利用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)測定中華絨螯蟹中重金屬鎘的殘留量

董欣悅，宋 超，汪 倩，張 聰，陳家長,

（1南京農(nóng)業(yè)大學(xué)無錫漁業(yè)學(xué)院，江蘇無錫214081；2中國水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心，江蘇無錫214081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全環(huán)境因子風(fēng)險評估實驗室（無錫），江蘇無錫214081；4農(nóng)業(yè)農(nóng)村部水產(chǎn)品質(zhì)量安全控制重點實驗室，北京100000）

0 引言

鎘(cadmium,Cd)是一種對水產(chǎn)品具有嚴(yán)重毒性的重金屬環(huán)境污染物，因具有極高的生物毒性，且在生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)中具有很強的遷移性，現(xiàn)已被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)、世界衛(wèi)生組織和美國農(nóng)業(yè)委員會等列為優(yōu)先關(guān)注污染物之一[1]。鎘可以通過食物鏈的傳遞在生物體內(nèi)進行富集[2]，其半衰期長達(dá)20年，并且難以生物降解?，F(xiàn)有研究表明，重金屬鎘富集水平最高的動物是甲殼類，成年甲殼類動物體內(nèi)鎘的濃度是海水濃度的900～1600倍[3]。鎘在人體中的富集不僅會引起心血管疾病、骨質(zhì)疏松[4]，還會侵害免疫系統(tǒng)[5]，繼而引發(fā)腫瘤，甚至癌癥[6]。

中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis)，又稱河蟹，是一種在淡水中生長的洄游性甲殼動物，其肉味鮮美，營養(yǎng)豐富，此類甲殼類動物多喜棲居在江河湖泊的泥岸和灘涂上的洞穴里，或隱藏在這些水域的水草、石礫中，多數(shù)為雜食性動物。這種特殊的棲息水層和食性特點，導(dǎo)致其對重金屬的富集能力明顯高于魚類[7]。全國食品污染物監(jiān)測顯示，當(dāng)前水產(chǎn)品中鉛、鎘污染現(xiàn)象較為普遍，鎘含量的平均值超出國家限量標(biāo)準(zhǔn)。GB 2762—2017食品中污染物限量中規(guī)定甲殼類水產(chǎn)動物的鎘限量指標(biāo)為0.5 mg/kg[8]。陳海檳等[9]對廣州魚市場進行了隨機檢測，結(jié)果表明，螃蟹中重金屬鎘的超標(biāo)值為96.69%。尤炬炬等[10]對浙江省自然海區(qū)68個梭子蟹樣品進行了鎘含量的分析與測定。分析測定結(jié)果表明，重金屬鎘的含量為0.078～2.600 mg/kg，其中部分梭子蟹的鎘含量超出國家限量標(biāo)準(zhǔn)。何佳璐等[11]對舟山市市售海產(chǎn)品鎘的殘留現(xiàn)狀進行比較評價，結(jié)果表明舟山市受鉛、鎘、甲基汞3種重金屬污染情況較低，只有甲殼類存在少量鉛、鎘輕度污染，超標(biāo)率為0.26%。

實驗過程中，樣品的前處理結(jié)果是檢驗實驗方法科學(xué)性和實驗結(jié)果可靠性的重要標(biāo)準(zhǔn)，樣品的前處理方法除了常規(guī)的干法灰化法和濕法消解法外，還可采用微波消解法、壓力消解以及超聲波輔助酸提取法等新型消解方法。微波消解是一種新的消解方式，因消解時間短、在密閉的環(huán)境中加熱、試劑用量少、操作簡單安全而得到廣泛應(yīng)用，同時減少了消解過程中對環(huán)境的污染，降低了實驗的空白值，提高了方法的靈敏度和準(zhǔn)確度，筆者采用常規(guī)的濕法消解法和微波消解法處理中華絨螯蟹樣品。電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICPMS)[12-14]是一種新型的分析和檢測技術(shù)，且應(yīng)用廣泛，與傳統(tǒng)方法相比，具有靈敏度比較高、線性范圍廣、穩(wěn)定性好、檢出限低、能同時檢測與分析多種重金屬元素等優(yōu)點，分析速度快，能夠大大提高樣品分析效率。

本研究旨在建立一種快速檢測水產(chǎn)品中重金屬鎘的殘留量方法，以電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定中華絨螯蟹性腺(G)、肌肉(M)及其兩者混合的全部可食部分(B)3種基質(zhì)中的鎘為研究對象，通過采用不同的前處理方法，考察濕法消解法和微波消解法對測定結(jié)果的影響，并對不同的前處理方法依據(jù)回收率對比檢驗方法的可行性，旨在為中華絨螯蟹不同基質(zhì)中重金屬鎘的檢測提供更高效、準(zhǔn)確的檢測方法，同時為中國水產(chǎn)品質(zhì)量安全管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 基質(zhì)樣品的預(yù)處理

