微波消解ICP-OES法測定香菇中微量元素

吳 標(biāo)，吳雪雨，王耀耀，張喬丹，胡文濤，董瑋瑋，陶兆林

（蚌埠醫(yī)學(xué)院，安徽 蚌埠 233030）

香菇又稱冬菇、香蕈，是擔(dān)子菌綱、傘菌目、香菇屬的一種著名食用及藥用真菌。香菇富含蛋白質(zhì)、氨基酸和維生素，并富含多種微量元素，香菇不僅味道鮮美、營養(yǎng)豐富，還含有許多藥用成分。例如，香菇多糖對腫瘤有較強(qiáng)的抑制作用，香菇多糖能顯著降低血液膽固醇，DNA能促進(jìn)干擾素、抗流感病毒的分泌[1-2]。香菇是栽培食用菌，產(chǎn)量僅次于雙孢蘑菇，居世界第2位，人工栽培在中國已有800多年的歷史。中國是世界香菇人工栽培的發(fā)源地，也是世界上最大的香菇生產(chǎn)國和消費(fèi)國，隨著香菇栽培技術(shù)的不斷創(chuàng)新，我國香菇產(chǎn)量占全球香菇總產(chǎn)量的70%以上?？扇苄蕴侵饕且恍┬》肿犹呛吞谴?，為產(chǎn)生甜味的主要成分，其同游離氨基酸、核苷酸、有機(jī)酸等成分使香菇呈現(xiàn)出良好風(fēng)味口感[3-4]。石墨爐原子吸收光譜法是國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉻、鎘、鉛、汞和砷的測定方法之一，石墨爐法靈敏度高，但一次只能檢測一種元素。測試和分析時(shí)間也很長，但由于樣品成分組成復(fù)雜，容易受到背景干擾；另一種方法是用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS），ICP-MS具有穩(wěn)定性高、檢出限低、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，但檢測設(shè)備價(jià)格過高，大大增加了檢測成本，限制了該方法的應(yīng)用范圍，且具有更多的光譜和非光譜干擾。因此，該儀器的干擾、檢測靈敏度和投資等一系列因素，采用微波消解ICP-OES測定香菇樣品中鉻、鎘、鉛、汞、砷的含量，對試驗(yàn)條件、精度和精密度進(jìn)行了研究[5-7]，為不安全香菇的準(zhǔn)確識(shí)別建立一種簡便易行的科學(xué)分析方法。

香菇中若含有大量的鉻鎘汞鉛砷5種元素，對人體具有毒害作用，大量的鉻被人體吸收，會(huì)使人體引起慢性中毒。鉻是通過黏膜、皮膚、消化和呼吸系統(tǒng)進(jìn)入人體，然后在人體的腎臟、內(nèi)分泌和肝臟系統(tǒng)中積累。在嚴(yán)重的情況下，甚至可能導(dǎo)致死亡[8-10]。鎘主要通過呼吸道和消化道進(jìn)入人體，少量的鎘在體內(nèi)可被放大和積累，會(huì)對肺、骨、腎、肝、免疫系統(tǒng)和生殖器官造成一系列損害[9]。汞在食品中主要以離子的形態(tài)存在，無機(jī)汞鹽毒性的根本原因是汞離子與酶蛋白相結(jié)合，抑制各種酶的活性，阻礙了細(xì)胞的正常功能[11]。鉛能夠損害人體的所有器官，其具體表現(xiàn)為影響人類智力發(fā)育和骨骼發(fā)育，引起消化不良和內(nèi)分泌紊亂，導(dǎo)致貧血、高血壓和心律失常，破壞腎臟和免疫性能[12-13]。砷污染的食物和水經(jīng)口進(jìn)入人體內(nèi)，隨著血液分布于全身各處。隨砷含量在體內(nèi)的蓄積，會(huì)引起不同程度的砷中毒現(xiàn)象（急性中毒和慢性中毒）。最容易引起的就是對皮膚的損害，表現(xiàn)為逐漸變得干燥、角質(zhì)化嚴(yán)重、色素沉著異常；食用水中砷含量一旦達(dá)到50 mg/L時(shí)就會(huì)引發(fā)癌癥；砷含量過多時(shí)人體的肺臟、腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)和消化系統(tǒng)均會(huì)受到不同程度的危害[14]。因此，為保障人民身體健康，研究香菇中的微量元素至關(guān)重要。

