微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水產(chǎn)品中28種微量元素

覃東立，白淑艷，湯施展，王海濤，姜海峰，牟振波

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江哈爾濱150070）

微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水產(chǎn)品中28種微量元素

覃東立，白淑艷，湯施展，王海濤，姜海峰，牟振波*

（中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黑龍江水產(chǎn)研究所，黑龍江哈爾濱150070）

建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測(cè)定水產(chǎn)品中微量元素的分析方法。采用HNO3-HCl-H2O體系消解樣品，通過(guò)在溶液中加入Au標(biāo)準(zhǔn)溶液消除系統(tǒng)的Hg記憶，普通/ORS混合模式－電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP－MS）測(cè)定水產(chǎn)品中Li、Be、Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Sr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Tm、Hg、Tl、Pb、U等28種微量元素。經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和加標(biāo)樣品檢測(cè)驗(yàn)證，測(cè)定結(jié)果與推薦值（或加標(biāo)值）基本相符，回收率85.3%～ 110%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD＜10%。28種元素的檢測(cè)限（LOD）為0.001～0.022mg·kg-1。本方法適用于實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展水產(chǎn)品中28種微量元素的同步檢測(cè)。

微波消解，電感耦合等離子體質(zhì)譜法，八級(jí)桿碰撞/反應(yīng)池（ORS），水產(chǎn)品，微量元素

大量研究表明，水生動(dòng)物對(duì)金屬和重金屬等微量元素具有較強(qiáng)的富集作用[1-3]。而殘留在水產(chǎn)品中的有害微量元素隨著食物鏈的富集對(duì)人體健康構(gòu)成威脅[4]。無(wú)論從環(huán)境監(jiān)測(cè)，毒理評(píng)價(jià)還是風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等方面來(lái)說(shuō)，都需要對(duì)水產(chǎn)品中微量元素的進(jìn)行檢測(cè)[5-7]。實(shí)現(xiàn)元素準(zhǔn)確檢測(cè)兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)環(huán)節(jié)一是樣品消解，二是選擇合適的儀器分析方法并確定實(shí)驗(yàn)條件。微波消解技術(shù)與傳統(tǒng)的加熱消解樣品方法相比，其方法快速、準(zhǔn)確、試劑用量少，且避免樣品交叉污染，減少易揮發(fā)元素的損失，尤其是降低了確定測(cè)量檢出限的空白值[8]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）是多元素同時(shí)分析的理想手段，具有靈敏度高、檢出限低、精密度和重現(xiàn)性好、線性范圍寬等特點(diǎn)[9]。微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水產(chǎn)品中多種微量元素是近年來(lái)迅速發(fā)展的一門(mén)新技術(shù)[10-13]，筆者對(duì)此類(lèi)方法進(jìn)行研究，建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水產(chǎn)品中28種微量元素的檢測(cè)方法。本方法檢測(cè)元素范圍廣，靈敏度高，并充分考慮了樣品檢測(cè)過(guò)程中的質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾，探討了如何消除樣品Hg檢測(cè)的記憶效應(yīng)。并采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和樣品加標(biāo)方式驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

標(biāo)準(zhǔn)品Li、Be、A l、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Ga、As、Se、Sr、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Tm、Hg、Tl、Pb、U和Au標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000μg·m L-1） 均由國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供；黃魚(yú)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08573） 由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供；硝酸、鹽酸 均為優(yōu)級(jí)純，由德國(guó)默克（Merck）公司提供；100μg·m L-1的Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi內(nèi)標(biāo)溶液和10μg·m L-1的Li、Y、Ce、Tl、Co調(diào)諧液 均由美國(guó)安捷倫公司提供；超純水 電阻率≥18.2MΩ·cm；氬氣、氦氣 純度均高于99.999%。

電感耦合等離子體-質(zhì)譜儀7500cx 美國(guó)安捷倫公司，配制八級(jí)桿碰撞/反應(yīng)池系統(tǒng)（ORS）；微波消解儀MARSX 美國(guó)CEM公司；純水器 美國(guó)Millipore公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)用玻璃器皿在實(shí)驗(yàn)前用10%（v/v）的硝酸浸泡過(guò)夜，然后倒出硝酸溶液，用超純水沖洗三遍，烘干備用。樣品消解罐清洗步驟如下：在消解罐中加入10m L質(zhì)量濃度為65%的硝酸，加蓋密封，放入微波消解儀中，按樣品消化程序加熱消解罐，冷卻后，倒出硝酸溶液，用超純水沖洗三遍，烘干備用。