將采集來的新鮮中華絨螯蟹洗凈，用剪刀去殼、去鰓后，將整蟹可食部分全部取出，用絞肉機絞成勻漿，將性腺(G)、肌肉(M)及其兩者混合的全部可食部分(B)分裝于取樣管中，備用。

1.2 儀器與試劑

Agilent 7800 ICP-MS（美國安捷倫科技有限公司）；Ethos D微波消解儀（萊伯泰科有限公司）；Digi Block-ED54微機控溫電熱板（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）；Master-Q UT水純化系統(tǒng)（上海和泰儀器有限公司）。

10.0 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液（美國安捷倫科技有限公司），用2%硝酸逐級稀釋配制成不同濃度混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；100.0 mg/L內(nèi)標(biāo)溶液（美國安捷倫科技有限公司）；1.00 μg/L質(zhì)譜調(diào)諧液（美國安捷倫科技有限公司）。

實驗過程中所用各種酸及試劑均為優(yōu)級純；所有玻璃器皿均用5%硝酸浸泡過夜并用純水沖洗干凈備用；實驗室用水均由超純水機提供。

1.3 樣品的消解

1.3.1 濕法消解法 準(zhǔn)確稱取處理好的勻漿樣品(0.5±0.01)g，放入消解管中，用移液管準(zhǔn)確量取8 mL HNO3、2 mL高氯酸加入到消解管中。其中，1～3號加標(biāo)濃度為5 μg/L，4～6號加標(biāo)濃度為20 μg/L，7～9號加標(biāo)濃度為100 μg/L，10～12號為空白對照。然后將消解管搖勻，室溫下放置過夜，進行預(yù)消解。第二天將預(yù)消解的樣品放到微機控溫電熱板上緩慢加熱，設(shè)定溫度為120℃，消解5～6 h，觀察顏色的變化，待顏色變?yōu)榈S色或者無色時取出，冷卻，然后加入超純水定容到50 mL，搖勻過濾，備用。

1.3.2 微波消解法 準(zhǔn)確稱取處理好的勻漿樣品(0.5±0.01)g，放入消解罐中，用移液管準(zhǔn)確量取5 mL HNO3、2 mL H2O2、1 mL超純水加入到消解罐中，注意移液管不可以與消解罐的內(nèi)壁接觸。其中，1～3號加標(biāo)濃度為5 μg/L，4～6號加標(biāo)濃度為20 μg/L，7～9號加標(biāo)濃度為100 μg/L，10～12號為空白對照。打開微波消解儀電源，在控制面板上設(shè)定消解程序和參數(shù)（表1）進行操作，消解約2 h。微波消解結(jié)束后待其自然冷卻至室溫，并將消化液用超純水定容至50 mL，搖勻過濾，備用。

表1 微波消解體系的建立

1.4 儀器操作條件的選擇

開機之前，先進行碰撞反應(yīng)池維護和樣品引入維護，同時打開冷卻水，調(diào)節(jié)進樣管，將儀器的進樣管和內(nèi)標(biāo)管都放入調(diào)諧液中，依次對矩管位置、霧化氣流速、透鏡等進行日常調(diào)諧，得到最佳的靈敏度，最低的氧化物、雙電荷干擾以及較好的分辨率。優(yōu)化后的儀器操作條件見表2。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)統(tǒng)計、繪圖在Excel 2010軟件中完成，配對樣本t檢驗在SPSS 20.0中完成。數(shù)據(jù)結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差表示，以P＜0.05作為差異顯著水平。在進行多重比較時，2組之間有相同字母則表示差異不顯著；反之，則表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 儀器和方法的檢出限

2.1.1 鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制及線性回歸方程 將10.0 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋為0.5 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)中間液，由混合標(biāo)準(zhǔn)中間液稀釋為標(biāo)準(zhǔn)曲線混合工作系列，混合標(biāo)準(zhǔn)曲線工作溶液中元素濃度分別為0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0 μg/L。

將儀器的各項參數(shù)調(diào)試到最佳狀態(tài)，采用ICP-MS分析方法中內(nèi)標(biāo)校正定量分析方法測定。待儀器穩(wěn)定后，測定鎘標(biāo)準(zhǔn)系列混合溶液0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0μg/L的響應(yīng)值，讀取軟件畫面中顯示的相關(guān)系數(shù)R是否符合不小于0.995的要求[15]，要求采集3次數(shù)據(jù)，取3次測量的平均值，RSD小于10%，以測定元素標(biāo)準(zhǔn)溶液的含量和對應(yīng)的離子強度為橫縱坐標(biāo)，繪制重金屬鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線，計算直線回歸方程，相關(guān)信息見表3。

