微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法測定鰱魚肌肉中的19種礦物元素

魏永生 侯雅慧 張國偉

(咸陽師范學(xué)院 化學(xué)與化工學(xué)院，陜西 咸陽 712000)

前言

鯉形目，鯉科魚類鰱魚(拉丁學(xué)名Hypophthalmichthysmolitrix，英文名Silver carp)，俗稱白鰱、水鰱、鰱子等，因其生長快、疾病少、產(chǎn)量高，是我國主要的人工飼養(yǎng)淡水養(yǎng)殖魚，也是我國著名的四大家魚之一。鰱魚肉營養(yǎng)價值高，含有豐富的蛋白質(zhì)、氨基酸、礦物元素以及是大多數(shù)淡水魚中含量較少的EPA、DHA等多不飽和脂肪酸[1-4]。人的機(jī)體是由許許多多的元素組成的一個有機(jī)體，現(xiàn)代研究在人體中檢測出81種元素，其中碳、氫、氧、氮是構(gòu)成有機(jī)體的主要元素，除了這4種之外的元素通稱為礦物質(zhì)或礦物元素[5]。食材中的礦物元素組成也是評價其營養(yǎng)價值和安全性的重要因素，依據(jù)各種不同的元素在機(jī)體中所占比重的不同，分為常量元素及微量元素[6]。常量元素共11種，分別為碳、氫、氧、氮、鈣、磷、鉀、硫、鈉、氯、鎂等，其余在人體內(nèi)含量小于0.01%的化學(xué)元素是微量元素。而微量元素又分三類：1)具有特殊生理功能，適當(dāng)?shù)暮繉S持生命活動不可缺少的必需微量元素，包括鐵、鋅、銅、鎳、錫、碘、鈷、硒、錳、鉬、氟、釩、鉻、鍶等14種；2)在機(jī)體中微量存在就會引起毒性反應(yīng)的毒性元素，如鎘、汞、鉛、砷等；3)尚未發(fā)現(xiàn)有特殊生理功能或毒性反應(yīng)的非必需微量元素。關(guān)于鰱魚礦物元素含量的測定，有文獻(xiàn)應(yīng)用石墨爐原子吸收光譜法或原子熒光光譜法測定了鰱魚中有害重金屬元素鉛、鎘、汞、砷等的含量，并對其進(jìn)行了風(fēng)險(xiǎn)評價[7-9]。有關(guān)鰱魚肉中礦物元素組成的全面詳細(xì)分析少見文獻(xiàn)報(bào)道，本文擬采用當(dāng)前礦物元素組成測定領(lǐng)域中具有明顯技術(shù)優(yōu)勢的微波消解制樣技術(shù)以及全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜測定技術(shù)(inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy，縮寫：ICP-OES)[10-12]，對鰱魚肌肉中的礦物元素組成進(jìn)行較為全面的測定與分析，為相關(guān)研究提供參考數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料及前處理方法

鰱魚從西安、咸陽不同的三個菜市場隨機(jī)采購，每個市場分別采購三條鰱魚，洗凈后取其可食用肉質(zhì)部分，純凈水清洗，濾紙吸干表面水分，分別按四分法縮減至250 g，真空冷凍干燥機(jī)中冷凍干燥48 h，干燥后的魚肉再用家用食品粉碎機(jī)粉碎后密封冷藏，作為測試樣品待用(通過測定干燥前后的質(zhì)量，新鮮鰱魚肉平均含水率78.0 g/100g)。

鰱魚樣品微波消解前處理方法：按文獻(xiàn)方法進(jìn)行[13-14]。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

K、Na標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL，GSB04-1763-2004)，Ca標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，GSBG62012-90)，多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn均為100 μg/mL，GSB04-1767-2004)均為國家鋼鐵材料測試中心出品，S標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，GBW(E)080994)， P標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，GBW(E)080988)， Mg標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，GBW(E) 080976) 均為濟(jì)南眾標(biāo)科技有限公司出品。濃硝酸、過氧化氫購自Thermo Fisher Scientific公司。超純水電阻率≥18.2 MΩ.cm。

1.3 儀器與工作條件

VARIAN 715-ES全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國瓦里安公司)；MDS-6微波消解儀，ECH-1電控加熱臺(上海新儀微波化學(xué)科技公司)；SCIENTZ-18N冷凍干燥機(jī)(寧波新芝凍干設(shè)備公司)；arium 611UV超純水制備儀(德國Sartorius公司)；HR1844四合一攪拌榨汁機(jī)(珠海飛利浦公司)；Pipet-Lite PL可調(diào)移液器(梅特勒-托利多公司)。

