電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜法測(cè)定蠔油中15種元素

郭利攀，章路，段曉婷，王榮慧，徐曉

(綠城農(nóng)科檢測(cè)技術(shù)有限公司，浙江 杭州，310052)

蠔油是以牡蠣(Ostreagigastnunb)為原料，經(jīng)過蒸煮濃縮后加工精制而成的調(diào)味品。蠔油味道鮮美，富含多種人體必需氨基酸和微量元素，深受消費(fèi)者喜愛[1]。牡蠣作為蠔油制作的主要原料，主要生活在近海地區(qū)，然而隨著工業(yè)社會(huì)的發(fā)展，沿海生態(tài)環(huán)境受到一定程度的污染，而牡蠣對(duì)重金屬具有極強(qiáng)的富集能力，容易導(dǎo)致其體內(nèi)重金屬超標(biāo)[2-3]。趙鵬等[4]的研究結(jié)果表明，北部灣欽州港牡蠣對(duì)Zn、Cu、Cd、Cr富集嚴(yán)重，Cu總超標(biāo)率為89%，As總超標(biāo)率為11%；王增煥等[5]對(duì)華南沿海部分海域的近江牡蠣(Ostrearivularis)和太平洋牡蠣(Crassostreagigas)重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)分析，結(jié)果表明Cd含量超出無公害水產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)限量值，超標(biāo)率為48%。重金屬經(jīng)食物鏈的富集后進(jìn)入人體，對(duì)健康造成威脅。因此對(duì)蠔油中的常量元素和重金屬進(jìn)行分析，既可以評(píng)估其營養(yǎng)價(jià)值，又能分析存在的健康安全風(fēng)險(xiǎn)，具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

目前國內(nèi)外關(guān)于蠔油的研究重點(diǎn)，主要包括不同發(fā)酵期氨基酸成分變化[6]、血管緊張素轉(zhuǎn)移酶抑制劑分離[7]、感官特性與品質(zhì)評(píng)價(jià)[8-9]、品種識(shí)別[10]、加工工藝[11-12]、防腐劑檢測(cè)[13-14]、重金屬脫除吸附[15]、膳食攝入評(píng)估[16]等，關(guān)于蠔油中常見微量元素和重金屬分析的報(bào)道還較少。水產(chǎn)品及其制品中元素分析的方法比較多，主要包括原子吸收光譜法[17]、原子熒光光譜法[18]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法[19]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[20-21]、高效液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜法[22]等。原子吸收光譜法和原子熒光光譜法選擇性強(qiáng)，光譜干擾小，但不能進(jìn)行多元素同時(shí)分析；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子質(zhì)譜法具有分析速度快、測(cè)定范圍廣、檢出限低、靈敏度高、準(zhǔn)確度好、能進(jìn)行多元素同時(shí)分析的特點(diǎn)，在元素分析領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。本研究以蠔油為分析對(duì)象，建立微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜法檢測(cè)K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se分析方法，采用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)扇貝(GBW 10024)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，同時(shí)將建立的方法應(yīng)用于實(shí)際樣品檢測(cè)，以評(píng)估蠔油的營養(yǎng)價(jià)值和可能存在的健康安全風(fēng)險(xiǎn)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

UP級(jí)硝酸(質(zhì)量分?jǐn)?shù)65%)、過氧化氫(質(zhì)量分?jǐn)?shù)30%)，蘇州晶銳化學(xué)股份有限公司；1 000 μg/mL K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；1 μg/L Li、Co、In、U、Ce調(diào)諧液，美國賽默飛世爾公司；5 mg/L Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn和50 mg/L K波長校正液，美國安捷倫公司；1 000 μg/mL Ge、Rh、Re元素內(nèi)標(biāo)液，國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)扇貝(GBW10024)，北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；蠔油樣品，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

iCAP Qc型 ICP-MS，美國賽默飛世爾公司；5100 ICP-OES，美國安捷倫公司；ETHOS ONE微波消解系統(tǒng)，美國麥爾斯通公司；Milli-Q超純水儀，美國密理博公司；BSA224S電子天平，德國賽多利斯公司；DEENA Ⅱ全自動(dòng)石墨消解儀，美國Thomas Cain公司；VB24Plus智能樣品處理器，北京萊博泰科公司。

1.3 樣品前處理

稱取扇貝、蠔油樣品0.5 g(精確至0.001 g)于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，1 mL過氧化氫，靜置預(yù)反應(yīng)1 h后置于微波消解儀中進(jìn)行樣品消解。微波消解最大功率為1 600 W，采用程序升溫方式：第一階段為120 ℃保持5 min；第二階段為150 ℃保持10 min；第三階段為180 ℃保持20 min。待消解結(jié)束后，取出消解罐，置于趕酸儀上，于150 ℃加熱趕酸至0.5 mL左右，待消解液冷卻至室溫后，準(zhǔn)確轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水定容。同時(shí)進(jìn)行試劑空白試驗(yàn)。

