3種前處理方法在電感耦合等離子體質(zhì)譜測定螺旋藻中鉛、鎘含量的比較

周美麗，楊子秋，楊偉，楊春花，范曉旭，劉澤弘

(大理州食品檢驗(yàn)檢測院，云南 大理，671000)

螺旋藻(Spirulina)是一類低等、原核生物，由多細(xì)胞組成的絲狀體。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻具有獨(dú)特的營養(yǎng)成分，包括人體必需的氨基酸、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素和抗氧化物質(zhì)。具有減輕癌癥放療、化療的毒副作用，提高免疫功能，降低血脂等功效，引起人們的廣泛關(guān)注[1]。聯(lián)合國世界糧食會議宣布，螺旋藻是未來最好的食物，世界衛(wèi)生組織將螺旋藻描述為人類最好的健康產(chǎn)品，聯(lián)合國教科文組織稱，螺旋藻是最理想的未來食物[2]。

由于受養(yǎng)殖環(huán)境、農(nóng)藥、化肥和加工工藝的影響，螺旋藻產(chǎn)品極易受鉛、鎘等重金屬的污染。因此，快速、準(zhǔn)確地對螺旋藻中重金屬進(jìn)行定量分析顯得十分重要。AL-HOMAIDAN等研究了濕法消解-原子吸收光譜法測定螺旋藻產(chǎn)品中的總砷、錳和鉛等重金屬元素的含量[3]，AL-DHABI等報(bào)道了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定螺旋藻中的錳、鎳和汞等重金屬元素的含量[4]。電感耦合等離子質(zhì)譜法因具有檢出限低、線性范圍寬、耐高基體和多元素同時(shí)測定等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品和保健品分析[5-7]。

目前，傳統(tǒng)的食品和保健品中重金屬及有害元素測定的前處理方法主要有濕法消解法、干灰化法和微波消解法等。傳統(tǒng)的前處理方法需要對樣品進(jìn)行繁瑣的程序和操作以破壞有機(jī)基質(zhì)，增加了樣品污染和分析物損失的風(fēng)險(xiǎn)，濕法消解和微波消解過程需要使用大量的酸，污染環(huán)境，損害實(shí)驗(yàn)操作人員，存在耗時(shí)長，成本高等問題。為建立簡單、快速的前處理方法，超聲提取法、快速酸浸提法和酶水解法等被陸續(xù)報(bào)道[8-17]。本工作采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行螺旋藻產(chǎn)品中鉛、鎘元素的測定，通過比較超聲提取法、水浴振蕩提取法與傳統(tǒng)的微波消解法對測定結(jié)果的影響，建立了快速、簡單、可靠、節(jié)能和環(huán)保的螺旋藻中鉛、鎘元素含量的測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：Pb、Cd，10 mg/L(Agilent，Part﹟8500-6940)；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧溶液：Li、Y、Ge、Tl、Co，1 μg/L(Agilent，Part﹟5188-6564)；內(nèi)標(biāo)溶液：In、Lu，10 mg/L(Agilent，Part﹟5185-5959)；柑橘葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10020、胡蘿卜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10047(地球物理地球化學(xué)勘查研究院)；HNO3(GR，德國Merck)；H2O2(GR，蘇州晶瑞)；鹽酸(GR，國藥試劑)；螺旋藻片(祥云巖松生物科技公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,美國Agilent公司；VB24 up趕酸儀,萊伯泰科公司；微波消解儀,意大利Mileston公司；AS系列超聲波清洗機(jī),天津奧特賽恩斯儀器公司；SHA-CA水浴恒溫振蕩器,金云市科析儀器公司；TDL-40B高速臺式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠；渦旋振蕩器,美國Thermo公司；電子分析天平,METLER TOLEDO；XF-100固體樣品高速粉碎機(jī),杰瑞爾公司；UPH-IV-20T超純水機(jī),四川優(yōu)普超純科技公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

