碘是饲料多矿当中必需添加的 1 种营养元素,过少或过多的碘都对人和动物不利,所以准确测定饲料添加剂多矿中的碘含量就显得尤为重要。由于碘的化学性质活泼,准确检测碘含量一直是饲料检测界的难题。目前, 多矿中碘含量的测定主要采用催化分光光度法,即《饲料中碘的测定 硫氰酸铁 - 亚硝酸催化动力学法》(GB/T13882—2010)[1]。此种方法针对的是 -1 价的碘离子的检测,而市面上饲料中大多添加的是碘酸钙,用此方法误差很大。袁燕平等[2] 改进了上述国标方法,使用碘酸钙做标准工作曲线,符合饲料中使用碘酸钙做碘源的实际情况,提高了检测的准确性。然而,此种方法对环境以及操作者的要求都较高,如果操作环境条件控制得不好,或者操作者不熟练,都会导致操作失误,检测准确度和效率不高。
ICP-MS 由离子源和质谱仪 2 个主要部分构成。试样溶液经过雾化由载气送入 ICP 炬焰中,经过蒸发、解离、原子化、电离等过程,转化为带正电荷的正离子, 经离子采集系统进入质谱仪,质谱仪根据质荷比进行分离。对于一定的质荷比,质谱积分面积与进入质谱仪中的离子数成正比。即试样的浓度与质谱的积分面积成正比,通过测量质谱的峰面积来测定试样中元素的浓度[3]。
近几年来,电感耦合等离子质谱法发展迅速,可用于各种元素的检测,其中对碘的测定有较好的效果。如张明仁等[4] 采用微波消解 - 电感耦合等离子体质谱直接测定茶叶中的微量元素碘;孔红玲等[5] 建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定植物性农产品中碘含量 ;李鑫等[6] 建立了一种快速测定奶粉中碘的方法。以上研究都收到了很好的效果。而 ICP-MS 对饲料多矿中碘的检测还鲜见报道。本试验应用 ICP-MS 对饲料多矿中碘元素含量进行检测,获取了很好的效果。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
超声波清洗器(SB-25-12DT,宁波新芝);icap Q 电感耦合等离子体质谱仪;硝酸,优级纯;GB 6682 规定的一级试验用水。
1.2 仪器工作条件
仪器的优化条件为等离子体功率 1550 W、采样深度 5.0 mm、冷却气流量 14 L/min、雾化气流速 1.15 L/min、辅助气流速 0.8 L/min、蠕动泵 40 r/min、采样接口镍锥0.8 mm。进样时间为 60 s,数据采集模式:跳峰;重复次数 3 次。检测采用 KED 模式,用 He 气作为碰撞气, 流量为 4.4 mL/min。以 103Rh 为内标。
1.3 碘标准曲线溶液
称取 0.1962 g 分析纯六水 20 合碘酸钙,加入 5 mL UP 水、5 mL 硝酸,超声 30 min 使其溶解,转移至 100 mL 容量瓶定容,移入棕色试剂瓶,此步得到 1 g/L 碘酸钙标准储备溶液。将 1 g/L 碘酸钙标准储备溶液逐级稀释至 1 mg/L,再依次稀释得到 5.00、10.00、20.00、30.00、50.00 mg/L 系列浓度的碘标准曲线溶液,此系列溶液中溶剂为 5% 硝酸。
1.4 样品处理
准确称取 0.25 g 多矿样品,加入 10 mL UP 水,10 mL硝酸,超声 30 min 充分溶解其中碘元素,转移至 100 mL容量瓶,加水定容,摇匀后过滤得清液,清液用 5% 硝酸稀释 100 倍待测。
1.5 样品标准加入法
准确称取 0.25 g 多矿样品 A(约含碘 200 mg/kg)5 份, 分别加入 10 mL UP 水、10 mL 硝酸,超声 30 min 充分溶解其中碘元素,定容至 100 mL 容量瓶,过滤得清液, 取清液 1 mL 至 100 mL 容量瓶,再分别加入 0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 mL 浓度为 1 mg/L 碘酸钙标准储备溶液,5% 硝酸定容,摇匀待上机检测。由于多矿A 中碘浓度未知, 以 A μg/L 表示,则此系类溶液中碘浓度为:A、(A+5)、(A+10)、(A+20)、(A+30)、(A+50)μg/L。
1.6 检测
仪器预热数分钟,用调谐液调整仪器灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等指标,达到测定要求后,依次引入试剂空白、标准系列、样品空白、样品溶液进行测定,内标溶液和待测溶液通过三通阀同时在线实时注入,测试采用 KED 模式,利用标准曲线计算样品中各元素的浓度。
2 结果与分析
2.1 校准曲线
对 1.3 和 1.5 所得溶液分别进行上机检测,1.3 中标准溶液线性方程见图 1。1.5 中标准加入法所得溶液,以多矿样品为空白值绘制标准曲线,见图 2。由图 1、2 可知,2 种方式所得梯度溶液校准曲线线性均较好。
图1 标准曲线
图2 标准加入法曲线
2.2 校准曲线的选择
