苜蓿中15種元素的質(zhì)譜分析及其安全性評(píng)價(jià)

凌悅菲

(陜西國(guó)防工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安 710302)

苜蓿是一種多年生開(kāi)花豆科類牧草，具有產(chǎn)量高、易于種植、草質(zhì)優(yōu)良、易于家畜消化等優(yōu)點(diǎn)，其富含各種維生素及蛋白質(zhì)，素有“牧草之王”的美譽(yù)，如今已被廣泛推薦種植[1]。近年來(lái)，關(guān)于苜蓿中重金屬元素的分析雖有報(bào)道，但存在一定的局限性[2-3]。如方勇等[4]用原子吸收光譜法檢測(cè)苜蓿中的鐵鋅錳，該法樣品消耗量大，線性范圍窄，基體干擾嚴(yán)重，且不能同時(shí)測(cè)定多種元素，進(jìn)行多元素分析時(shí)耗時(shí)很長(zhǎng)，工作量較大。電感耦合等離子體發(fā)射法[5]雖能同時(shí)在線分析多個(gè)元素，但是其同樣存在一定局限性(基體干擾嚴(yán)重，容易引起結(jié)果偏差)。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)興起于20世紀(jì)80年代，由于兼具了檢出限低、干擾少、線性范圍寬、譜線簡(jiǎn)單、并可進(jìn)行多元素同時(shí)快速分析等優(yōu)點(diǎn)[6-8]，所以其已慢慢取代傳統(tǒng)的原子吸收法和原子熒光法成為主流的元素分析手段[9]。

本試驗(yàn)采用密閉高壓消解方法對(duì)苜蓿樣品進(jìn)行處理，該法前處理設(shè)備價(jià)格低廉，消解效果理想，空白值低，并且一次可進(jìn)行大批量樣品的多元素的同時(shí)在線分析；在測(cè)定過(guò)程中輔以動(dòng)態(tài)反應(yīng)池技術(shù)消除質(zhì)譜干擾，結(jié)果更為準(zhǔn)確、可靠。試驗(yàn)分別對(duì)40份苜蓿的根、莖葉中15種元素含量進(jìn)行測(cè)定，以期從元素層面評(píng)價(jià)我國(guó)種植苜蓿的安全性，為有關(guān)部門(mén)的決策提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為進(jìn)一步研究苜蓿價(jià)值提供參考。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

Nexion 300D電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)PerkinElmer公司)；Milli-Q超純水系統(tǒng)(美國(guó)Millipore公司)；Mettler PB303-S天平；配套不銹鋼消解罐(南京瑞尼克科技有限公司)；恒溫干燥箱(上海博迅)；PFA消解內(nèi)罐(100 mL)；PFA容量瓶(50 mL)。

65%硝酸(優(yōu)級(jí)純，德國(guó)Merck公司)；30%過(guò)氧化氫(優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán))；超純水(電阻率18.25 MΩ·cm)；24種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 mg·L-1，GSB04-1767-2004，內(nèi)含Al，As，B，Ba，Be，Cd，Co，Cr，Cu，F(xiàn)e，Ga，Li，Mg，Mn，Ni，Pb，Sb，Sn，Sr，Ti，Tl，V，Zn和Zr等24種元素，中國(guó)地球物理科學(xué)研究所)；鈧、鍺、銦、鉍溶液(1000.0 mg·L-1)；國(guó)家有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)紫菜(GBW10023)。

1.2 樣品的采集與制備

采集甘肅某苜蓿種植基地40份紫花苜蓿(樣品為5月上旬開(kāi)初花的頭茬苜蓿，開(kāi)花率10%左右，20份根，20份莖葉混合物)洗凈，80 ℃烘干，粉碎，裝入潔凈的密封袋內(nèi)備用。