1 試驗(yàn)部分

1.1 樣品來源

香菇選自安徽省內(nèi)的市售花菇、冬菇、椴木花菇等共計(jì)15個(gè)樣品，經(jīng)粉碎機(jī)粉碎后放置塑封袋中待制樣。

1.2 主要試劑

硝酸（65%優(yōu)純級(jí)），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供；實(shí)驗(yàn)用超純水；過氧化氫（30%優(yōu)純級(jí)），國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司提供，氬氣（ω>99.999%）；As，Pb，Cd，Cr，Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供，1 000 mg/L。

1.3 儀器

微波消解儀，德國萊伯泰科Milestone ETHOS UP產(chǎn)品；ICAP-7400型電感耦合等離子體光譜儀，意大利賽默飛產(chǎn)品；電熱板和離心儀器；試驗(yàn)中聚四氟乙烯（TFM）與所有玻璃容器、塑料容器用10%硝酸浸泡過夜后經(jīng)自來水、超純水洗滌后，烘干、備用。

1.4 微波消解儀程序優(yōu)化

經(jīng)烘干后的樣品在食品多功能機(jī)粉碎成粉末并過篩，篩孔為100目，備用。準(zhǔn)稱量0.2~0.5（±0.000 1）香菇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)放入改性聚四氟乙烯（TFM）消解罐中，再向盛有樣品的消解罐中分別加入硝酸4 mL，H2O21 mL，最后加蓋。

將消解罐按順序放進(jìn)上述大微波消解儀中準(zhǔn)備進(jìn)行微波消解。程序運(yùn)行完畢后，冷卻20 min，移至電熱板上趕酸（注意趕酸過程電熱板溫度不能超過150℃），8 min左右停止趕酸，冷卻，定容至50 mL，然后稀釋到刻度線，振蕩搖勻準(zhǔn)備測試，同時(shí)做該樣品的試劑空白作為對照。

微波消解程序見表1。

表1 微波消解程序

1.5 ICP-OES儀器設(shè)備

ICP-OES儀器設(shè)備中包括輔助器、高頻發(fā)生器、等離子體炬管、載氣、觀測高度與冷卻氣等。

高頻發(fā)生器為耦合線圈和等離子體提供高頻能量的高頻功率源；等離子體炬管用于ICP維持穩(wěn)定放電（由3層石英管組成的裝置），通過外管進(jìn)入冷卻器，然后通過中管進(jìn)入輔助氣，最后通過內(nèi)管進(jìn)入載氣；觀測高度為等離子炬曝光部位的高度。即從觀測區(qū)中心到耦合線圈上端的距離；冷卻氣是炬管最外層管與中間管之間的氣流，其作用為冷卻炬管和維持等離子體；輔助氣是炬管中層管與中心管之間的氣流，其作用是點(diǎn)燃等離子體，并且使高溫的ICP-OES的底部與中心管、底部和中層管保持一定的距離，然后維護(hù)中心管與中層管的上端，尤其是中心管口不能被燒熔化或者過熱而導(dǎo)致的中心管損壞，能夠降低氣溶膠所帶有鹽分過多積淀在中心管口周圍。除此之外，還可起到提升ICP、改變等離子體觀察度的作用。

1.6 ICP-OES儀器的工作原理

香菇消解后定容的溶液通過載氣帶入霧化器霧化后，以氣溶膠方式進(jìn)入等離子體的軸向通道，在高溫與惰性氣體中被完全電離、激發(fā)、原子化與蒸發(fā)，發(fā)射出的所含元素的獨(dú)特光譜線通過分光系統(tǒng)進(jìn)入光譜檢測器，光譜檢測器依據(jù)獨(dú)特的光譜進(jìn)行定性、半定量、定量的分析方法。試驗(yàn)是為測量香菇中的微量元素，所用分析方法為定量分析。