ICP儀器工作條件：VARIAN ICP ExpertTMII中文操作系統(tǒng)；炬管：垂直觀測，觀察高度10 mm；高頻發(fā)生器：功率1.00 kW，射頻RF頻率40.68 MHz；霧化器：霧化氣壓力200 kPa，等離子氣流量15.0 L/min，輔助氣流量1.5 L/min；進(jìn)樣系統(tǒng)：進(jìn)樣時蠕動泵速15 r/min，一次讀數(shù)時間5 s，讀數(shù)3次平均。

1.4 元素定性鑒定

在VARIAN ICP ExpertTMII操作系統(tǒng)中，有一個應(yīng)用程序Worksheet 715，一次掃描可以分析69種礦物元素。應(yīng)用該程序?qū)桇~樣品溶液進(jìn)行分析，可以得到69種元素測試結(jié)果的光譜輪廓描記圖、信背比以及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)等參數(shù)。從光譜輪廓描記圖可以直觀地觀察到每一種元素響應(yīng)信號的情況，含量高的信號強(qiáng)，含量低的信號弱，而那些信號淹沒在基線背景中的元素可以認(rèn)為不存在或者利用該法無法檢測。以鉀、鋅、鈷三種元素的檢測為例，ICP發(fā)射光譜圖如圖1所示。圖1中，鉀元素和鋅元素的信號很強(qiáng)，可以利用本法定性定量，而鈷元素則無法檢測。另外，利用ICP操作系統(tǒng)檢測時給出的RSD數(shù)據(jù)，也可以判斷是否能夠檢測某種元素。例如，檢測上述三種元素的RSD值分別為：鉀2.7%，鋅2.2%，鈷7.1%；很明顯，利用該法可以準(zhǔn)確定量鰱魚中的鎂元素、鋅元素，對于鈷元素則無法檢測。

圖1 ICP檢測鉀、鋅、鈷元素光譜圖Figure 1 Spectrograms of potassium, zinc and cobalt by ICP

1.5 元素定量分析

對于通過上述方法鑒定在鰱魚中存在的元素，首先確定其ICP-OES定量測定發(fā)射光譜分析線，通過VARIAN ICP ExpertTMII操作系統(tǒng)自帶的圖示選擇界面，可以看到每種待測元素各個發(fā)射光譜分析線的信號強(qiáng)度，干擾元素的信號位置、強(qiáng)度、波長等參數(shù)。結(jié)合鰱魚中共存元素的情況，選擇信號強(qiáng)度高、干擾低的發(fā)射光譜線作為待測元素的分析線。具體定量分析時，對每一種待測元素配制合適濃度的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，利用ICP-OES儀器測定發(fā)射光譜強(qiáng)度，以信號強(qiáng)度對濃度作圖，得工作曲線。同法測定待測元素發(fā)射光譜強(qiáng)度，利用工作曲線，外標(biāo)法定量。

2 結(jié)果與分析

2.1 鰱魚中礦物元素定性分析結(jié)果

按定性鑒定方法，可以對鰱魚中的19種礦物元素定性，分別為：K、Ti、Al、Ga、B、Ba、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Na、P、Pb、S、Sr、Zn等。對于這19種元素，按元素定量方法進(jìn)行定量分析。

2.2 19種元素的定量分析線與檢測限

按元素定量方法確定的各待定元素的發(fā)射光譜分析線見表2，同法測定11個空白溶液中19種礦物元素的發(fā)射光譜強(qiáng)度，計(jì)算每種元素測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為各待測元素的檢測限，結(jié)果見表1。19種分析元素中，Ti、B、Ba、Cd、Cr、Fe、Mn、Sr等元素的檢測限極低，在1 μg/L以下，K、P、S等元素的檢測限較高。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

按1.5方法制備各待測元素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線及相關(guān)參數(shù)見表2。結(jié)果顯示，ICP-OES定量分析的線性范圍寬，都在2個數(shù)量級以上，而且其線性相關(guān)系數(shù)都在0.999以上。

表1 鰱魚中19種礦物元素定量分析線與檢測限Table 1 Quantitative analysis line and detection limit of 19 mineral elements in silver carp