使用标准曲线作为校准曲线,对新配制的 6 个多矿样品均进行 2 次平行检测,所得结果见表 1。
表 1 样品结果 1
样品 |
检测值 /(mg/kg) |
平均值 /(mg/kg) |
添加量 /(mg/kg) |
相对误差 /% |
相对标准偏差 /% |
无机多矿 1 |
1 590.98 |
1 575.63 |
1 500 |
6.07 |
0.97 |
1 560.28 |
4.02 |
||||
无机多矿 2 |
1 050.05 |
1 067.16 |
1 000 |
5.00 |
1.60 |
1 084.28 |
8.43 |
||||
无机多矿 3 |
515.91 |
520.27 |
500 |
3.18 |
0.84 |
524.63 |
4.93 |
||||
有机多矿 1 |
1 039.21 |
1 054.10 |
1 000 |
3.92 |
1.41 |
1 069.00 |
6.90 |
||||
有机多矿 2 |
833.81 |
841.43 |
800 |
4.23 |
0.91 |
849.06 |
6.13 |
||||
有机多矿 3 |
525.47 |
535.89 |
500 |
5.09 |
1.94 |
546.30 |
9.26 |
由表 1 可知,6 个不同品种多矿所测的结果相较于添加量(标识值)有较大误差,结果普遍偏高。由此可见,对于微量元素成分比较复杂的多矿样品,由于样品基底作用,使用标准曲线法不是很合适,故进一步改进方案,使用多矿样品作为基底的工作曲线作为校准曲线再次计算。
对 1.5 中所得溶液进行上机检测,根据标准加入法计算规则得出多矿样品溶液中的碘含量为 5.07 μg/L,故标准加入法所得的标准溶液浓度依次是 5.07、10.07、15.07、25.07、35.07、55.07 μg/L,重新绘制标准曲线并模拟线性方程,见图 3。
使用工作曲线作为校准曲线,对结果进行重新计算,所得结果见表 2。由表 2 可知,使用工作曲线,对 6 个不同品种多矿所测的结果均接近添加量(标识值),平行样品之间的标准偏差 RSD 小于 5%,可见此方法对多矿中碘的检测准确度与精密度均较好。
图3 工作曲线
表 2 样品结果 2
样品 |
检测值 /(mg/kg) |
平均值 /(mg/kg) |
添加量 /(mg/kg) |
相对误差 /% |
相对标准偏差 /% |
无机多矿 1 |
1 508.78 |
1 494.23 |
1 500 |
0.59 |
0.97 |
1 479.67 |
-1.36 |
||||
无机多矿 2 |
995.82 |
1 012.05 |
1 000 |
-0.42 |
1.60 |
1 028.28 |
2.83 |
||||
无机多矿 3 |
489.30 |
493.44 |
500 |
-2.14 |
0.84 |
497.57 |
-0.49 |
||||
有机多矿 1 |
985.54 |
999.67 |
1 000 |
-1.45 |
1.41 |
1 013.79 |
1.38 |
||||
有机多矿 2 |
790.76 |
797.99 |
800 |
-1.16 |
0.91 |
805.22 |
0.65 |
||||
有机多矿 3 |
498.36 |
508.24 |
500 |
-0.33 |
1.94 |
518.12 |
3.62 |
2.3 检出限
对空白试剂溶液进行连续 10 次平行测定,计算所得结果的标准偏差 SD,以 3 倍标准偏差 SD 为此方法的检出限,得检出限为 1.45μg/L。
2.4 加标回收率
对各个多矿样品进行不同浓度的加标回收试验,其结果见表 3。由表 3 可知,此方法中,碘的加标回收率在 95.63% 和 104.50% 中间,可见方法可靠。
表 3 回收率试验
样品 |
本底值 / (mg/kg) |
加标量 1/ (mg/kg) |
检测值 1/ (mg/kg) |
回收率 1/% |
加标量 2/ (mg/kg) |
检测值 2/ (mg/kg) |
回收率 2/% |
无机多矿 1 |
1 494.23 |
500 |
1 985.56 |
99.42 |
1 000 |
2 436.85 |
96.16 |
无机多矿 2 |
1 012.05 |
500 |
1 486.34 |
97.46 |
1 000 |
1 986.78 |
97.50 |
无机多矿 3 |
493.44 |
500 |
1 015.62 |
104.50 |
1 000 |
1 512.46 |
103.86 |
有机多矿 1 |
999.67 |
500 |
1 513.90 |
101.42 |
1 000 |
1 985.24 |
98.56 |
有机多矿 2 |
797.99 |
500 |
1 332.37 |
104.31 |
1 000 |
1 806.37 |
101.05 |
有机多矿 3 |
508.24 |
500 |
986.02 |
