石墨消解-電感耦合等離子體質譜法快速測定動物肌肉中十種無機元素含量

王 曉，常晨陽，邵 麗，倫才智

（1.中華人民共和國棗莊海關，山東 棗莊 277000；2.中華人民共和國聊城海關，山東 聊城 252000；3.中華人民共和國臨沂海關，山東 臨沂 276034）

動物肌肉組織中含有大量的鈉、鉀、磷、硫、氯等常量元素，豐富的鐵、銅、錳、鋅、鈷等微量元素，是居民膳食多種礦物質的主要來源［1］。逯曉娣等［2］預測指出，2030 年城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民的畜肉平均攝入量與2018 年相比呈上升趨勢，且高于膳食指南推薦量。但是，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，大量重金屬廢棄物排入環(huán)境中，通過食物鏈的累積效應，重金屬殘留成為影響畜禽肉產(chǎn)品安全性的主要因素之一，進而間接地對人體造成巨大危害［3，4］。為提高產(chǎn)品安全性，降低外源污染對消費者身體的損害，已有多個國家和組織制定了相關產(chǎn)品重金屬限量標準［5］，其中畜禽產(chǎn)品也不例外。

在重金屬前處理方法中，微波消解法［6-9］使用最為廣泛，但其前處理效率不高。全自動石墨消解［10-15］采用石墨加熱體，具有加熱速度均一、重現(xiàn)性好等優(yōu)點，操作上更加便捷、智能化，操作效率也更高，一次可處理上百個樣品，時間只有微波消解法的1/3，同時操作安全性更高。楊春花等［16］建立了石墨消解-電感耦合等離子體質譜法，快速分析了海帶中13 種無機元素，并且評價該方法簡單、快速、準確、可靠。李文廷等［17］建立了石墨消解-電感耦合等離子體質譜法測定方便面調味料中10 種金屬元素的方法，發(fā)現(xiàn)該方法具有操作便捷、檢出限低、準確度高等特點。

本研究比較了石墨消解和微波消解2 種方法，通過優(yōu)化石墨消解條件，結合電感耦合等離子體質譜法（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）［18-20］建立了一種快速分析動物肌肉組織中10 種元素的方法，旨在為檢測常見畜禽肉中元素的含量方法提供基礎數(shù)據(jù)，也有助于消費者選擇安全的畜禽肉以供食用和合理膳食。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

鉻（Cr）、錳（Mn）、鐵（Fe）、鈷（Co）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）單元素標準溶液（1 000 μg/mL），鋼研納克檢測技術有限公司；Li、Y、Tl、Ce、Co 調諧液（10 mg/L），Sc、Ge、In、Bi 內標標準溶液（100 mg/L），美國安捷倫科技公司；65%HNO3（優(yōu)級純），德國默克股份有限公司；HClO4（優(yōu)級純）、30%H2O2（優(yōu)級純）、H2SO4（優(yōu)級純），國藥集團化學試劑有限公司；國家標準物質芹菜（GBW10048）、大蝦（GBW 10050），武漢睿辰標物科技有限公司；新鮮豬肉、牛肉、兔肉、雞肉、鴨肉，市場采購。

1.2 主要儀器

7700X 型電感耦合等離子體質譜儀，美國安捷倫科技公司；Milli-Q Advantage A10 型超純水儀，美國密理博公司；DTI-60TΠ 型全自動石墨消解儀，湖北鼎泰高科有限公司；XS603S 型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器有限公司；ETHOS A 型微波消解系統(tǒng)，意大利邁爾斯通公司；VB24 Plus 型趕酸系統(tǒng)，北京萊伯泰科有限公司；GM200 型研磨機，德國萊馳公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品預處理 去除新鮮肉中的皮、骨、脂肪、血水等，取可食部分研磨機中粉粹、均質，放入樣品袋中，冰箱冷藏備用。

1.3.2 微波消解前處理 稱取預處理后的樣品0.500 0 g（精確到0.001 g），置于100 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入4 mL HNO3、1 mL 30% H2O2溶液，加蓋密封，放置0.5 h。將消解管對稱放入微波消解儀中，開啟通風，按設定好的微波消解程序進行消解。微波消解升溫程序：1 500 W 下升溫至140 ℃，保持15 min，最終升溫至160 ℃，保持25 min。試樣消解完全后置于趕酸架上，100 ℃條件下趕酸30～60 min，放冷。用去離子水定容至50 mL 容量瓶中，搖勻待測。同時做空白試驗。

