联用电感耦合等离子体质谱法建立一种同时测定奶粉中微量元素样品前处理方法。
55.1.2发明方法：合成磁性纳米粒子负载双官能团十八烷胺功能化碳纳米管纳米复合材料作为一种特异性吸附剂结合quechers技术建立样品前处理方法。该磁性碳纳米复合材料表面结构特征通过x-衍射、磁力计手段进行了表征，对试验条件ph值、盐度进行了优化。
56.1.3结果：优化quechers样品前处理方法对奶粉中微量元素具有很好的吸附性能，缩短前处理时间，消除基质干扰能力，省去了过滤和离心等复杂的操作步骤。平均回收率范围90.70％～99.40％，相对标准偏差《10％。
57.1.4结论：与传统技术相比，优化quechers技术应用于奶粉中微量元素快速检测具有操作简单，吸附能力强，成本低，实现了富集分离一体化。
58.本发明通过简单的共沉淀法、水热法合成磁性四氧化三铁纳米粒子负载具有双官能团十八烷胺功能化碳纳米管复合材料作为一种特异性吸附剂，基于quechers技术结合电感耦合等离子体质谱法建立一种简单、高效、快速、灵敏度高、重复性好、准确地快速同时检测奶粉中5种微量元素的样品前处理方法。
59.2、材料与方法
60.2.1仪器
61.微波消解仪(型号：tank plus，生产厂家：上海新仪微波化学科技有限公司)；等离子电感耦合质谱仪(型号：icp-6800s，生产厂家：上海美析仪器有限公司)；电子天平(型号：pxs-270，生产厂家：上海精科实业有限公司)；超纯水装置(型号：uph-i-40l，生产厂家：四川优普超纯科技有限公司)。涡旋振荡仪(型号：genius3，生产厂家：常州国华电器有限公司)，台式高速离心机(型号：cf16rxii，生产厂家：上海仪电科学仪器股份有限公司)，超声波清洗机(型号：sb-100b，生产厂家：苏州安泰空气技术有限公司)，x-射线衍射仪(xrd，型号：dmax-rb，生产厂家：钛洛科学器材(上海)有限公司)，振动样品磁强计(vsm，型号：lake shore 7410，生产厂家：安泰科技股份有限公司)。
62.2.2试剂与原料
63.5种混合标准溶液(纯度：1000μg/ml或10μg/ml，购买厂家：北京谱析标准技术有限
公司)；硝酸(纯度：98.9％，购买厂家：茂名市雄大化工有限公司佛山分公司)；介孔碳(纯度：98.2％，外径：10～50nm内径：5～10nm长度：20～40μm比表面积：》150m2/g，北京科创海光有限公司)；双氧水(纯度：97.8％，购买厂家：陕西斯奈克环保科技公司)。丙酮(色谱纯，纯度：99.6％，西安市永红化工原料公司)，正己烷(色谱纯，纯度：99.6％，深圳市时得佳科技有限公司)，乙腈(色谱纯，纯度：99.8％，高碑店市隆年达商贸有限公司)，二价铁盐(fecl2·
4h2o)和三价铁盐(fecl3·
6h2o)，氨水(nh3·
h2o)(纯度：99.6％，北京振翔科技有限公司)，十八烷胺(纯度：98.8％，高碑店市隆年达商贸有限公司)，高锰酸钾(纯度：99.1％，北京振翔科技有限公司)，乙醇(纯度：98.9％，北京振翔科技有限公司)，二次蒸馏水。
64.3、试验方法
65.3.1样品溶液的制备
66.称取分装好奶粉样品0.25g于微波消解管中，加入硝酸8.0ml，双氧水3.0ml，加盖后放入微波消解仪中进行消解58min。消解冷却后取出放入赶酸仪，在80℃下加热120min，蒸发挥干多余的酸液。将剩余溶液转移至25ml离心管中，并用超纯水冲洗盖子3次，并入离心管内，加入一定量磁性纳米复合材料，震荡10min，在外加磁场作用下分离，弃去悬浮液，磁性物质5ml超纯水洗脱，收集洗脱液待测，同时做空白实验。