螺旋藻片在高速樣品粉碎機(jī)中粉碎，過80目的篩，將篩好的螺旋藻粉末置于干燥器中備用。

1.3.1.1 超聲提取法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于50 mL聚四氟乙烯材料的離心管中，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3- 1% HCl混合酸溶液定容至50 mL，置于渦旋混合器上混勻，室溫超聲20 min，搖勻，離心(4 000 r/min)10 min，取上清液，用0.22 μm水系針頭過濾器過濾后分析測定，同時(shí)做空白對照。整個(gè)處理過程約1 h。

1.3.1.2 水浴振蕩提取法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于50 mL聚四氟乙烯材料的離心管中，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3- 1% HCl混合酸溶液定容至50 mL，渦旋混勻，60 ℃水浴振蕩45 min后搖勻，以4 000 r/min離心10 min，取上清液，用0.22 μm水系針頭過濾器過濾，同時(shí)做空白對照。整個(gè)處理過程約1.5 h。

1.3.1.3 微波消解法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于80 mL微波消解罐中，加入5.0 mL HNO3和2.0 mL H2O2，加蓋放置2 h，旋緊罐蓋，按(見表1)設(shè)定程序進(jìn)行微波消解，冷卻后用少量純水洗滌罐蓋合并至罐中，將消解罐置于趕酸儀內(nèi)140 ℃趕酸，罐內(nèi)溶液剩余0.5 mL左右取下冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至50 mL比色管中，用純水少量多次洗滌罐壁，定容至刻度，同時(shí)做空白試驗(yàn)。整個(gè)消解過程約8 h。

表1 微波消解儀工作條件Table 1 The working conditions for microwave digestion system

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測定

精密量取標(biāo)準(zhǔn)儲備液，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3逐級稀釋，配制成0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg/L的鉛、鎘元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。以質(zhì)量濃度為10 μg/L的115In、175Lu分別作為111Cd、208Pb的在線內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。

1.3.3 ICP-MS工作條件

經(jīng)質(zhì)量濃度為1 μg/L(Li、Y、Ge、Tl、Co)的調(diào)諧溶液對儀器條件進(jìn)行自動優(yōu)化，以靈敏度、檢出限、氧化物、雙電荷和背景噪音作為優(yōu)化指標(biāo)，使儀器達(dá)到最佳狀態(tài)。等離子體模式為高靈敏模式，He模式分析，經(jīng)優(yōu)化后儀器的最佳工作條件如表2所示。

表2 優(yōu)化后的ICP-MS工作條件Table 2 Optimized parameter of ICP-MS system

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的選擇

2.1.1 超聲提取法條件

在其他條件不變的情況下，分別用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3、1% HCl、1% HNO3-1% HCl混合酸溶液體系超聲提取螺旋藻中的鉛、鎘，發(fā)現(xiàn)用1% HNO3-1% HCl混合酸溶液超聲提取得到的回收率最佳，增加HNO3-HCl體積分?jǐn)?shù)時(shí)，回收率并無差異，但樣品空白值隨HNO3-HCl體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，此外，超聲提取時(shí)間超過20 min后回收率無明顯差異，故選用1% HNO3-1% HCl混合酸溶液作為提取溶液，超聲提取20 min。

2.1.2 水浴振蕩提取法條件

水浴振蕩提取法酸溶液體系和酸溶液體積分?jǐn)?shù)的選擇測試結(jié)果和超聲提取法一致，鉛、鎘的回收率隨著提取時(shí)間和水浴振蕩溫度的增加而增大，但水浴溫度超過60 ℃、提取時(shí)間超過45 min后回收率無明顯差異，故選用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3-1% HCl混合酸溶液作為提取溶液，水浴振蕩提取溫度為60 ℃，提取時(shí)間為45 min。

2.1.3 微波消解法條件

螺旋藻中含有豐富的蛋白質(zhì)，高達(dá)60%～70%，不容易消解，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，故采用硝酸-雙氧水體系進(jìn)行消解。