1.4 儀器工作條件

電感耦合等離子體發(fā)射光譜(inductively coupled plasma optical emission spectrometry, ICP-OES)工作條件：采用5 mg/L Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn和50 mg/L K波長校正溶液，對(duì)儀器波長進(jìn)行校正；在待機(jī)狀態(tài)對(duì)儀器檢測(cè)器進(jìn)行校正，確保儀器處于最佳工作狀態(tài)。優(yōu)化后的儀器條件為：射頻功率1 200 W；等離子體氣流量12.0 L/min；霧化氣流量0.7 L/min；輔助氣流量1.0 L/min；蠕動(dòng)泵速12 r/min；穩(wěn)定時(shí)間15 s。待測(cè)元素K、Na選擇徑向觀測(cè)方式，Ca、Mg、P選擇軸向觀測(cè)方式。

電感耦合等離子體質(zhì)譜(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)：采用1 μg/L Li、Co、In、U、Ce調(diào)諧液對(duì)ICP-MS儀器狀態(tài)進(jìn)行調(diào)諧，使信號(hào)值Li≥50 000 cps，Co≥100 000 cps，In≥200 000 cps，U≥300 000 cps，雙電荷(138Ba++/137Ba+)≤3.0%，氧化物(CeO/Ce)≤1.9%，59Co/51ClO≥28。優(yōu)化后的儀器條件為：射頻功率1 550 W；霧化氣流量1.12 L/min；冷卻氣流量14.0 L/min；輔助氣流量0.80 L/min；待測(cè)目標(biāo)同位素為56Fe、55Mn、65Cu、66Zn、27Al、75As、208Pb、111Cd、52Cr、78Se。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制

根據(jù)樣品中元素含量的高低，采用逐級(jí)稀釋的方法，用5%的硝酸配制成不同梯度的工作曲線。K、Na、Ca、Mg、P元素分析標(biāo)準(zhǔn)系列濃度為0.25、0.5、1、2、4、8、16 mg/L；Fe、Al元素分析標(biāo)準(zhǔn)系列濃度為5、25、50、100、200、400、800 μg/L；As、Pb、Cd、Cr、Mn、Cu、Zn、Se元素分析標(biāo)準(zhǔn)系列濃度為0.1、0.5、1、2、5、10、20 μg/L。其中，K、Na、Ca、Mg、P元素含量采用ICP-OES分析測(cè)定，F(xiàn)e、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se元素含量采用ICP-MS分析測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理?xiàng)l件的選擇

樣品的消解效果直接決定著檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為了比較不同消解方式和消解體系對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，本研究采用快速石墨消解和微波消解2種方式，選擇硝酸-鹽酸和硝酸-過氧化氫2種消解體系進(jìn)行樣品的消解?？焖偈膺x擇硝酸-鹽酸消解體系：稱取0.5 g樣品，加入6 mL硝酸、2 mL鹽酸，設(shè)置消解溫度為180 ℃；微波消解選擇硝酸-過氧化氫消解體系：稱取0.5 g樣品，加入4 mL硝酸、1 mL過氧化氫，按指定程序消解。結(jié)果表明，快速石墨消解速度快，但消解過程需補(bǔ)加硝酸和鹽酸，且在ICP-MS分析過程會(huì)引入Cl-干擾；微波消解操作簡(jiǎn)便，試劑用量少，空白值低，消解過程中使用的硝酸-過氧化氫體系只存在H、O、N元素，不會(huì)引入其他元素形成多原子離子干擾。因此，本研究選擇硝酸-過氧化氫消解體系，采用微波消解進(jìn)行樣品前處理。

2.2 干擾的消除

在ICP-OES分析過程中，應(yīng)避免由于譜線重疊而產(chǎn)生的光譜干擾，分析線的選擇應(yīng)以靈敏度高、自吸收效應(yīng)小、背景干擾低為原則。為確認(rèn)最優(yōu)分析譜線，本研究選擇儀器譜線庫中自帶的3條元素譜線進(jìn)行分析，對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液光譜圖和信號(hào)值后進(jìn)行譜線篩選，最終選擇分析譜線分別為K:766.491 nm；Na:589.592 nm；Ca:396.847 nm；Mg:279.553 nm；P:213.68 nm。

在ICP-MS分析過程中，應(yīng)避免由于等離子體產(chǎn)生的質(zhì)譜干擾，待測(cè)同位素的選擇應(yīng)以豐度比高、多原子離子干擾小為原則。常見的多原子離子干擾包括40Ar35Cl對(duì)75As的干擾、40Ar38Ar對(duì)78Se的干擾、35Cl16O1H對(duì)52Cr的干擾等。為消除這些質(zhì)譜干擾對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響，本研究選擇待測(cè)同位素分別為56Fe、55Mn、65Cu、66Zn、27Al、75As、208Pb、111Cd、56Cr、78Se，以He氣為碰撞氣，采用動(dòng)能歧視模式(kinetic energy discrimination, KED)進(jìn)行測(cè)定。同時(shí)，為降低樣品黏度、霧化效率等引起的基體效應(yīng)和信號(hào)漂移，采用在線加入內(nèi)標(biāo)的方式，分別選擇Ge為Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Cr的內(nèi)標(biāo)，Rh為Se、Cd的內(nèi)標(biāo)，Re為Pb的內(nèi)標(biāo)，對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行校正。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

