微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定畜內(nèi)臟5 種有害元素含量

◎ 屈 龍，喬慶東，曹 民，吳云釗

（北京市昌平區(qū)疾病預(yù)防控制中心，北京 102200）

畜產(chǎn)品是人類食物的主要來(lái)源之一，含有豐富的優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、維生素和微量元素等，能為人們生活提供必要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。隨著現(xiàn)代化工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生和排放出大量的工業(yè)“三廢”，這些工業(yè)廢液中的大量有毒有害元素會(huì)通過(guò)不同的途徑污染農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，進(jìn)而影響畜牧養(yǎng)殖業(yè)，它們會(huì)在牲畜體內(nèi)不斷蓄積。動(dòng)物內(nèi)臟是有害元素富集的主要場(chǎng)所，通過(guò)生物鏈進(jìn)入并在肝、腎等內(nèi)臟器官不斷蓄積，人們進(jìn)食這些畜內(nèi)臟后，有害元素會(huì)和人體中的有機(jī)成分結(jié)合，造成中毒，引起蛋白變性，損害肝腎等內(nèi)臟功能、血液循環(huán)系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)[1]。因此，畜內(nèi)臟中有害元素的含量測(cè)定成為食品安全研究的重點(diǎn)內(nèi)容之一。為保障人們“舌尖上的安全”，豐富餐桌文化，必須建立一種簡(jiǎn)單快速且準(zhǔn)確的檢驗(yàn)方法，加強(qiáng)對(duì)畜內(nèi)臟中有害元素的日常檢測(cè)。

目前，實(shí)驗(yàn)室測(cè)定各種有害元素常用的方法有原子吸收光譜法[2-5]、原子熒光光譜法[6-7]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[8-9]以及電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）[10-11]等。其中，ICP-MS 能同時(shí)測(cè)定多種不同的元素，具有干擾小、線性范圍較寬、檢出限低以及準(zhǔn)確性可靠等優(yōu)點(diǎn)，成為實(shí)驗(yàn)室多元素測(cè)定的最主要檢測(cè)方法。本研究以硝酸-過(guò)氧化氫為消解液，樣品經(jīng)微波消解后定容，采用ICP-MS 法同時(shí)測(cè)定畜內(nèi)臟中鉛、鉻、鎳、砷和鎘5 種有害元素的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

NexION 300D 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)鉑金埃爾默公司；CEM MARS 6 240/50 微波消解儀，美國(guó)CEM 公司；EHD-24 趕酸器，東方科創(chuàng)生物技術(shù)有限公司；SG 超純水機(jī)，德國(guó)Siemens 公司；PT2500E 均質(zhì)器，瑞士凱恩麥特閣公司；Sartorius CPA225D 電子天平，德國(guó)賽多利斯公司。

1.2 試劑與標(biāo)物

1 000 μg·mL-1鉻、鎳、砷、鎘、鉛5 種元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，均購(gòu)于中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；硝酸（HNO3），優(yōu)級(jí)純；雙氧水（H2O2），優(yōu)級(jí)純；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：豬肝，GBW10051，中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所；內(nèi)標(biāo)元素儲(chǔ)備液，10 mg·L-1的Li、Sc、Ge、In、Bi 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（1%HNO3），美國(guó)鉑金埃爾默公司；調(diào)諧液，1 μg·L-1的 Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（1% HNO3），美國(guó)鉑金埃爾默公司；氬氣（Ar），高純氬氣（＞99.99%）；水為超純水機(jī)制備的超純水。

1.3 樣品處理

取動(dòng)物內(nèi)臟樣品至少500 g，用干凈的吸水紙擦去表面血污，腎臟應(yīng)去除表層包膜，取鮮紅的皮質(zhì)部（為可食用部分），避免取白色筋膜和內(nèi)部髓質(zhì)部分。將內(nèi)臟樣品先切成小塊，再用均質(zhì)器或勻漿機(jī)充分打碎混勻后，倒出裝到封口袋中備用。準(zhǔn)確稱取粉碎處理后樣品0.5 g 左右（精確到0.001 g），置于經(jīng)硝酸浸泡過(guò)并洗凈的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入5 mL硝酸后置于趕酸器中110 ℃加熱預(yù)消解30 min 后取出，待冷卻至室溫后加入2 mL H2O2，加蓋旋緊，于微波消解儀內(nèi)消解，消解程序見表1。待消解完成后，取出消解罐去蓋（全過(guò)程必須在通風(fēng)櫥內(nèi)帶防酸手套進(jìn)行），將消解罐置于趕酸器上，調(diào)溫度為150 ℃加熱，趕酸至消解液為1 mL 左右，待冷卻后將其倒入50 mL容量瓶中，用1%的硝酸分多次洗滌消解罐，并將洗滌液轉(zhuǎn)入50 mL 容量瓶中，最后定容至刻度，搖勻，放置30 min 后上機(jī)測(cè)定，同時(shí)制備試劑空白樣品及加標(biāo)回收樣品。