67.3.2标准溶液的配制
68.用2％硝酸水溶液配制na、k、fe、cu、zn标准系列浓度为0.05μg/g、0.10μg/g、0.50μg/g、1.00μg/g、10.0μg/g、50.0μg/g，在该仪器条件下检测分析，并绘制标准曲线。
69.3.3实验方法
70.3.3.1磁性fe3o4纳米粒子的制备
71.本发明采用化学共沉淀法制得磁性fe3o4纳米粒子，具体试验过程如下：采用nh3·
h2o作为沉淀剂，将一定量的二价铁盐(fecl2·
4h2o)和三价铁盐(fecl3·
6h2o)混合溶液加入到烧杯中，然后再将25％的nh3·
h2o加入到烧杯中。剧烈搅拌，水浴恒温，混合液由橙红色逐渐变成黑色后，再继续搅拌55min后停止反应，在外加磁场下分离，用蒸馏水反复洗涤直至ph为中性为止，移去上层清液，在70℃真空干燥18h，研磨后即得到最终产物磁性fe3o4纳米粒子(mnps)。
72.3.3.2十八烷胺功能化介孔碳复合材料的合成
73.称取100mg介孔碳(sba-15)于250ml圆底烧瓶中，加入100ml乙醇超声30min使其完全溶解，再加入400mg十八烷胺，70℃下搅拌2h，6000rap/min离心8min，蒸馏水洗涤2次，真空干燥，备用。
74.3.3.3磁性fe3o4纳米粒子负载功能化介孔碳磁性碳纳米材料的合成
75.本发明合成磁性fe3o4纳米粒子负载功能化的介孔碳形成磁性介孔纳米复合材料。具体合成过程如下：将10ml浓度为10mg/ml磁性纳米粒子缓慢地加入功能化的介孔碳悬浮液里并不断地搅拌，接着在110℃油浴中搅拌8h，最后，将磁铁放到烧瓶旁边收集黑色产物，黑色产物通过蒸馏水洗涤3次后在80℃真空下烘4h即得到最终产物(mnps/oda-sba-15)。该复合材料的合成机理如图2所示。
76.3.3.4仪器条件的选择
77.电感耦合等离子体质谱仪icp-ms仪器参数见表1。
78.表1电感耦合等离子体质谱仪参考条件
[0079][0080]
4、结果与讨论
[0081]
4.1x-射线衍射
[0082]
本发明利用x-射线衍射仪(xrd)测定了磁性纳米粒子的晶体结构。从图3中可以看出，该磁性介孔复合材料的衍射图谱与晶态磁铁矿(fe3o4)的标准衍射图谱非常接近。在2θ＝30.10
°
、35.34
°
、43.32
°
、53.51
°
、57.19
°
和63.18
°
处出现磁性纳米粒子的四个衍射峰，对应的晶体指数分别为(220)、(311)、(400)、(422)、(511)和(440)。
[0083]
4.2磁强计
[0084]
本发明在室温下测定了mnps/oda-sba-15的磁性性能，振动样品磁强计(vsm)曲线如图4所示。从曲线可以看出，mnps/oda-sba-15的最大比饱和磁化强度可达2.75emu/g。测试结果表明，所制备的mnps/oda-sba-15具有超顺磁性，这是由于mnps/oda-sba-15中的元素铁和微量fe3o4均在纳米尺度上，超顺磁性与颗粒尺寸密切相关，当纳米颗粒尺寸小于超顺磁性极限尺寸时，颗粒表现出超顺磁性。
[0085]
4.3 ph值对吸附性能的影响
[0086]
样品溶液的ph值对分析物的吸附起着重要的作用，ph值不仅影响分析物的存在形式，还影响其在吸附剂表面的电荷和密度。本发明通过用1mol/l盐酸或1mol/l naoh溶液调节样品溶液ph值，在2～12的ph范围内优化样品溶液，选用响应较好的铁元素作为加标试验。结果如图5所示，在大约6.0～7.5的ph值下获得最大回收率。因此，将样品溶液的ph值调整为6.0～7.5作为最佳条件。