先將聚四氟乙烯消解內(nèi)罐放在硝酸(20+80)溶液浸泡24 h以上，取出用超純水洗凈后烘干，往罐內(nèi)加入3.0 mL純硝酸，蓋緊上蓋將其放在趕酸儀(或電熱板)上110 ℃下密封蒸煮1 h以上，趁熱純水洗凈，烘干備用。稱取一定量的苜蓿樣品于100 mL聚四氟乙烯內(nèi)罐中，加入8.0 mL硝酸和2.0 mL H2O2，將內(nèi)罐放入不銹鋼外罐中，擰緊外罐后將罐體放入烘箱中加熱消解(100 ℃恒溫保持2 h，140 ℃恒溫保持2 h，170 ℃恒溫保持3 h)，消解完畢后，自然放冷至室溫。打開(kāi)消解罐，用少量超純水沖洗消解內(nèi)罐上蓋的內(nèi)壁，合并至罐中。將消解罐放置在電熱板上趕酸(150 ℃)，待消解液剩約1.0 mL時(shí)全量轉(zhuǎn)移至50 mL塑料容量瓶中，用水定容至刻度。在最優(yōu)化試驗(yàn)條件下，以硝酸(5+95)溶液為介質(zhì)，配制0，0.05，0.1，0.5，1.0，2.0，5.0，10.0，20.0，50.0，100.0 μg/L系列混合金屬元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，在線加入內(nèi)標(biāo)溶液，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線并測(cè)定苜蓿中金屬元素含量，同時(shí)做空白試驗(yàn)和質(zhì)控樣。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用EXCEL處理后，用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較，P>0.05表示差異不顯著，P<0.05表示差異顯著，P<0.01表示差異極顯著。數(shù)據(jù)用平均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器工作參數(shù)

射頻功率1 100 W；采樣深度2.5 mm；霧化器流量1.06 L/min；等離子體氣流量15 L/min；輔助氣流量1.2 L/min；氦氣流量5.0 mL/min；氨氣流量0.3 mL/min；霧室溫度2 ℃；分析室真空度8.5×10-5Pa。

2.2 試驗(yàn)干擾的消除

質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾是元素質(zhì)譜分析中遇到的兩大類主要干擾。質(zhì)譜干擾主要有：同量異位素干擾、多原子離子干擾和雙電荷離子干擾，試驗(yàn)采用優(yōu)化儀器參數(shù)(降低氧化物和雙電荷的產(chǎn)生)和動(dòng)態(tài)反應(yīng)池(反應(yīng)氣：NH3)去除ClO、HSO對(duì)元素V測(cè)定的干擾；ArN、ClO、ArO、SO、ArC、HClO對(duì)Cr測(cè)定的干擾；ArN、ClO、HClO對(duì)Mn測(cè)定的干擾；

CaO、ArO對(duì)Fe測(cè)定的干擾；CaO對(duì)Co和Ni測(cè)定的干擾；TiO、VO、SO2、Ba2+對(duì)Zn測(cè)定的干擾；ArCl、Sm2+、Nd2+、Eu2+對(duì)As測(cè)定干擾；Kr、BrH、Ar2H、Ho2+、Dy2+、Er2+對(duì)Se測(cè)定的干擾；Ru、BrO對(duì)Mo測(cè)定的干擾；以及YO、ZrO對(duì)Ag測(cè)定的干擾和MoO對(duì)Cd測(cè)定的干擾。同時(shí)探討了氨氣的最佳用量選擇，最終選定氨氣流量為0.3 mL/min，低質(zhì)量數(shù)過(guò)濾參數(shù)為0.75。非質(zhì)譜干擾主要源于樣品基體，消除基體效應(yīng)最有效最直接的方法就是稀釋樣品、內(nèi)標(biāo)校正。試驗(yàn)通過(guò)在線加入Ge、In、Bi內(nèi)標(biāo)溶液監(jiān)測(cè)信號(hào)變動(dòng)情況，用內(nèi)標(biāo)法定量，有效地克服了儀器的漂移，保證了測(cè)量的準(zhǔn)確性。