表1 消解儀的消解程序表

1.4 ICP-MS 工作參數(shù)及工作曲線制備

打開ICP-MS 電源并進(jìn)行預(yù)熱，接通氬氣，依據(jù)相關(guān)儀器參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)諧優(yōu)化，使用1 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧液調(diào)節(jié)ICP-MS 儀器條件，使質(zhì)譜靈敏度大于2 000 cps（Be）、15 000 cps（Mg）、40 000 cps（In）、50 000 cps（U），保證儀器的靈敏度處于最佳狀態(tài)；雙電荷比率（以Ce++/Ce 計(jì)）≤3%，控制測(cè)定過(guò)程中生成的二次電離產(chǎn)物的負(fù)面影響；氧化率（以CeO/Ce 計(jì)）≤3%，降低多原子分子離子以及氧化產(chǎn)物在測(cè)定過(guò)程中產(chǎn)生的干擾，從而得到最佳的靈敏度及分辨率。儀器使用功率：1 600 W；采樣深度：8～10 mm；同心霧化器流量：1.02 L·min-1；鉑采樣錐和截取錐；等離子體氣流量：18.6 L·min-1；輔助氣流量：1.28 L·min-1；重復(fù)測(cè)定3次。

根據(jù)儀器的響應(yīng)情況及待測(cè)樣品的具體需求，以1%的硝酸為稀釋液，將鉻（Cr）、鎳（Ni）、砷（As）、鎘（Cd）和鉛（Pb）5 種元素的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋，最終準(zhǔn)確配制成濃度為0 μg·L-1、0.5 μg·L-1、1.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、50.0 μg·L-1和100.0 μg·L-1的多元素混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液；以1%的硝酸為稀釋液，將內(nèi)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋，最終準(zhǔn)確配制濃度為50 μg·L-1。最佳ICP-MS 工作條件下，將混合標(biāo)準(zhǔn)系列和處理好的樣品進(jìn)行上機(jī)測(cè)定，儀器的進(jìn)樣管和內(nèi)標(biāo)管通過(guò)三通連接，內(nèi)標(biāo)液隨元素測(cè)定過(guò)程同時(shí)在線吸入，在此優(yōu)化條件下同時(shí)測(cè)定空白和試樣。

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解試劑的選擇

檢測(cè)畜內(nèi)臟樣品中的金屬元素，樣品的消解是非常關(guān)鍵的步驟。目前各實(shí)驗(yàn)室在食品樣品前處理的方法中，最常用的處理方法是濕法消化、干灰化法和微波消解法3 種。其中，干灰化法的優(yōu)點(diǎn)是破壞徹底，操作簡(jiǎn)便，空白值低；缺點(diǎn)是時(shí)間長(zhǎng)、溫度高，易造成揮散損失。濕法消解優(yōu)點(diǎn)是操作簡(jiǎn)便；缺點(diǎn)是消解樣品需要大量的酸，同時(shí)還需要人員長(zhǎng)時(shí)間觀察消解液的量。相對(duì)于濕法消解和干灰化法這兩種方法，使用微波消解法更加簡(jiǎn)便快捷和準(zhǔn)確，處理的樣品更為徹底，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，且該法消化樣品始終在密閉消解罐中進(jìn)行，因此可以有效防止樣品在消解過(guò)程中帶來(lái)的損失。最重要的是微波消解法具有安全性高、高效快速、空白值低、試劑消耗量少、環(huán)境污染小和外部污染干擾少的優(yōu)點(diǎn)。因此，本文采用微波消解法進(jìn)行樣品的前處理。

目前，樣品消化常用的消解液有HNO3、HClO4及H2O2。在微波消解罐的密閉環(huán)境中，高壓條件下，HClO4分解會(huì)快速增大消解罐內(nèi)的壓力，容易使消解罐爆裂，危險(xiǎn)性較高。此外，在ICP-MS 分析中，HClO4消解液容易引入氯離子及氯與其他元素形成的多原子離子，從而產(chǎn)生多原子離子干擾和相應(yīng)同位素干擾。在相同的微波消解程序下使用5 mL HNO3+2 mL H2O2消解樣品，雙氧水的加入能明顯提高氧化能力，使樣品的消解更為完全，消解液也更加干凈透明，5 種有害元素的回收率更好。因此，本試驗(yàn)選擇HNO3+H2O2消解液體系。