1.7 定量分析

定量分析法分為標(biāo)準(zhǔn)曲線法、內(nèi)標(biāo)矯正標(biāo)準(zhǔn)曲線法和標(biāo)準(zhǔn)加入法。

試驗(yàn)所用方法為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。在已設(shè)置好的儀器條件下，按順序檢測相應(yīng)的發(fā)射光譜強(qiáng)度值，以配置好的各個(gè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度（ng/mL）為橫坐標(biāo)，然后以ICP-OES儀器檢測到的各個(gè)元素的光譜強(qiáng)度值為縱坐標(biāo)，制作標(biāo)準(zhǔn)曲線進(jìn)行線性擬合。通過標(biāo)準(zhǔn)曲線，可以查出試樣溶液中所需要測定元素的質(zhì)量濃度，再計(jì)算所需要檢測元素含量的多少。

1.8 ICP-OES儀器的工作條件

ICP-OES工作條件見表2。

2 試驗(yàn)步驟

2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置與測定

配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度見表3。

表2 ICP-OES工作條件

表3 配制標(biāo)準(zhǔn)溶液的質(zhì)量濃度

2.2 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取粉碎后的香菇約0.2~0.5 g（保留4位有效數(shù)字）于聚四氟乙烯消化管中，然后放入4 mL優(yōu)級(jí)純硝酸和1 mL優(yōu)級(jí)純30%的雙氧水，然后加蓋擰緊后放入微波消解儀中，按照表1中的消解條件對香菇樣品消解。消化結(jié)束后，冷卻至室溫，然后取出消化管，打開消化管的蓋子，在通風(fēng)處中利用趕酸儀器進(jìn)行趕酸。由于考慮到所測元素在高溫下易揮發(fā)，所以趕酸的溫度不宜過高。趕酸結(jié)束后，消化管冷卻至室溫，將消化管中的剩余溶液用超純水轉(zhuǎn)移到50 mL容量瓶中，然后用超純水至少3次沖洗消化管，然后將沖洗液轉(zhuǎn)移到容量瓶中，然后定容至50 mL，搖勻等待檢測，與此同時(shí)做該樣品的空白?？瞻字屑尤? mL優(yōu)級(jí)純硝酸和1 mL優(yōu)級(jí)純30%的雙氧水。

樣品質(zhì)量見表4。

表4 樣品質(zhì)量/g

2.3 干擾消除

在微波消解中會(huì)遇到一些干擾，比如消解液中含有固體小顆粒、消解液呈黃色或藍(lán)色。這些問題可能是因?yàn)闀r(shí)間、溫度、壓力、加入硝酸的量或者受到污染所致。根據(jù)上述情況采取以下幾個(gè)方案：

方案一：若遇到時(shí)間、溫度或壓力問題，可以通過修改問題元素二次對已消解的樣品進(jìn)行消解。

方案二：若遇到已消解的溶液中含有固體小顆粒問題，通過二次消解排除方案一中的問題，若二次消解還是渾濁，則是樣品或試驗(yàn)器材問題，可以通過離心的方法對消解液進(jìn)行過濾。

方案三：若遇到元素顏色干擾問題，首先查閱資料確定是否為試驗(yàn)所測元素。例如，Cu元素，首先將對樣品污染方面的問題進(jìn)行排除，①在粉碎樣品的過程中，粉碎機(jī)刀片帶有的，采用研磨的方法對樣品粉碎；②消解管在生產(chǎn)的過程中未清洗徹底，采用設(shè)置2組空白進(jìn)行空消，以消除該問題所受到的干擾。

