微波消解ICP-MS法測(cè)定某肺癌高發(fā)區(qū)居民飲食中28種元素

張霖琳，魏復(fù)盛，吳國(guó)平，王秀琴

（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012）

微波消解ICP-MS法測(cè)定某肺癌高發(fā)區(qū)居民飲食中28種元素

張霖琳，魏復(fù)盛，吳國(guó)平，王秀琴

（中國(guó)環(huán)境監(jiān)測(cè)總站，北京 100012）

采用真空冷凍干燥和硝酸－過(guò)氧化氫體系微波消解處理飲食樣品，ICP-MS法測(cè)定樣品中28種元素的含量。在優(yōu)化儀器工作參數(shù)后，以銠（Rh）和錸（Re）雙內(nèi)標(biāo)對(duì)基體影響和信號(hào)漂移進(jìn)行校正，并采用4種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確度和精密度。結(jié)果表明，28種元素檢出限為0.01～0.40μg/L，加標(biāo)回收率為82%～114%，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)值或參考值一致，精密度（RSD）為0.4%～16.9%。用該方法測(cè)定60份肺癌高發(fā)區(qū)居民飲食樣品中28種元素含量，結(jié)果可為研究微量元素與肺癌的關(guān)系和指導(dǎo)合理膳食提供參考。

微波消解；電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）；肺癌高發(fā)區(qū)；飲食

大量的流行病學(xué)調(diào)查、營(yíng)養(yǎng)、生化、動(dòng)物實(shí)驗(yàn)以及臨床研究結(jié)果表明，無(wú)機(jī)元素與腫瘤的發(fā)生、發(fā)展以及治療有關(guān)［1］，而飲食是這些元素的主要攝入途徑。為了進(jìn)一步探討無(wú)機(jī)元素與肺癌之間的關(guān)系以及如何指導(dǎo)居民合理膳食，本研究對(duì)肺癌高發(fā)區(qū)人群飲食樣品中的28種元素進(jìn)行分析測(cè)定。

食物樣品的前處理過(guò)程比較復(fù)雜，本研究將真空冷凍干燥與微波消解技術(shù)結(jié)合，操作簡(jiǎn)便，樣品不易受到污染，能有效地防止組分揮發(fā)。硝酸－過(guò)氧化氫消解體系試劑用量少，不但可以減少環(huán)境污染，還能夠克服電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測(cè)定的干擾［2］。ICP-MS作為新發(fā)展起來(lái)的無(wú)機(jī)元素分析測(cè)試技術(shù)，能夠彌補(bǔ)比色法、原子吸收分光光度法和電化學(xué)法等方法的局限性，具有檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、快速簡(jiǎn)便、一次可測(cè)定多種元素等優(yōu)點(diǎn)［3］，但目前ICP-MS法應(yīng)用于食品安全檢測(cè)方面的研究較少［4］。在ICP-MS分析中，多采用In單元素內(nèi)標(biāo)法補(bǔ)償基體效應(yīng)和信號(hào)漂移［5］，而本研究以雙內(nèi)標(biāo)銠（Rh）和錸（Re）進(jìn)行校正。

1 試驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

Agilent 7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：美國(guó)Agilent公司產(chǎn)品；MARS-X微波消解系統(tǒng)：美國(guó)CES公司產(chǎn)品；Milli-Q超純水機(jī)：美國(guó) Milli－pore公司產(chǎn)品；FD-1A-50冷凍干燥機(jī)：北京博醫(yī)康實(shí)驗(yàn)儀器有限公司產(chǎn)品；高速萬(wàn)能粉碎機(jī)：天津泰斯特儀器有限公司產(chǎn)品。

亞沸蒸餾的純化硝酸：購(gòu)自中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院；30%過(guò)氧化氫（優(yōu)級(jí)純）：購(gòu)自國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5183－4688、內(nèi)標(biāo)儲(chǔ)備液8500-6945、調(diào)諧液：美國(guó) Agilent公司產(chǎn)品。

國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米粉GBW08502：購(gòu)自北京市環(huán)境保護(hù)監(jiān)測(cè)中心；國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥粉GBW08503：購(gòu)自國(guó)家貿(mào)易部谷物油脂化學(xué)研究所；國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)豬肝GBW08551：購(gòu)自國(guó)家貿(mào)易部食品檢測(cè)科學(xué)研究所；國(guó)家二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)牛肝GBW（E）080193：購(gòu)自中國(guó)人民解放軍總醫(yī)院臨床醫(yī)學(xué)基礎(chǔ)研究所、地質(zhì)礦產(chǎn)部巖礦測(cè)試技術(shù)研究所。