2.2 干擾的種類與消除

使用ICP-MS 測(cè)定樣品的過(guò)程中，存在著各種因素帶來(lái)的干擾，其中物理干擾、譜線干擾及基體干擾是最為常見的3 種。譜線干擾是ICP-MS 檢測(cè)中最為明顯的干擾，包括來(lái)自樣品基體、溶劑、等離子體氣體或它們的共同作用。兩個(gè)原子或多個(gè)原子離子化合物產(chǎn)生的多原子離子或分子離子的譜線干擾和Ar 與溶解樣品的酸中的元素也能形成多原子離子干擾?；w干擾需要用相關(guān)離子交換柱去除；溶劑干擾需要用帶冷卻裝置的霧室系統(tǒng)去除。物理干擾通常采用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行校正補(bǔ)償，內(nèi)標(biāo)的選擇要不含有這些內(nèi)標(biāo)元素，不受樣品或分析元素的譜線干擾，不能是環(huán)境容易沾污的元素，通常與待測(cè)元素在相近的質(zhì)量范圍。5 種待測(cè)元素與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素見表2。

表2 待測(cè)元素與其對(duì)應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素表

2.3 標(biāo)準(zhǔn)系列的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

在優(yōu)化好的ICP-MS 儀器條件下，將標(biāo)準(zhǔn)系列及內(nèi)標(biāo)液上機(jī)測(cè)定，待測(cè)定完成后，在儀器中輸入標(biāo)準(zhǔn)系列的具體濃度值，儀器經(jīng)自動(dòng)校正補(bǔ)償后得出線性方程及相關(guān)系數(shù)。本試驗(yàn)按照取樣量0.5 g，經(jīng)消化處理后用1%的硝酸定容至50 mL，上機(jī)測(cè)定后，儀器自動(dòng)算出樣品中各元素的含量。同時(shí)將試劑空白進(jìn)行11 次檢測(cè)后計(jì)算其標(biāo)準(zhǔn)偏差，將3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差定為方法的檢出限，把10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差定為方法的定量下限，結(jié)果見表3。分析可知，該方法線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)（R）≥0.999 3，方法檢出限＜3.0 μg·kg-1，完全能滿足這5 種元素的測(cè)定。

表3 各元素的線性方程、線性范圍及方法檢出限表

2.4 精密度試驗(yàn)

選用同屬于動(dòng)物內(nèi)臟的豬肝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW10051）進(jìn)行方法精密度試驗(yàn)。取一份處理好的豬肝樣品分別平行測(cè)定6 次，結(jié)果見表4。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中各元素的實(shí)測(cè)平均值均在標(biāo)準(zhǔn)值的允許范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤3.07%。

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果表（n=6）

2.5 方法的加標(biāo)回收試驗(yàn)

本研究選取市場(chǎng)購(gòu)買豬腎、羊肝、牛百葉作為加標(biāo)樣品，每類樣品都制備加標(biāo)量為0.01 mg·kg-1、0.02 mg·kg-1和0.05 mg·kg-13 個(gè)不同濃度的加標(biāo)樣，且每個(gè)濃度制備6 份平行樣，用于計(jì)算平均加標(biāo)回收率及RSD 值，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。本法加標(biāo)回收試驗(yàn)得到了很好效果，其回收率在88.3%～109.8%，RSD ≤8.8%，表明本法準(zhǔn)確可靠，可用于畜內(nèi)臟中5 種元素的測(cè)定分析。

表5 加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果表（n=6）

2.6 樣品分析

從市場(chǎng)上購(gòu)買豬心、豬肝、豬腎、羊肝、羊肚、羊腎、牛百葉和牛肚等動(dòng)物內(nèi)臟各5 份共40 件樣品，按照本文優(yōu)化的方法進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)食品污染物指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果中，檢測(cè)結(jié)果均低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的限量標(biāo)準(zhǔn)值[12]。羊腎樣品中Cd 含量最高，為0.813 mg·kg-1；豬肝樣品中Cr 含量最高，為0.373 mg·kg-1。雖然此次檢測(cè)結(jié)果沒(méi)有超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限量值，但是有害元素含量較高，應(yīng)注意攝入此類食品的用量和頻率。

3 結(jié)論

采用硝酸-過(guò)氧化氫作為消解液，取適量樣品經(jīng)微波消解儀消解處理后，稀釋液定容，應(yīng)用優(yōu)化好的ICP-MS 儀進(jìn)行測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用該方法測(cè)定分析畜內(nèi)臟中5 種有害元素含量，其精密度好、準(zhǔn)確度高，且前處理操作快速簡(jiǎn)單、對(duì)環(huán)境污染小，能應(yīng)用于畜內(nèi)臟中多元素含量的測(cè)定，為食品安全和市場(chǎng)監(jiān)管提供有力支持。