方案四：若溶液有顏色且不是元素干擾，經(jīng)過查資料是含氮的有色化合物溶于液體中形成的酸的顏色，采用把消解液放在加熱板上進(jìn)行趕酸處理。

根據(jù)以上4個(gè)方案可以將微波消解所帶的干擾消除，以便于在ICP-OES儀器中進(jìn)行測試。

2.4 ICP-OES對香菇的測試結(jié)果

各元素分析線見表5，國標(biāo)GB 2762—2017中香菇各個(gè)元素污染限量標(biāo)準(zhǔn)見表6，測試香菇微量元素含量結(jié)果見表7，標(biāo)準(zhǔn)樣品回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表8。

表5 各元素分析線

表6 國標(biāo)GB 2762—2017中香菇各個(gè)元素污染限量標(biāo)準(zhǔn)

3 ICP-OES的方法檢出限和回收率

3.1 方法檢出限

用剛配好的2%的稀硝酸配置7個(gè)梯度為10，20，50，100，200，500，1 000μg/L各個(gè)元素校準(zhǔn)曲線，用ICP-OES連續(xù)測定15次超純水空白后，再測定25次消解空白，最后計(jì)算出標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD），以3倍SD計(jì)算儀器檢出限IDE[3]。

各元素的方法檢出限見表9。

表中數(shù)據(jù)為零的數(shù)據(jù)并不代表檢出限為零，而是含量太低，儀器未檢測到。

3.2 加標(biāo)回收試驗(yàn)

在稱取6組一定量的香菇樣品置于消解管中，向其中3組中分別加入現(xiàn)配的質(zhì)量濃度均為1 000 ng/mL的鉻、砷、汞、鎘和鉛元素的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液5 mL，然后上述優(yōu)化好的方法進(jìn)行前處理，得到6個(gè)樣品溶液，然后用ICP-OES儀器對這6個(gè)樣品進(jìn)行測定，得到加標(biāo)前和加標(biāo)后溶液中的待測元素的質(zhì)量濃度，根據(jù)加標(biāo)回收率的公式即可計(jì)算出結(jié)果[15-17]。這里取一個(gè)樣品，均稱取約0.300 0 g的香菇樣品進(jìn)行測定，3組加標(biāo)，3組不加標(biāo)。

表7 測試香菇微量元素含量結(jié)果/mg·kg-1

表8 標(biāo)準(zhǔn)樣品回歸方程和相關(guān)系數(shù)

表9 各元素的方法檢出限

加標(biāo)前質(zhì)量濃度見表10，加標(biāo)后質(zhì)量濃度見表11，ICP-OES加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果見表12，回收率范圍見表13。

表10 加標(biāo)前質(zhì)量濃度/ng·mL-1

根據(jù)GB/T 27404—2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范》對于加標(biāo)回收的要求（見表13），此方法檢測香菇中的微量元素是比較靈敏的，更加驗(yàn)證了用微波消解ICP-OES法測香菇中微量元素的可行性[18-20]。

表11 加標(biāo)后質(zhì)量濃度/ng·mL-1

表12 ICP-OES加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

表13 回收率范圍

4 結(jié)論

試驗(yàn)采用微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測香菇中的鉻、砷、汞、鎘和鉛微量元素的含量，通過微波消解電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-OES）所得到的方法檢出限和加標(biāo)回收率都比較好，所以該方法在檢測香菇中所含的鉻、砷、汞、鎘和鉛量時(shí)均能夠滿足檢測要求[21]。對其可能超標(biāo)的微量元素進(jìn)行監(jiān)測，建立了目前市售食用香菇鑒別的安全穩(wěn)定的檢測技術(shù)方法。為不安全香菇的準(zhǔn)確識(shí)別建立一種易行的科學(xué)分析方法，也為國家食品藥品監(jiān)督管理部門對香菇有效監(jiān)督管理提供可靠的科學(xué)有效的鑒定方法。試驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出，所購買的部分市售香菇所測的重金屬含量超出了國家標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)食用菌標(biāo)準(zhǔn)缺少國家對鉻的限量，希望國家盡快出相應(yīng)限量的標(biāo)準(zhǔn)。