[0087]
4.4盐度对吸附性能的影响
[0088]
通过在均质样品中添加不同浓度的氯化钠(0、0.5、1.0、3.0、10、20和25％(w/v))，研究了盐度对奶粉样品中铁元素提取回收率的影响，在优化的实验条件下，对每个水平进行了三次重复提取和测定。试验结果表明，加入nacl可以加强水相和有机相分层，但对分析物的萃取回收率的影响可以忽略不计，数据结果如表2所示。
[0089]
表2盐度对吸附性能的影响
[0090][0091]
4.5重金属检测前处理对比
[0092]
元素都是以金属有机化合物形式存在于食品中，要测定其元素含量先要进行样品前处理。常见的样品前处理方式有：干灰化法、湿法消解、微波消解法、高压密闭消解法，本发明对不同前处理方法进行了比较，结果如表3所示。
[0093]
表3不同消解方法对比
[0094][0095][0096]
综上比对微波消解法快速简单，损失少，消解彻底，重复性好，虽然仪器消解批次受限，也是目前较为普遍的消解方法。
[0097]
4.6奶粉中5种微量元素含量测定
[0098]
本发明选取金领冠奶粉作为分析对象，称取一定量样品按2.2方法处理，将样品溶液连续进行7次测定取其平均值，测定值根据已知标准曲线查出相应浓度，计算出奶粉中5种微量元素含量，并对其元素进行分析，计算rsd值，结果如表4所示。试验结果表明，奶粉中k、na、zn、cu、fe含量均在配料表给出值范围之内。
[0099]
表4奶粉中5种微量元素含量测定
[0100][0101]
4.7加标回收试验
[0102]
为了验证该方法可行性，称奶粉样品，进行加标回收试验，依次加入标准溶液，每一添加水平的样品数为3个，样品处理按3.1方法进行。先测定样品中的本底含量，再分别测定加标样品中元素的含量，扣除空白值后，计算加标回收率，加标样品的回收率及精密度结果见表5。平均添加回收率为90.70％～99.40％，相对标准偏差(rsd)分别为1.04～2.31％(n＝3)。
[0103]
表5加标回收试验及精密度(n＝3)
[0104][0105][0106]
5、结论部分
[0107]
本发明通过共沉淀法、简单水热法成功合成磁性fe3o4纳米粒子负载十八烷胺功能化介孔碳复合材料，基于优化quechers技术联合电感耦合等离子体质谱法建立了一种同时测定奶粉中5种微量元素检测样品前处理方法，该方法省去了过滤和离心等复杂的操作步骤，提高净化效率，缩短前处理的时间。实验结果表明，该磁性纳米复合材料能够特异性吸附微量元素，提高检测效率，操作简单。平均回收率在90.70％～99.40％之间，相对标准偏差《10％，最低检出限为0.01～0.08μg/ml。本方法具有灵敏度高、通用性强、准确度高、稳定性好、经济环保等优点，适用于其他样品中奶粉微量元素检测样品前处理中。
[0108]
本发明通过共沉淀法、简单水热法成功合成磁性fe3o4纳米粒子负载十八烷胺功能化介孔碳复合材料，开发优化quechers技术，联合电感耦合等离子体质谱法建立了一种同时测定奶粉中5种微量元素检测样品前处理方法，该方法省去了过滤和离心等复杂的操作步骤，提高净化效率，缩短前处理的时间。本发明选取金领冠奶粉作为分析对象，称取一定量样品按3.1方法处理，将样品溶液连续进行7次测定取其平均值，测定值根据已知标准曲
线查出相应浓度，计算出奶粉中5种微量元素含量，并对其元素进行分析，计算rsd值，结果如表4所示。试验结果表明，奶粉中k、na、zn、cu、fe含量均在配料表给出值范围之内。
[0109]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。