所有標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品的制備用水全部用Milli-Q超純水，即去離子水再經(jīng)Milli-Q裝置純化（電阻率＞18MΩ·cm）。

1.2 樣品采集

選擇肺癌高發(fā)區(qū)和低發(fā)區(qū)共60戶家庭，采集每名研究對(duì)象一天所吃的食物，現(xiàn)場(chǎng)填寫一份調(diào)查問(wèn)卷，內(nèi)容包括鄉(xiāng)村、姓名、性別、身高、體重、飲食習(xí)慣、吸煙史、健康史等。飲食樣品采用“副盤法”，研究對(duì)象一天的飯菜一份食用，一份裝入密封袋中，記錄當(dāng)天所吃食物的種類，每名研究對(duì)象的樣品對(duì)應(yīng)一個(gè)編號(hào)。

用天平稱量每份樣品的質(zhì)量，相同編號(hào)的質(zhì)量相加得出日飲食總量。將每人每天的樣品在容器中混合均勻，取出一部分放入密封袋中，用天平稱量分裝后的樣品質(zhì)量，即冷凍干燥前質(zhì)量，詳細(xì)記錄后放入－20℃冰箱保存。

1.3 樣品前處理

將食物樣品從－20℃冰箱中取出，用一次性注射器針頭在密封袋上扎孔，放入真空冷凍干燥機(jī)干燥72h，待樣品完全干燥后取出。用天平稱量各樣品質(zhì)量，即冷凍干燥后質(zhì)量。冷凍干燥后的樣品用高速粉碎機(jī)打磨成細(xì)粉末狀，放入另一干凈的密封袋中保存。研究對(duì)象日飲食情況的統(tǒng)計(jì)結(jié)果列于表1。

準(zhǔn)確稱量0.100g樣品倒入微波消解管中，依次加入1mL HNO3、2mL H2O2和2mL H2O，按照表2中的程序進(jìn)行微波消解，待樣品完全冷卻后取出，將溶液轉(zhuǎn)移至50mL塑料小瓶中，加入超純水稀釋，稱重法定容至20mL。同時(shí)按上述方法做2份空白溶液，靜置24h后，上機(jī)分析。

表1 研究對(duì)象飲食樣品采集統(tǒng)計(jì)結(jié)果Table 1 Statistical results of daily intake samples of subjects

表2 微波消解工作程序Table 2 The optimal procedure of digesting food samples by microwave

1.4 質(zhì)譜條件

對(duì)電感耦合等離子體參數(shù)、質(zhì)譜儀參數(shù)和測(cè)量參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化選擇，根據(jù)試驗(yàn)得到的儀器最佳工作參數(shù)列于表3。

表3 優(yōu)化的ICP-MS工作條件Table 3 ICP-MS system and optimized parameters

2 結(jié)果與討論

2.1 元素檢出限

用5%硝酸梯度稀釋多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制濃度分別為0、5、10、20和50μg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，選擇合適質(zhì)量數(shù)的元素制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，28種元素的質(zhì)量數(shù)和檢出限列于表4。由表4可以看出，所有元素的線性相關(guān)系數(shù)大于0.999，可以用來(lái)進(jìn)行樣品的測(cè)定。連續(xù)10次測(cè)定相同工作條件下的空白溶液，采用每個(gè)元素標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍的對(duì)應(yīng)濃度作為檢出限，經(jīng)計(jì)算，所有元素檢出限在0.01～0.40μg/L范圍內(nèi)。

2.2 元素加標(biāo)回收率

為了評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確度，對(duì)實(shí)際樣品進(jìn)行了原樣加標(biāo)回收試驗(yàn)，做3次平行試驗(yàn)，取其回收率的平均值。具體做法是將每個(gè)樣品平均分成2份，1份樣品的制備同前所述，另1份在此基礎(chǔ)上按照加標(biāo)試驗(yàn)的要求加入含有被測(cè)元素的混合標(biāo)樣，2份樣品在同等條件下處理并測(cè)定。樣品含量、加標(biāo)量和總測(cè)量值以及回收率，列于表5。結(jié)果表明，28種元素回收率在82%～114%，說(shuō)明使用該方法測(cè)定這28種微量元素準(zhǔn)確、可靠。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定

為了考察本方法測(cè)定食物樣品的準(zhǔn)確度和精密度，用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行分析質(zhì)量控制驗(yàn)證。分別準(zhǔn)確稱量0.100g國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米粉 GBW08502、小 麥 粉 GBW08503、豬 肝GBW08551、牛肝GBW（E）080193各6份，微波消解方法同1.3，溶液冷卻后定容至20mL，靜置24h后，上機(jī)分析。