1.3.3 石墨消解前處理 稱取預處理后的樣品0.500 0 g（精確到0.001 g），置于100 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入8 mL HNO3、2 mL HClO4，高強度混勻1 min，靜置1 h 后，于全自動石墨消解儀上升溫加熱至120 ℃，保持40 min；加熱至170 ℃保持120 min，直至消解液剩余1～2 mL，呈無色透明略帶黃色。冷卻20 min 后，定容至50 mL 容量瓶中。同時做空白試驗。

1.3.4 溶液的制備 標準系列溶液的制備：量取鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、鎘、鉛標準溶液適量，用3%HNO3稀釋成系列標準混合溶液，其中鉻、錳、鈷、鎳、銅、砷、鎘、鉛元素的質量濃度分別為0、10、50、100、300、500 ng/mL；鐵、鋅元素的標準系列濃度分別為0、10、100、300、500、1 000 ng/mL。

內標溶液的制備：量取內標標準溶液適量，用3%HNO3稀釋成每毫升含1 μg的內標使用液。

1.3.5 儀器工作條件 ICP-MS 儀器工作條件：載氣流量0.8 L/min；等離子體氣體流量15 L/min；霧化室溫度2 ℃；射頻功率1 350 W；調諧氦模式；蠕動泵0.1 r/s；采集點3 個，重復3 次。

2 結果與分析

2.1 前處理優(yōu)化

2.1.1 前處理方法的選擇 分別按照“1.3.1”和“1.3.2”方法處理樣品后，進行ICP-MS 測試。通過比較微波消解法和全自動石墨消解法對待測元素回收率的影響（表1），發(fā)現(xiàn)2 種消解方法消解效果均較好。微波消解法用酸量較少，消解時間短，但是不能加入HClO4，對脂肪含量高的樣品消解不徹底，而且處理樣品數(shù)量受限，趕酸過程需要有人監(jiān)視，不利于人體健康。石墨消解法用酸量較大、消解時間長，但是處理樣品數(shù)量多、操作簡單，可設置程序自動加酸，必要時可進行補酸，而且易于觀察樣品的消解狀況?？紤]肉基體脂肪含量高的特點，本研究選擇石墨消解法。

表1 微波消解與全自動石墨消解方法比較 （單位：%）

2.1.2 石墨消解參數(shù)的優(yōu)化

1）混酸體系的選擇。分別采用混酸1：HNO310 mL；混酸2：HNO39 mL，HClO41 mL；混酸3：HNO38 mL，HClO42 mL；混酸4：HNO38 mL，H2O22 mL，按照“1.3.2”消解程序進行處理，結果見表2。由表2 可知，采用HNO3+ HClO4（8∶2）體系，樣品能夠消解完全，消解液澄清透明、無混濁。

表2 混酸體系的比較

2）消解溫度和時間的選擇。考慮到HNO3的沸點為120 ℃左右，設定程序升溫的第一步為120 ℃溫度下預消解40 min 不變，通過改變程序升溫第二步，制定3 個不同消解程序消解國家標準物質大蝦（GBW 10050），考察消解情況。

消解程序1：120 ℃保持40 min，160 ℃保持150 min；消解程序2：120 ℃保持40 min，170 ℃保持120 min；消解程序3：120 ℃保持40 min，180 ℃保持120 min。

各元素測定結果與標準值對比情況見表3。從表3 可以看出，消解程序1 中只有Co、Ni、Cu 3 種元素在標準物質范圍內；消解程序2 的所有元素含量均在標準范圍內，消解程序3 相對于消解程序2，除Pb 元素相對穩(wěn)定外，其他元素含量均有所降低。由此可見溫度較低，樣品不能消解完全，各元素測定值較低，延長消解時間效果不明顯。隨著溫度升高，各元素能提取出來，但溫度過高，元素有所損失，綜合考慮選擇消解程序2。