1.3 樣品消解

樣品在室溫下自然解凍，用不銹鋼剪刀（條件允許最好用陶瓷刀）剪取背部肌肉，勻漿，用分析天平稱(chēng)取0.5g生物樣品，放入樣品消解罐中，加入質(zhì)量濃度為65%的硝酸2.5m L，37%的鹽酸0.5m L，超純水7.0m L；微波消解程序?yàn)椋何⒉üβ?600W（50%），爬升溫度185℃，升溫時(shí)間10.5m in，保持時(shí)間14.5m in。消解完成后，將消解液移入50m L容量瓶中，加入內(nèi)標(biāo)溶液（100μg·L-1）0.5m L，Au標(biāo)準(zhǔn)溶液（10mg·L-1）0.5m L，定容至50m L。同時(shí)做樣品空白溶液。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)工作溶液

用含5%硝酸（v/v）和1%鹽酸（v/v）溶液稀釋標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，分別配制7個(gè)混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，其中Li、Be、Ti、V、Cr、Co、Ni、Ga、As、Se、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Tm、Hg、Tl、Pb和U的濃度分別為：0、0.5、1、2、5、10、20μg·L-1；Mn、Cu和Sr分別為：0、2.5、5、10、25、50、100μg·L-1；Fe、A l和Zn分別為0、5、10、20、50、100、200μg·L-1。混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中內(nèi)標(biāo)元素的含量均為1μg·L-1。添加Au標(biāo)準(zhǔn)溶液水平均為100μg·L-1。

1.5 儀器分析條件

表1 ICP-MS工作參數(shù)Table 1 Operating parameters of ICP-MS

消解后的樣品和試劑空白均用ICP-MS檢測(cè)。分析前，儀器用基體含5%硝酸（v/v）并添加1%鹽酸（v/v）的調(diào)諧液調(diào)諧至最佳狀態(tài)。在普通模式下，典型離子7Li+和205Tl+響應(yīng)值分別大于8000s-1和20000s-1，氧化物產(chǎn)率CeO+/Ce+＜1%，雙電荷產(chǎn)率Ce2+/Ce+＜3%；在He碰撞模式下，典型離子59Co+和89Y+響應(yīng)值均大于5000s-1，而離子78Ar2+和75ArCl+響應(yīng)值均低于30s-1，51ClO+/59Co+小于3%。儀器工作參數(shù)見(jiàn)表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品消解體系介紹

國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)對(duì)樣品的消解體系有諸多探討，大多選擇使用HNO3-H2O2體系[9-10]。Low等[13]研究表明：由于HNO3-H2O2體系對(duì)樣品氧化過(guò)于徹底，消解過(guò)程中產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致消解罐內(nèi)壓力過(guò)高，部分元素在排汽泄壓時(shí)隨揮發(fā)物逸出而損失。且實(shí)驗(yàn)用HNO3-H2O2體系對(duì)加標(biāo)樣品中Pb、Hg、Cd、As、Zn、Cu、Fe、Cr等8種元素進(jìn)行消解后測(cè)定，結(jié)果除Zn外，其他7種元素均有不同程度損失，其中Pb損失尤為嚴(yán)重。國(guó)外報(bào)道采用HNO3-H2O體系消解水產(chǎn)品樣品的文獻(xiàn)較多[11-12]，在HNO3-H2O體系的基礎(chǔ)上，加入適量的HCl可顯著增加Pb等元素的回收率，且HNO3和HCl的混合物在加熱過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生NOCl，后者解離出腐蝕性較強(qiáng)的Cl2，從而使樣品消解更為徹底[13]。

2.2 質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾的消除

質(zhì)譜測(cè)定中，許多元素具有多個(gè)同位素。本文按照豐度大、干擾小、靈敏度高的原則來(lái)選擇同位素，避免同質(zhì)異位素重疊（見(jiàn)表2）。