2.3 苜蓿中15種元素的定量限及質(zhì)量控制

使用ICP-MS測(cè)定苜蓿樣品消解液中鉛鎘砷鉻鎳鉈等元素的含量，同時(shí)測(cè)定樣品空白溶液。各元素的線性相關(guān)系數(shù)均大于0.9999，定量限分別為：鉛為0.019 mg/kg，鎘為1.2 μg/kg，砷為2.1 μg/kg，鉻為8.3 μg/kg，鎳為1.8 μg/kg，錳為6.1 μg/kg，鉈為0.05 μg/kg，鈷為4.2 μg/kg，鉬為6.3 μg/kg，銻為7.9 μg/kg，釩為11.2 μg/kg，銀為5.6 μg/kg，鐵為0.23 mg/kg，硒為12.4 μg/kg，鋅為0.13 mg/kg，所有未檢出的結(jié)果均以定量限的1/2計(jì)。試驗(yàn)測(cè)定國(guó)家一級(jí)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)紫菜(GBW10023)(n=7)作為質(zhì)量控制，結(jié)果見(jiàn)表1，各元素的測(cè)定值均在標(biāo)示值范圍內(nèi)，RSD為0.38%～4.2%，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.4 苜蓿中15種無(wú)機(jī)金屬元素測(cè)定結(jié)果

應(yīng)用上述方法對(duì)苜蓿樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，苜蓿中富含鋅硒鐵等營(yíng)養(yǎng)元素，重金屬含量較低;苜蓿根中的鎘砷鉻鎳錳鉈鈷釩銀鐵與苜蓿莖葉中的鎘砷鉻鎳錳鉈鈷釩銀鐵差異顯著(P<0.05)，而苜蓿根中的鉛鉬硒鋅與苜蓿莖葉中的鉛鉬硒鋅差異不顯著(P>0.05)。

3 討 論

由表2可知，苜蓿根莖葉中15種無(wú)機(jī)元素含量呈現(xiàn)的總體趨勢(shì)為：苜蓿根部的各金屬元素的含量普遍高于莖葉的含量。其中，苜蓿根中各元素的含量高低為：Mn>Zn>Se>Cr>V>Fe>Ni>Co>Pb>Mo>As>Cd>Tl>Ag>Sb。莖葉中各元素的含量高低為：Mn>Zn>Se>Cr>Pb>Mo>V>Fe>Co>Ni>Cd>Tl>As>Ag>Sb。

GB13078-2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)對(duì)畜禽飼料原料中的幾種有害重金屬元素(鉛、砷、鎘、鉻)做出明確的規(guī)定，其允許量分別為鉛≤30 mg/kg、砷≤4 mg/kg、鎘≤1 mg/kg和鉻≤5 mg/kg[10]。與上述標(biāo)準(zhǔn)相比較可知，本研究中部分苜蓿樣根中的鉻(Cr)已超出國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，存在一定的食用風(fēng)險(xiǎn)，不宜單獨(dú)作為家畜的飼料。而苜蓿根、莖葉中的鉛、砷、鎘等元素均未超出標(biāo)準(zhǔn)，符合飼料安全衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。紫花苜蓿不僅僅是牲畜飼料的重要來(lái)源，它在造紙、紡織等方面也有著廣泛的用途[11]。代惠萍等[12]的研究表明，紫花苜蓿對(duì)環(huán)境中的硒和鋅元素具有很強(qiáng)的富集能力。本研究表明，紫花苜蓿中確實(shí)富含硒元素和鋅元素，同時(shí)植株中鐵和錳的含量也很高，說(shuō)明苜蓿具有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和具備深度開(kāi)發(fā)為保健食品的基本條件。

表1 紫菜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定結(jié)果Table 1 Determination results of standard matter of Porphyra mg/kg

表2 苜蓿樣品的測(cè)定結(jié)果(mg/kg)Table 2 Determination results of alfalfa samples

注：同行數(shù)據(jù)肩標(biāo)為相同字母或無(wú)字母表示差異不顯著(P>0.05)，不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，不同大寫(xiě)字母表示差異極顯著(P<0.01)。

Notes: In the same row,values with the same or no superscripts mean insignificant difference(P>0.05), different lowercase letter superscripts mean significant difference (P<0.05), different capital letter superscripts mean extremely significant difference (P<0.01).

4 結(jié) 論

本研究結(jié)果表明，試驗(yàn)地區(qū)苜蓿中各元素的含量大致為根大于莖葉，鉛、鎘、砷和鉈的含量很低，鐵、鋅、錳和硒含量較高，很大程度上代表了該地區(qū)苜蓿中各金屬元素的含量水平，具有一定的可比性和參考價(jià)值。