刘宏伟，聂西度，谢华林

（1.湖南工学院材料与化学工程系，湖南衡阳421002；2.长江师范学院化学化工学院，重庆408100）

巧克力是以可可浆和可可脂为主要原料制成的一种甜食，不但口感细腻甜美，而且还具有一股浓郁的香气，可以直接食用，也可被用来制作蛋糕、冰淇凌等。巧克力含有丰富的碳水化合物、脂肪、蛋白质和各类矿物质，其中脂肪含量高达40%，能够较快补充人体所需能量，属于高热量食品，但巧克力中的脂肪1/3形态为硬脂酸甘油脂（饱和脂肪酸）和油酸甘油脂（不饱和脂肪酸），与其他饱和脂肪酸相比，硬脂酸并不会造成血液中低密度脂蛋白-胆固醇浓度上升，有利于控制胆固醇的含量。巧克力中微量元素含量高低直接关系到产品质量和销售，对食品安全有着重要的影响作用[1]。目前，国内外学者针对巧克力中有机成分的组成及其作用研究较多[2-3]，而对无机矿物的组成及作用研究较少，所采用的研究手段主要有原子吸收法（AAS）和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法[4-7]，AAS法具有较高的灵敏度和较低的检出限，但受仪器本身特性的限制其分析速度较慢，不适合多种元素的快速分析；ICP-OES则具有灵敏度高、分析速度快等特点，但对于含量极低元素的分析，其检出限难以达到检测要求。电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法则具有比ICP-OES法更低的检出限和更高的灵敏度，在食品工业中应用十分广泛[8-10]。本文应用微波消解ICP-MS法测定了巧克力中的Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等18种微量元素，对正确认识巧克力中无机微量元素的组成具有重要的参考意义。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

单元素标准储备溶液1000μg/mL Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb标准溶液 购自国家标准物质研究中心；内标混合溶液1000μg/mL Sc、Y、Bi标准溶液 购自国家标准物质研究中心，使用时稀释为1.0μg/mL；HNO3、H2O2、甲醇 均为优级纯；实验用水 为超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）。

Agilent 7500c电感耦合等离子体质谱仪 美国安捷伦公司，仪器工作优化参数为：功率1350W，冷却气流量15.0L/min，雾化气流速0.65L/min，H2流量4.0mL/min，He流量5.0mL/min，样品提升量0.1mL/min，采样深度7.5mm，重复采样次数3，软提取模式；Milli-Q超纯水机 美国Millipore公司；CEM MARS X高通量密闭微波消解系统 美国培安公司。

1.2 样品处理

准确称巧克力样品0.5g（精确到0.0001g）于微波消解罐内，先加入少量超纯水润湿，然后加入3mL HNO3、2mL H2O2，放置10～15min后放入消解炉内，微波消解采用升压控制模式，消解程序为：压力1344.525kPa（195psi，1psi=6.895kPa），爬 升 时 间25min，温度190℃，保持时间10min。消解结束后冷却至常温，打开消解罐，用超纯水转移至50mL容量瓶中，定容待测，同时做空白样品。所有空白、标准、待测液均通过双蠕动泵管进样系统在线加入1.0μg/mL的Sc、Y、Bi混合内标溶液。

1.3 标准工作溶液的配制

以5%硝酸溶液将Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等元素的标准储备液分别逐级稀释，最终配制成Na、Mg、P、K、Ca元素分别为0.0、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0mg/L，Mn、Fe、Cu、Zn元素浓度分别为0.0、50.0、100.0、200.0、500.0μg/L，Cr、Ni、Sr、Mo、Pb元素浓度分别为0.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L，V、Co、As、Se元素浓度分别为0.0、0.5、1.0、2.0、5.0μg/L的混合标准溶液系列。

2 结果与讨论

2.1 样品消解方法的选择

样品消解方法的选择是进行样品准确分析的关键。食品中元素分析常用的消解试剂有HNO3、H2O2、HCl、HF等，由于巧克力主要组成为碳水化合物、脂肪和蛋白质，因而选择HNO3+H2O2就能完全消解。传统的样品前处理方法有湿法消解、干法消解和微波消解法等，本实验中待测元素As、Se属于易挥发性元素，采用干法消解会导致这些待测元素挥发损失，从而使测定结果偏低；而湿法消解则存在操作繁琐、样品前处理时间长、试剂用量大、空白值高等缺点，故本实验采用微波密闭消解法。结果表明，微波密闭消解法具有消解速度快、容易操作控制、污染小等优点，消解效果很好。

在样品的微波密闭消解过程中大量样品消解硝酸的残留会影响ICP-MS分析结果，这是由于硝酸的存在会消耗部分ICP能量，进而影响部分待测元素的电离效率，表现为离子化效率下降，对难电离元素的影响特别明显。本实验发现，溶液中硝酸浓度在0%～5%范围内变化时，多数待测元素的信号强度均存在不同程度下降，其中P、As、Se等难电离元素的下降幅度较大，见图1（a）。采用标准加入法可以很好地解决此类问题，本实验待测样品基质相同，在样品分析过程中加入5%的硝酸介质为外标进行了校正，同时根据文献报道[11-12]，低浓度有机试剂的存在对高电离元素具有一定的增敏效应，本文实验了向外标液和消解液中均加入甲醇溶剂使溶液中甲醇浓度维持为4%时，硝酸介质中元素信号强度明显得到了改善，见图1（b）。