在優(yōu)化好的儀器工作條件下，采用ICP-OES和ICP-MS進(jìn)行多元素同時(shí)分析，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，得到各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程和相關(guān)線性系數(shù)。對(duì)空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度計(jì)算方法的檢出限。各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限見表1。由表1可知，方法線性良好，線性相關(guān)系數(shù)R2≥0.999，ICP-OES各元素的檢出限范圍為0.125～0.987 mg/kg，ICP-MS各元素的檢出限為0.001～0.014 mg/kg，滿足分析要求。

表1 各元素檢出限與相關(guān)系數(shù)Table 1 The detection limits and correlation coefficient of elements

2.4 回收率與精密度

為驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定度，選取1批次蠔油樣品，在優(yōu)化好的儀器條件下測(cè)定各元素的含量，根據(jù)元素含量范圍進(jìn)行3水平6平行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。其中Na 3檔加標(biāo)濃度分別為20、100、400 mg/kg；K、Ca、Mg、P 3檔加標(biāo)濃度分別為5、20、80 mg/kg；Fe、Al 3檔加標(biāo)濃度分別為0.5、2、4 mg/kg；As、Pb、Cr、Mn、Cu、Zn 3檔加標(biāo)濃度分別為0.2、1、2 mg/kg；Cd、Se 3檔加標(biāo)濃度分別為0.02、0.1、0.2 mg/kg，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。結(jié)果表明，蠔油樣品中各元素的平均回收率范圍為87.2%～107.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為0.2%～3.7%，方法準(zhǔn)確度與精密度良好，滿足分析要求。

表2 各元素加標(biāo)回收率(n=6)Table 2 Recoveries of elements(n=6)

2.5 準(zhǔn)確度

為進(jìn)一步考察方法的準(zhǔn)確度和可靠性，本研究選擇扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，在相同的前處理方法和儀器條件下進(jìn)行分析，平行測(cè)定6次，檢測(cè)結(jié)果見表3。結(jié)果表明，扇貝中各元素的測(cè)得值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書參考值范圍之內(nèi)，精密度為0.4%～2.8%，滿足分析要求，方法準(zhǔn)確可靠。

表3 扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果(n=6)Table 3 Results of scallop reference materials(n=6)

2.6 實(shí)際樣品分析

采用建立的方法，對(duì)10批次不同品牌的蠔油樣品進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表4。由表4可知，不同品牌蠔油中各元素含量均存在一定差異，可能與生產(chǎn)蠔油的牡蠣原料和加工工藝有關(guān)。蠔油中常量元素K、Na、Ca、Mg、P含量較高，可以作為人體必需元素的來源，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。其中，Na元素含量最高，為39 590～55 349 mg/kg；其次為K元素，為169～1 391 mg/kg；Ca、Mg、P元素含量相對(duì)豐富，分別為32.8～258.0 mg/kg、41.2～511.0 mg/kg、43.9～316.0 mg/kg。蠔油中含有一定量的微量元素，對(duì)人體健康具有積極意義。其中，F(xiàn)e元素含量為3.28～21.90 mg/kg；Mn元素含量為0.217～1.730 mg/kg；Cu元素含量為0.023～0.273 mg/kg；Zn元素含量為0.252～2.480 mg/kg；Al元素含量為1.17～10.1 mg/kg；Se元素含量為0.004～0.126 mg/kg。蠔油中重金屬元素As、Pb、Cd、Cr均有檢出，但含量均低于GB 2762—2017食品中污染物限量要求，不存在健康安全風(fēng)險(xiǎn)。其中，As元素含量為0.011～0.834 mg/kg、Pb元素含量為0.009～0.046 mg/kg、Cd元素含量為0.001～0.050 mg/kg、Cr元素含量為0.033～0.175 mg/kg。

表4 不同品牌蠔油中各元素檢測(cè)結(jié)果(n=3) 單位：mg/kg

3 結(jié)論

本研究建立了微波消解-ICP-OES/ICP-MS法測(cè)定蠔油中15種元素含量，樣品回收率為87.2%～107.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～3.7%，方法檢出限低，準(zhǔn)確度高，精密度好，可應(yīng)用于實(shí)際樣品分析。多元素分析結(jié)果表明，蠔油中K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等常微量元素含量豐富，As、Pb、Cd、Cr等重金屬元素含量低于限量要求。研究結(jié)果可以為蠔油中元素含量的科學(xué)評(píng)價(jià)提供數(shù)據(jù)參考。