2.4 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

通過在樣品中加入標(biāo)準(zhǔn)的方法，分別測定了P、S、K、Ca、Mg、Na、Al、Zn、Fe等鰱魚中含量較高元素的加標(biāo)回收率。準(zhǔn)確稱取0.352 1 g鰱魚肉樣品至消解罐中，分別吸取S、P、Ca元素標(biāo)準(zhǔn)溶液各1 mL，K、Na混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，稀釋10倍后的GSB04-1767多元素混合溶液1 mL以及稀釋10倍后的Mg元素標(biāo)準(zhǔn)溶液0.9 mL也加入消解罐中，在電熱板上蒸干溶液，再加入硝酸和雙氧水，同法消解并測定各元素的回收量，平行三次實(shí)驗(yàn)，計(jì)算加標(biāo)回收率，見表3。回收率測定結(jié)果顯示，元素的加標(biāo)回收率都在93.0%～113%。

表2 鰱魚中19種定量分析礦物元素標(biāo)準(zhǔn)工作曲線及參數(shù)Table 2 Standard working curves and parameters for quantitative analysis of mineral elements in 19 silver carp

注：表中C代表溶液中待測元素含量，μg/L；Int代表相應(yīng)元素發(fā)射光譜強(qiáng)度。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Experimental results of recovery rate

2.5 鰱魚中礦物元素定量結(jié)果

鰱魚肉中19種元素定量分析結(jié)果見表4。

2.6 結(jié)果分析

3個不同市場采購鰱魚樣品中礦物元素平均含量之比較以及其標(biāo)準(zhǔn)偏差分別用圖示表示，常量元素見圖2，微量元素見圖3、圖4。測定結(jié)果顯示：常量元素中含量最高的是硫元素和磷元素，較低的是鈉和鎂元素，但它們的含量也比微量元素中最高的鋁元素高出11倍；不同市場采購鰱魚中，磷元素和鈣元素含量差異較大，而鈉和鎂元素的含量差異極小。微量元素中，鋁、鋅、鐵等元素的含量較高，而鉛、銅、鉻、硼、鎘、鈦等元素的含量甚微；不同市場采購鰱魚中，微量元素含量相對偏差較大的是錳、鋇、鍶、鋁等元素，而鋅、鐵、鉛、鎘、銅等元素含量的相對偏差較小。

表4 鰱魚肉中礦物元素定量結(jié)果(干燥鰱魚肉)Table 4 Quantitative results of mineral elements in silver carp(dry)

圖2 常量元素平均含量之比較Figure 2 Comparison of the average contents of the constant elements.

圖3 微量元素平均含量之比較(I)Figure 3 Comparison of the average contents of trace elements (I).

圖4 微量元素平均含量之比較(II)Figure 4 Comparison of the average contents of trace elements (II) .

關(guān)于有害重金屬元素的含量，在國家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中規(guī)定，魚類中鉛要小于0.5 mg/kg，鎘小于0.1 mg/kg。測定結(jié)果顯示，鉛的平均含量0.75 mg/kg，但這是干燥魚肉的含量，若換算為新鮮魚肉，含量為0.165 mg/kg，則低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量。鎘的測定結(jié)果為0.028 mg/kg，換算為新鮮魚肉為0.006 16 mg/kg，遠(yuǎn)低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量。鋁元素雖然是鰱魚肉中含量最高的微量元素，但也沒有超過國家標(biāo)準(zhǔn)限量中面制品鋁含量小于100 mg/kg的規(guī)定。因此，從有害元素含量方面考察，市售鰱魚食用安全。

關(guān)于測定結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度，57個相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)測定結(jié)果和9個元素回收率測定結(jié)果統(tǒng)計(jì)分析見圖5。在57個測定結(jié)果的RSD值中，小于2%的有27個，2%～5%的有8個，5%～10%的有13個，大于10%的有9個。RSD測定結(jié)果較大的元素都是一些在鰱魚中含量極低、低至方法檢測限附近的元素，如B、Pb、Cd等。元素加標(biāo)回收率測定結(jié)果都在93%～113%。

圖5 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差及回收率統(tǒng)計(jì)圖Figure 5 Statistical diagram of relative standard deviation and recovery rate.

3 結(jié)論

采用微波消解制樣，再應(yīng)用ICP-OES法對鰱魚肌肉中的礦物元素組成進(jìn)行較為全面的分析測定，鑒定出其含有19種礦物元素；實(shí)驗(yàn)精密度好，結(jié)果可信度高。對鰱魚肉中19種礦物元素的定量分析結(jié)果，可為相關(guān)應(yīng)用研究提供參考數(shù)據(jù)。