图1 硝酸对待测元素的影响Fig.1 Effect of HNO3concentration on analyte

2.2 干扰的校正及检出限

巧克力中钾、磷、钠、钙的含量较高，在分析过程中存在基体抑制与信号漂移现象，产生基体效应，并易形成多原子离子对待测元素产生质谱重叠。通过同位素的选择最大程度地避免了同量异位素的重叠，消除部分质谱干扰；采用八极杆碰撞反应池（ORS）有效地校正了同位素选择所不能避免的多原子离子质谱干扰；选择1.0μg/mL的Sc、Y、Bi混合内标元素克服了待测元素分析过程中所存在的基体效应，各待测元素同位素、ORS模式以及内标元素的选择见表1。

在优化的实验条件下，采用本法测定不同浓度的标准溶液，并对各待测元素与内标计数值的比值（y）对各待测元素的质量浓度（x）进行线性回归，得到线性回归方程及线性相关系数（R2）。用样品空白溶液重复测定11次，计算标准偏差，取3倍标准偏差所对应的浓度为各元素的检出限，各待测元素标准曲线的线性范围、线性相关系数以及检出限见表2。

表1 待测元素同位素的选择、ORS模式的选择和内标元素的选择Table 1 Isotopic，ORS mode and internal standard elements of trace elements

表2 标准曲线相关参数和检出限Table 2 Parameters of standard curve and detection limits of trace elements

表3 精密度和加标回收率Table 3 Recovery of standard addition and precision

2.3 方法的准确度和精密度

为考察方法的准确度和精密度，配制11份相同浓度的样品溶液，按上述优化的分析条件和选定的实验步骤，对样品进行加标回收实验，分析结果见表3，所有待测元素的加标回收率在89.60%～106.12%之间，相对标准偏差小于4.60%，表明方法具有良好的准确度和精密度。

2.4 样品分析

应用上述方法对市场购买的三个不同品牌的巧克力样品进行分析，表4结果表明，巧克力中钾含量最高，其次是钙、钠、磷等微量营养元素，个别巧克力样品中重金属元素铅含量相对于其他重金属元素的含量较高，但远低于我国国标限量规定标准，食用安全。

3 结论

本文应用ICP-MS法测定了巧克力中Na、Mg、P、K、Ca、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Mo、Pb等18种微量元素。通过添加4%的甲醇试剂有效地校正了样品消解过程中硝酸残留所产生的酸效应，使用Sc、Y、Bi为内标元素校正了基体效应，采用ORS技术有效地校正了多原子离子质谱干扰。加标回收实验表明，所有待测元素的RSD均小于4.60%，回收率在89.60%～106.12%之间。3种巧克力样品的分析数据显示，巧克力中钾含量最高，其次是钙、钠、磷等微量营养元素，重金属元素含量低，食用安全。

[1]GB/T 19343-2003.巧克力及巧克力制品[S].北京：中国标准出版社，2003.

[2]刘平年.高效液相色谱法测定巧克力中的可可碱和咖啡因[J].分析化学计量，2005，14（2）：30-31.

[3]王红，巢强国，葛宇，等.巧克力食品中可可脂及其代用品的鉴别研究[J].食品科学，2009，30（9）：66-69.

表4 样品分析结果（μg/g）Table 4 Analytical results of samples（μg/g）

[4]Karadjova I，Girousi S，Iliadou E，et al.Determination of Cd，Co，Cr，Cu，Fe，Ni and Pb in Milk，Cheese and Chocolate[J].Microchim Acta，2000，134（3-4）：185-191.

[5]Da Silva E G P，Santos A C D，Costa A C S，et al.Determination of manganese and zinc in powdered chocolate samples by slurry sampling using sequential multi-element flame atomic absorption spectrometry[J].Microchem J，2006，82（2）：159-162.

[6]Dos Santos W N，Da Silva E G，Fernandes M S，et al.Determination of copper in powdered chocolate samples by slurry-sampling flame atomic-absorption spectrometry[J].Anal Bioanal Chem，2005，382（4）：1099-1102.

[7]Pedro N A R，de Oliveira E，Cadore S.Study of the mineral content of chocolate flavoured beverages[J].Food Chem，2006，95（1）：94-100.

[8]Mesko M F，Mello P A，Bizzi C A，et al.Iodine determination in food by inductively coupled plasma mass spectrometry after digestion by microwave-induced combustion[J].Anal Bioanal Chem，2010，398（2）：1125-1131.

[9]Herwig N，Stephan K，Panne U，et al.Multi-element screening in milk and feed by SF-ICP-MS[J].Food Chem，2011，124（3）：1223-1230.

[10]陈少东，陈福北，陈剑平，等.ICP-MS/ICP-AES法测定中药益智仁中的元素含量[J].食品工业科技，2011，32（5）：395-399.

[11]陆秉源，陆文伟，朱玮琳，等.等离子体质谱-氧气碰撞池技术测定复杂基体样品中痕量砷和硒[J].分析化学，2009，37（12）：1781-1785.

[12]Xie H L，Li Y J，Nie X D，et al.Matrix effects and behaviors of elements in oxalic acid medium by inductively coupled plasma mass spectrometry[J].Chinese Chem Lett，2006，17（7）：945-948.