將測(cè)定的數(shù)據(jù)導(dǎo)入Excel表進(jìn)行處理，統(tǒng)計(jì)所測(cè)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）、算術(shù)平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差，列于表6。RSD是以6次測(cè)得結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以算術(shù)平均值所得。從表6可以看出，4種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值與所給出的標(biāo)準(zhǔn)值或參考值基本相符，RSD在0.4%～16.9%之間，反映了該方法具有良好的重現(xiàn)性。

2.4 食物樣品的測(cè)定

ICP-MS法測(cè)定60份樣品中28種元素的濃度，根據(jù)每個(gè)樣品冷凍干燥前、后的質(zhì)量以及每人每日飲食總量，計(jì)算出當(dāng)?shù)鼐用耧嬍持?8種元素的日攝入量，結(jié)果列于表7。

將肺癌高發(fā)區(qū)、低發(fā)區(qū)兩組數(shù)據(jù)用SAS 9.0軟件進(jìn)行差異性檢驗(yàn)，由表7可以看出，P值小于0.05的元素有Fe、Co、Se、Cd、Cs和 Tl，說(shuō)明這6種元素在兩組之間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義上的差異。其中Co、Cd和Tl元素含量為高發(fā)區(qū)組高于低發(fā)區(qū)組，F(xiàn)e、Se和Cs元素含量則與之相反。

表4 28種元素的質(zhì)量數(shù)和檢出限Table 4 The detection limits of 28trace elements

表5 28種元素的加標(biāo)回收率Table 5 The recoveries of 28trace elements

表7 每日飲食中28種微量元素測(cè)定結(jié)果Table 7 Statistical results of daily dietary intake of 28trace elements

3 結(jié)論

本研究采用真空冷凍干燥處理飲食樣品，樣品經(jīng)粉碎機(jī)打磨后混合均勻，此法操作簡(jiǎn)便，而且樣品不易受到污染；微波消解時(shí)，樣品和試劑所需的量均較少，消解體系密閉，能夠有效降低污染和防止組分的揮發(fā)；ICP-MS法具有快速、準(zhǔn)確、靈敏度高、一次可分析多種元素等優(yōu)點(diǎn)。用該法對(duì)60份食物樣品進(jìn)行測(cè)定，根據(jù)28種元素的濃度計(jì)算出人均日攝入總量，可為進(jìn)一步研究微量元素與肺癌的關(guān)系和指導(dǎo)合理膳食提供參考。

［1］顏世銘，吳敬炳，徐德?lián)P等.微量元素導(dǎo)論［M］.上海：同濟(jì)大學(xué)出版社，1992：257.

［2］曹淑琴，陳杭亭，曾憲津.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定生物樣品中稀土元素［J］.分析化學(xué)，1999，27（6）：621-625.

［3］PATRIARCA MARITA.The contribution of inductively coupled plasma mass spectrometry to biomedical research［J］. Microchemical Journal，1996，54（3）：262-271.

［4］王俊平，馬曉星，方國(guó)臻，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定飲用水中6種痕量重金屬元素［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2010，30（10）：2 827-2 829.

［5］賈維斯.電感耦合等離子體質(zhì)譜手冊(cè)［M］.北京：原子能出版社，1997：85-104.

Determination of 28Elements of Diet Samples in High Incidence Area of Lung Cancer by Microwave Digestion-ICP-MS

ZHANG Lin-lin，WEI Fu-sheng，WU Guo-ping，WANG Xiu-qin
（China National Environmental Monitoring Center，Beijing100012，China）

A method for determining 28elements of diet samples was developed by using vacuum freeze-drying microwave digestion-ICP-MS in HNO3－H2O2solution system.Under the optimized conditions，the double internal standard elements Rh and Re were used to compensate for matrix suppression effect and sensitivity drift.4kinds of certified reference materials were analyzed by the described method and the measured element values.The analytical results show that the detection limits of the 28elements are 0.01—0.40μg/L.The recoveries are 82%—114%.The elements concentrations are accorded with the standard values or the reference values.The relative standard deviations（RSD）are 0.4%—16.9%.The contents of 28elements in 60diet samples of people in high lung cancer rate area were determined by this method.The data are useful for studying on the relationship between trace elements and lung cancer and giving some rational diet suggestions.

microwave digestion；inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）；high incidence area of lung cancer；diet

張霖琳（1980～），女（漢族），遼寧沈陽(yáng)人，博士，工程師，從事環(huán)境分析化學(xué)研究。E-mail：zhanglinlin921＠sina.com

O 657.31

A

1004-2997（2011）05-0301-06

2010-12-06；

2011-02-28

中美科技合作國(guó)家環(huán)境保護(hù)部資助項(xiàng)目（2005-2-01）