95.63 |
1 000 |
1 524.88 |
103.27 |
2.5 前处理方法
采用不同的前处理方式对样品进行检测,所得结果如表 4。其中,加热的方式是指样品加入 10 mL UP 水, 10 mL 硝酸后,放置于电火炉上加热煮沸 5 min。从表中可看出,不同的前处理方式对样品检测结果影响较大, 超声波助溶的方式效果更好,而加热的方式效果略差。这可能是因为加热时,碘容易与多矿中其他成分反应造成一定损失。而使用超声波时,时间长短对结果有影响,当时间小于 30 min 时,时间越长,提取率越高,而达到30 min 时,提取率达到最高。测得的结果接近实际添加值。如果将时间延长至 40 min,则提取率增加并不明显。另外,加入酸的量对结果影响明显,如果加酸不够,则可能碘溶不完全。
由此可知,从提取率以及工作效率的角度来看,超声 30 min 且加酸 10 mL 能将多矿中的碘提取完全,且方法方便、简单。
表 4 不同前处理方法对比
样品 |
加热 |
10 min 超声 + 10 mL 硝酸 |
20 min 超声 + 10 mL 硝酸 |
30 min 超声 + 10 mL 硝酸 |
30 min 超声 + 5 mL 硝酸 |
40 min 超声 + 10 mL 硝酸 |
无机多矿 1 |
1 303.18 |
868.38 |
1 388.54 |
1 508.78 |
965.23 |
1 487.07 |
1 319.67 |
857.17 |
1 390.21 |
1 479.67 |
998.46 |
1 502.21 |
|
无机多矿 2 |
733.21 |
745.15 |
998.29 |
995.82 |
801.28 |
991.95 |
706.89 |
721.29 |
980.57 |
1 028.28 |
787.33 |
1 018.34 |
|
无机多矿 3 |
363.15 |
430.30 |
499.63 |
489.30 |
489.26 |
492.08 |
358.62 |
427.53 |
484.35 |
497.57 |
498.54 |
479.20 |
|
有机多矿 1 |
758.24 |
779.54 |
990.28 |
985.54 |
898.50 |
981.14 |
695.22 |
780.22 |
976.39 |
1 013.79 |
905.34 |
1 008.27 |
|
有机多矿 2 |
645.28 |
669.57 |
779.01 |
790.76 |
801.94 |
794.09 |
632.36 |
670.36 |
799.98 |
805.22 |
798.56 |
779.93 |
|
有机多矿 3 |
448.77 |
465.58 |
489.36 |
498.36 |
510.82 |
501.33 |
451.28 |
470.08 |
491.80 |
518.12 |
498.15 |
509.27 |
2.6 与 GB/T 13882—2010 比较
本研究也采用 GB/T 13882—2010 对不同多矿样品进行了检测,结果见表 5。由表 5 可知, 采用 GB/T 13882—2010 方法所得结果误差和相对标准偏差均较大,且随机误差较大,原因是国标法中的方法其原理针对的是 -1 价碘,而市面上的饲料多矿均添加的是碘酸钙,另外化学催化动力学本身对温度、时间等操作条件要求很高,对于成分复杂的多矿样品,特异性和稳定性较差。
表 5 GB/T 13882—2010 方法所得结果
|
检测值/ppm |
平均值/ppm |
添加量/ppm |
相对误差/% |
相对标准偏差/% |
无机多矿1 |
705.13 |
806.40 |
1500 |
-52.99 |
12.56 |
907.67 |
-39.49 |
||||
无机多矿2 |
703.64 |
761.45 |
1000 |
-29.64 |
7.59 |
819.25 |
-18.08 |
||||
无机多矿3 |
687.59 |
736.39 |
500 |
37.52 |
6.63 |
785.18 |
57.04 |
||||
有机多矿1 |
1119.42 |
1238.49 |
1000 |
11.94 |
9.61 |
1357.56 |
35.76 |
||||
有机多矿2 |
706.55 |
785.94 |
800 |
-11.68 |
10.10 |
865.33 |
8.17 |
||||
有机多矿3 |
651.20 |
598.78 |
500 |
30.24 |
8.76 |
546.35 |
9.27 |
3 结论
本研究所用消解方法简单有效,能较为彻底将多矿中碘提取出来。ICP-MS 检测碘元素含量特异性较高, 分析方法的检出限和回收率均满足测定要求。此方法操作简便、干扰因素较少,能够较准确测得饲料多矿添加剂中的碘的含量,值得推广应用。