實(shí)際測(cè)試中，多原子離子干擾因素最大，由于本實(shí)驗(yàn)消解體系中添加了HCl，多原子離子干擾尤為嚴(yán)重，經(jīng)分析，受干擾的元素的質(zhì)量數(shù)主要在27至88之間，如13C14N對(duì)27A l，12C35Cl對(duì)47Ti，35Cl16O和35Cl14N對(duì)51V，40Ar12C、36Ar16O、37Cl14N1H和35Cl16O1H對(duì)52Cr，40Ar16N1H和38Ar17O對(duì)55Mn，40Ar16O和40Ca16O對(duì)56Fe，23Na35Cl1H和43Ca16O對(duì)59Co，40A r23Na、12C16O35Cl和12C14N37Cl對(duì)63Cu，48Ca18O對(duì)66Zn，40Ar35Cl和40Ca35Cl對(duì)75As，40Ar38Ar對(duì)78Se，48Ca40Ar對(duì)88Sr等。本實(shí)驗(yàn)對(duì)質(zhì)量數(shù)在27至88之間的元素采用He碰撞模式（見(jiàn)表2），大大降低了多原子離子對(duì)低濃度待測(cè)元素的干擾。文獻(xiàn)報(bào)道Fe和Se元素測(cè)定時(shí)宜采用H2碰撞模式[13]，研究表明，當(dāng)樣品中Fe和Se元素含量較高時(shí)（樣液濃度高于1μg·L-1），采用He碰撞也能獲得滿(mǎn)意的結(jié)果[14]。Li、Be、Mo、Ag、Cd、Sn、Sb、Te、Ba、Tm、Hg、Tl、Pb和U元素測(cè)定基本不受多原子離子干擾（部分元素可能有干擾，但干擾較小），采用He碰撞反而會(huì)降低檢測(cè)靈敏度，因此這14種元素的測(cè)定采用無(wú)氣模式（見(jiàn)表2）。有文獻(xiàn)[15]報(bào)道ICPMS測(cè)Hg時(shí)，186W16O會(huì)對(duì)202Hg造成干擾，但元素W主要存在于底泥和土壤樣品中，且W的氧化物產(chǎn)率（k=202OW/186W）較低（k＜1.2%）[16]，水產(chǎn)品檢測(cè)時(shí)，186W16O對(duì)202Hg的干擾很小。

在測(cè)試過(guò)程中，被分析物離子流信號(hào)往往隨時(shí)間漂移，這種物理效應(yīng)是影響測(cè)量結(jié)果的又一個(gè)重要因素，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)選用適當(dāng)?shù)膬?nèi)標(biāo)（見(jiàn)表2），有效克服了響應(yīng)信號(hào)漂移的影響。

2.3 Hg記憶效應(yīng)的消除

國(guó)外許多文獻(xiàn)都關(guān)注Hg檢測(cè)過(guò)程中的記憶效應(yīng)，為消除這一干擾，大多選擇在標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和樣品溶液中加入Au溶液[11，17]，Au的化合物能與Hg形成穩(wěn)定的汞合金[17]，使溶液中Hg保持穩(wěn)定的Hg2+狀態(tài)[11]，從而減少了Hg在系統(tǒng)中的殘留，大大降低了Hg檢測(cè)過(guò)程中的記憶效應(yīng)。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性相關(guān)性、檢出限與定量限

在設(shè)定的分析條件下，所有元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性（r）均高于0.999，大部分為0.9999和1.0000（見(jiàn)表2）。基于樣品質(zhì)量為0.5g，定容體積為50m L，參照J(rèn)JF 1159-2006《四極桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀校準(zhǔn)規(guī)范》[18]計(jì)算各元素的檢出限（LOD）（見(jiàn)表2）。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢測(cè)與加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

對(duì)Cr等13種元素采用黃魚(yú)成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08573），Li等其他15種元素采用加標(biāo)方式驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。結(jié)果回收率為85.3%～110%，除個(gè)別含量較低的元素外，其他元素測(cè)試的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于10%（見(jiàn)表3）。相同元素測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性與國(guó)外同種方法文獻(xiàn)[11-12]報(bào)道基本相符。

表2 儀器分析條件、曲線方程、線性相關(guān)性、檢出限和定量限Table 2 Summary of analytemasses,analytical conditions，standard curve，LOD for study elements

2.6 樣品測(cè)定

按實(shí)驗(yàn)方法對(duì)東北三省45家漁場(chǎng)采集的83個(gè)鯉魚(yú)、47個(gè)草魚(yú)和47個(gè)鯽魚(yú)樣品進(jìn)行測(cè)試，表4結(jié)果表明，As、Hg、Pb、Cd、Cr、Cu等重金屬在魚(yú)體中的平均含量均未超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的水產(chǎn)品質(zhì)量安全限量。A l、Fe、Zn、Sr等元素在本地區(qū)魚(yú)體中含量較高，而B(niǎo)e、Co、Ga、Ag、Sn、Te、Tm、Tl、U等元素在本地區(qū)魚(yú)體中含量較低，有超過(guò)50%的樣品未檢出這幾種元素。不同種魚(yú)體內(nèi)微量元素含量存在差異，鯽魚(yú)中微量元素的含量較高。