2.2 ICP-MS干擾及校正

ICP-MS的干擾可分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾(基體效應(yīng))，質(zhì)譜干擾主要是由同量異位素、多原子離子、雙電荷產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)中通過同位素選擇(111Cd、208Pb)、優(yōu)化儀器條件(氧化物156/140≤0.923%，雙電荷70/140≤1.060%)、八級桿氦氣碰撞反應(yīng)池濾除干擾離子和四級桿質(zhì)量分析器濾除非質(zhì)荷比分析離子等方法減少質(zhì)譜干擾。非質(zhì)譜干擾主要源于基體效應(yīng)，超聲提取法、水浴振蕩提取法可快速提取螺旋藻中的鉛、鎘，但提取液中可能含有部分無機(jī)鹽和有機(jī)物基體。實(shí)驗(yàn)中通過HMI氣溶膠稀釋降低總?cè)芙夤腆w物，冷凝霧化減小基體效應(yīng)，≦0.46 mm的截取錐使耐基體度提高，Omega二次90°偏轉(zhuǎn)徹底濾除中性降低背景噪音和在線內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正等方法克服基體效應(yīng)。

2.3 線性關(guān)系與檢出限

線性回歸方程及檢出限如表3所示。對3種不同前處理方法的試劑空白溶液進(jìn)行連續(xù)11次測定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度計(jì)算檢出限。超聲提取法和水浴振蕩提取法對酸的需求量少，樣品溶液不容易被污染，試劑空白值低，由表3可以看出超聲提取法和水浴振蕩提取法具有更低的檢出限。

表3 線性回歸方程及檢出限Table 3 The linear regression equation and detection limit

2.4 測定結(jié)果及重復(fù)性試驗(yàn)

按照3種不同的前處理方法，對螺旋藻樣品各進(jìn)行6份平行樣試驗(yàn)，分別測定鉛、鎘元素，計(jì)算含量及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果(表4)表明，3種方法的測定結(jié)果具有較好的一致性，超聲提取法、水浴振蕩提取法的測試結(jié)果與微波消解法差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05)。計(jì)算得到的RSD值在1.2%～4.8%，3種不同的前處理方法測得的結(jié)果均有較好的重復(fù)性。

表4 三種不同前處理方法樣品測定的結(jié)果及精密度(n=6)Table 4 The determination results of samples and precision by three different preparation methods(n=6)

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

分別取上述螺旋藻樣品，進(jìn)行鉛、鎘元素加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表5，超聲提取法的加標(biāo)回收率在91.7%～99.4%，水浴振蕩提取法加標(biāo)回收率在97.2%～98.4%，微波消解法加標(biāo)回收率在91.0%～102.3%。采用3種不同的前處理方法測定螺旋藻中的鉛、鎘元素均有較好的回收率。

表5 三種不同前處理方法樣品的加標(biāo)回收率(n=4)Table 5 Recovery rate of samples by three different preparation methods(n=4)

2.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，對GBW10020柑橘葉、GBW10047胡蘿卜2種生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果顯示(表6)，3種前處理方法測定生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鉛、鎘的測定值均在參考值范圍內(nèi)。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果(n=4)Table 6 Analytical results for standard material(n=4)

3 結(jié)論

采用超聲提取法、水浴振蕩提取法和微波消解法3種前處理方法-電感耦合等離子體質(zhì)譜測定螺旋藻中鉛、鎘元素含量，測定結(jié)果具有較好的一致性，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。3種方法對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10020，GBW10047)進(jìn)行處理，鉛、鎘的測定結(jié)果均在參考值范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的微波消解法相比，超聲提取法和水浴振蕩提取法操作簡單，用酸量少，分析處理時(shí)間短，具有節(jié)能、環(huán)保、可靠等優(yōu)點(diǎn)，降低了樣品污染和分析物損失的風(fēng)險(xiǎn)，具有更低的樣品空白值和方法檢出限。因此，超聲/水浴振蕩提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法適用于螺旋藻中鉛、鎘元素的快速測定。