通過表3可以看出，濕法消解法和微波消解法的相關(guān)系數(shù)均符合R≥0.995的要求，微波消解法的相關(guān)系數(shù)比濕法消解法的相關(guān)系數(shù)要更高、更穩(wěn)定。

2.1.2 2種前處理方法的檢出限比較 由表3可以看出，濕法消解法的檢出限為0.0025～0.0045μg/g，微波消解法的檢出限為0.0012～0.0027μg/g，微波消解法的檢出限更低。梁淑軒等[16]利用ICP-MS測定水系沉積物中的9種重金屬元素時，重金屬鎘的檢出限為0.019μg/L。溫中海等[17]利用ICP-MS測定水系沉積物中多種重金屬元素時，重金屬鎘的檢出限為0.01 mg/kg。方芳等[18]利用ICP-MS研究太湖過濾水和表層沉積物中重金屬時，重金屬鎘的檢出限為0.03μg/L，本實驗檢出限符合要求，結(jié)果可靠。

2.1.3 2種前處理方法準(zhǔn)確度與精密度比較 在樣品的測定過程中，每個樣品采集3次數(shù)據(jù)，取3次測量的平均值，儀器自動扣除樣品空白，3次測量結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于10%。從表3可以看出，濕法消解法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.35%～9.0%，微波消解法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.59%～9.0%，兩者差距不明顯，均符合RSD＜10%的要求。蔣天成等[19]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定北部灣海產(chǎn)品中重金屬的含量時，重金屬鎘的RSD為1.4%～8.8%。李艷麗等[20]利用ICP-MS測定沉積物中4種重金屬元素時，重金屬鎘的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.67%～5.58%。實驗測量結(jié)果符合《水環(huán)境檢測規(guī)范》[21]中的規(guī)定，即所用的測定方法對重金屬鎘的測定具有較高的精密度。

表3 回歸方程與檢出限

圖1 濕法消解法處理下3種基質(zhì)的回收率比較

圖2 微波消解法處理下3種基質(zhì)的回收率比較

在實驗測量的開始和結(jié)束時，都要進行重金屬鎘已知濃度溶液的測定，以確保整個實驗過程的穩(wěn)定性。

2.2 同一前處理方式下各基質(zhì)的回收率的比較

用上述方法測定螃蟹樣品，并對其做回收率實驗，結(jié)果見圖1～2。樣品溶液中化合物響應(yīng)值均應(yīng)在儀器測定線性范圍內(nèi)。林少美等[22]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定梭子蟹時，重金屬鎘的回收率為96%～103%。譚秀慧等[23]利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定水產(chǎn)品中重金屬的含量，重金屬鎘的回收率在96.6%～102%之間。說明本次實驗結(jié)果可靠。

從圖1可以看出，濕法消解法處理3種基質(zhì)的回收率均達(dá)到要求。但是，3種基質(zhì)相比，M（肌肉）組的回收率更高，且與G（性腺）、B（兩者混合的全部可食部分）組存在顯著差異(P＜0.05)；G（性腺）組回收率與B（兩者混合的全部可食部分）無顯著差異(P＞0.05)。從實驗結(jié)果可以看出，濕法消解法更有利于處理蟹肌肉。

從圖2可以看出，微波消解法處理3種基質(zhì)的回收率達(dá)到要求。3種基質(zhì)相比，G（性腺）組的回收率更高，且與B（兩者混合的全部可食部分）組和M（肌肉）均存在顯著差異(P＜0.05)；而B（兩者混合的全部可食部分）組和M（肌肉）組無顯著差異(P＞0.05)。說明微波消解法能更好地處理性腺，這可能與中華絨螯蟹中性腺的組成有很大關(guān)系。

2.3 各基質(zhì)在不同前處理下回收率的比較

考察不同前處理方式下各基質(zhì)的回收率結(jié)果（圖3）可知，采用濕法消解法、微波消解法處理基質(zhì)G（性腺）時，回收率分別為96.24%、104.76%，兩者差異顯著(P＜0.05)；采用濕法消解法、微波消解法處理基質(zhì)B（兩者混合的全部可食部分）時，回收率分別為94.74%、91.85%，兩者無顯著差異(P＞0.05)；采用濕法消解法、微波消解法處理基質(zhì)M（肌肉）時，回收率分別為99.93%、92.38%，濕法消解法處理基質(zhì)M（肌肉）時的回收率比微波消解法高8.17%，但兩者亦無顯著差異(P＞0.05)?？偟目磥恚瑵穹ㄏ夥ǜ欣谔幚硇芳∪?，微波消解法更有利于處理性腺，而兩者混合的全部可食部分2種方法均可，無明顯差異。