3 結(jié)論

本文通過(guò)討論改進(jìn)樣品消解體系，采用八級(jí)桿碰撞/反應(yīng)池（ORS）技術(shù)消除離子干擾等，建立了微波消解－電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定水產(chǎn)品中多種微量元素的方法。利用該方法檢測(cè)了東北三省3種大宗水產(chǎn)品中28種元素的含量。方法經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和實(shí)際樣品的測(cè)定，均能滿(mǎn)足分析上的要求。該方法參考了國(guó)內(nèi)外相關(guān)技術(shù)和文獻(xiàn)報(bào)道，方法可行，技術(shù)可靠，可為我國(guó)相關(guān)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的建立提供參考。

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和加標(biāo)樣品的檢測(cè)結(jié)果（x±SD，n=9）Table 3 Results of trueness on certified referencematerial and spiked test samples（±SD，n=9）

表3 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和加標(biāo)樣品的檢測(cè)結(jié)果（x±SD，n=9）Table 3 Results of trueness on certified referencematerial and spiked test samples（±SD，n=9）

注：*加標(biāo)樣品的標(biāo)準(zhǔn)值為加標(biāo)量。

元素 標(biāo)準(zhǔn)值（mg·kg-1）測(cè)定值（mg·kg-1）回收率（%）GBW08573 Cr 0.43 0.38±0.04 88.4 Co 0.057±0.012 0.052±0.005 91.2 Ni 1.50±0.21 1.34±0.12 98.5 Cu 1.36±0.13 1.16±0.09 85.3 Zn 28.8±1.4 26.4±2.2 91.7 As 5.08±0.39 5.01±0.45 98.6 Se 1.76±0.07 1.94±0.19 110 Sr 0.90±0.13 0.98±0.09 109 Mo 0.016 0.018±0.002 113 Cd 0.015 0.014±0.002 93.3 Ba 1.75 1.81±0.16 103 Hg 0.169±0.018 0.171±0.017 101 Pb 0.81±0.03 0.84±0.05 104 Spiked test sample* Li 0.1 0.095±0.005 95.0 Be 0.1 0.096±0.006 96.0 Al 4.0 3.651±0.343 91.3 Ti 0.2 0.199±0.010 99.5 V 0.1 0.091±0.007 91.0 Mn 0.2 0.180±0.012 90.0 Fe 4.0 3.850±0.334 96.3 Ga 0.1 0.103±0.008 103 Ag 0.1 0.094±0.003 94.0 Sn 0.1 0.101±0.004 101 Sb 0.1 0.092±0.005 92.0 Te 0.1 0.092±0.008 92.0 Tm 0.1 0.104±0.006 100 Tl 0.1 0.097±0.004 97.0 U 0.1 0.099±0.006 99.0

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表4 樣品分析結(jié)果（x±SD，mg·kg-1）Table 4 Analytical results of samples（x±SD，mg·kg-1）

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Simultaneous determ ination of 28 trace elements in aquatic products by m icrowave digestion-inductively coup led p lasma mass spectrometry method

QIN Dong-li，BAIShu-yan，TANG Shi-zhan，WANG Hai-tao，JIANG Hai-feng，MOU Zhen-bo*
（Heilongjiang River Fishery Research Institute Chinese Academy of Fishery Sciences，Harbin 150070，China）

The validation p rocess for the simultaneous analysis of 28 elements：Li，Be，Al，Ti，V，Cr，Mn，F(xiàn)e，Co，Ni，Cu，Zn，Ga，As，Se，Sr，Mo，Ag，Cd，Sn，Sb，Te，Ba，Tm，Hg，Tl，Pb and U in aquatic p roduc ts sam p les by inductively coup led p lasma mass spectrometry（ICP-MS）w ith octopole reaction system（ORS）after c losed-vessel m ic rowave d igestion was described.Several criterias such as samp le d igestion cond ition，the mercury memory effect，analytical cond itions，method linearity，and lim its of detection（LOD）were evaluated.A standard reference material and some sp iked test sam p les were analyzed，the recovery varied from 85.3%to 110%.The p recision for this method was better than 10%.Lim its of detection were ob tained w ithin the range of 0.001mg·kg-1（Cd）to 0.022mg·kg-1（Al）.Results ind icated that this method could be used in the laboratory for the routine determ ination of these 28 essentialand nonessentialelements in aquatic p roducts tissues.

m ic rowave d igestion；inductively coup led p lasmamass spec trometry；octopole reaction system（ORS）；aquatic p roducts；trace elements

TS207.3

A

1002-0306（2014）18-0067-05

10.13386/j.issn1002-0306.2014.18.005

2013－12－18 *通訊聯(lián)系人

覃東立（1974-），男，大學(xué)本科，副研究員，研究方向：漁業(yè)環(huán)境與水產(chǎn)品質(zhì)量安全。

中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)（2013007）。