表3 消解程序的比較 （單位：mg/kg）

2.2 ICP-MS 的干擾及消除

ICP-MS 易受同質異位素重疊的干擾、氧化物離子干擾、雙電荷離子干擾及基質干擾等質譜干擾［21，22］，在測量時盡量選擇干擾小的同位素進行定量，同時基于樣品基體所產(chǎn)生的多原子離子干擾可采用碰撞反應池使離子團分開。本試驗所選的元素質量數(shù)見表4。

表4 待測元素質量數(shù)

基體效應的干擾會造成儀器信號抑制或增強，本試驗通過在線添加內標物質來消除基體干擾。鉻、錳、鐵、鈷、鎳的內標元素為45Sc，銅、鋅、砷的內標元素為72Ge，鎘的內標元素為115In，鉛的內標元素為209Bi。

2.3 方法學考察

2.3.1 標準曲線及方法檢出限、精密度 采用優(yōu)化好的儀器參數(shù)測定標準溶液系列濃度，儀器自動繪制標準曲線，其中橫坐標（x）為元素質量濃度，縱坐標（y）為各元素與內標元素響應值的比值。連續(xù)測定空白樣品溶液11 次，其3 倍標準偏差所對應的質量濃度為儀器檢出限，10 倍標準偏差所對應的質量濃度為方法定量限。對100 ng/mL 的混合標準溶液連續(xù)測定6 次，考察儀器精密度（表5）。鉻、錳、鈷、鎳、銅、砷、鎘、鉛8種元素在質量濃度為0～500 ng/mL水平上，鐵、鋅2 種元素在質量濃度0～1 000 ng/mL水平上相關系數(shù)均為0.999 9，表明線性關系良好；10 種元素方法檢出限為0.002～1.000 mg/kg；RSD為0.15%～1.64%。

表5 元素線性方程、相關系數(shù)、檢出限、定量限及精密度（n=6）

2.3.2 加標回收試驗 在制備好的雞肉樣品中加入低、中、高3 個不同濃度的混合標準溶液，回收結果見表6。由表6 可知，各元素的平均回收率為88.5%～99.3%，說明該方法前處理損失較少，結果準確度高。

表6 10 種元素回收率試驗結果

2.3.3 準確度試驗 采用本研究優(yōu)化好的石墨消解-ICP-MS 方法測定國家標準物質芹菜（GBW 10048），各元素測定值均在標準值標準偏差范圍內，表明本方法準確、可靠。

2.4 實際樣品測定

采用本研究所建立的方法對5 種動物肌肉樣品中10 種元素進行測定，結果見表7。從表7 可以看出，不同種類的肉中各元素含量有差異。5 種肉中鉻、砷、鎘、鉛4 種有害元素含量均比較低，低于國家標準《GB 2762—2017 食品中污染物限量》的指標要求；5 種肉中鎳含量均比較低，在檢出限附近，而且GB 2762—2017 對肉中鎳含量沒有限值；5 種肉中均含有人體必需的4 種微量元素錳、鐵、銅、鋅，其中鋅、錳含量較為豐富，可以通過合理膳食來進行補充。

表7 5 種肉中10 種元素含量（x±s，n=3） （單位：mg/kg）

3 小結與討論

本研究以動物肌肉組織為目標分析物，優(yōu)化了石墨消解的關鍵參數(shù)，建立了硝酸-高氯酸體系-石墨消解法結合ICP-MS 測定肉中元素含量的方法，經(jīng)方法學考察，該方法線性良好、精密度高、結果準確，適用于肉中的鉻、錳等10 種元素的分析，可為動物肌肉中常見元素的質量監(jiān)測提供數(shù)據(jù)支持。該方法采用石墨消解技術，安全、有效，簡單、快捷，節(jié)省了人力和經(jīng)濟成本，在一定程度上優(yōu)于GB 5009.268—2016 食品中多元素測定中常用的微波消解方法，應用前景廣闊。測定市售豬肉、牛肉、兔肉、雞肉、鴨肉5 種動物肌肉中的鉻、砷、鎘、鉛4 種有害元素，發(fā)現(xiàn)均未超出《GB 2762—2017 食品中污染物限量》標準要求，且含有豐富的錳、鐵、銅、鋅等元素。