圖3 不同前處理方式對中華絨螯蟹3種基質(zhì)回收率的影響

3 討論

3.1 消解方法的選擇

準(zhǔn)確測定微量元素含量的關(guān)鍵步驟之一是樣品的消解是否完全。分別采用濕法消解法和微波消解法處理樣品，并且依次測量樣品計算回收率。根據(jù)前處理方式的不同，對2種前處理方法的基本參數(shù)進行了比較，結(jié)果如表4。

表4 2種前處理方法的基本參數(shù)比較

從表4可以看出，無論是從樣品的消解時間還是試劑的用量，微波消解法要明顯好于濕法消解法。這是因為微波消解系統(tǒng)處于一個密封的系統(tǒng)，利用高溫高壓將樣品與酸充分接觸，加速了樣品的消解。而濕法消解法雖然消解的樣品個數(shù)多，可以進行大批量的樣品消解，但是，樣品消解時間長，試劑的需要量多，一次消解需要13～20 mL的試劑，而且由于是敞口式的消解，對環(huán)境污染相對較大，整個操作過程費時費力。李萬杰等[24]利用石墨爐原子吸收法檢測海產(chǎn)品中的重金屬時，采用微波消解法，并且認(rèn)為微波消解法具有高效、節(jié)約試劑、操作簡單、消解完全等優(yōu)點。傅春玲等[25]利用冷原子熒光光譜法測定中華絨螯蟹中汞的含量時，也是采用微波消解法，說明微波消解法方便快速，是前處理方法的優(yōu)先選擇。

3.2 不同前處理方式消解中華絨螯蟹機理的探究

中華絨螯蟹的蟹肉與性腺的組成成分存在差異，主要體現(xiàn)在醇類、芳香類、烷烴類和含硫類化合物的組成上。中華絨螯蟹的蟹肉內(nèi)蛋白質(zhì)占80%[26]，其中包括大量的游離氨基酸、呈味核苷酸和呈味無機離子，而脂肪的含量很少[27]，并且蟹殼和蟹爪內(nèi)含有大量的碳酸鹽[28]。濕法消解法設(shè)定溫度為120℃，不會破壞蟹肌肉中的氨基酸，在進行消解的過程中，濕法消解用硝酸和高氯酸，高氯酸屬強酸，可以與蟹肉內(nèi)的碳酸鹽更充分的發(fā)生反應(yīng)，消解徹底；而在中華絨螯蟹的性腺中，脂肪的含量高達(dá)90%[29]，廣義上的性腺包括肝胰腺和性腺2個部分，且性腺中包含有大量的脂肪酸，脂肪酸中不飽和脂肪酸(UFA)高達(dá)75%左右，而且油酸和棕櫚油酸為優(yōu)勢脂肪酸，且在加熱的過程中，油酸、亞油酸、亞麻酸等變化明顯[30]，微波消解是在高溫高壓密閉的環(huán)境下進行消解，能更好地消解性腺中的油脂，而濕法消解屬于敞口式消解，在消解過程中酸以及各類營養(yǎng)物質(zhì)均會有一定的損耗，導(dǎo)致消解不完全。

4 結(jié)論

以電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定中華絨螯蟹中的鎘為依據(jù)，通過濕法消解法和微波消解法基本參數(shù)和回收率對比得知，2種前處理方式均有較好的精密度和準(zhǔn)確度，G（性腺）組別中微波消解法比濕法消解的精密度、準(zhǔn)確度以及回收率略高，M（肌肉）組別濕法消解法比微波消解法的精密度、準(zhǔn)確度以及回收率要高，而B（兩者混合的全部可食部分）組別并無顯著性差異。且2種前處理方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.35%～9.0%，回收率90%～110%，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，2種方法均可以作為ICP-MS的前處理方法。相對于濕法消解法，微波消解法處理樣品速度快，測定標(biāo)準(zhǔn)樣品的準(zhǔn)確度高、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小，而且自動化程度高，操作方便，便于掌握，是一種非常好的前處理方法，但是需要配置微波消解儀；濕法消解法對儀器要求很簡單，而且能大批量處理樣品，但是樣品前處理時間長，處理過程中對環(huán)境的污染稍重，待測元素?fù)p失較大。因此，在樣品數(shù)量少的情況下，應(yīng)選擇微波消解法作為前處理方法。

通過實驗建立了ICP-MS法測定中華絨螯蟹中鎘的殘留量，樣品的前處理方法以微波消解法為最佳消解體系，確立了實驗的最佳條件，通過對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析，本次實驗的精密度、準(zhǔn)確度可達(dá)到測試要求，證實方法可行，可以作為中華絨螯蟹中重金屬鎘的一種可靠的檢測方法，實驗結(jié)果可以為水產(chǎn)品的重金屬檢測提供有效幫助。