微波消解電感耦合等離子法檢測桑葉中五種重金屬元素的方法研究

趙光鈴，田 霞，劉 暢，冉 俊，向春燕

（1.重慶市黔江食品藥品檢驗所，重慶黔江 409000；2.重慶市工業(yè)學(xué)校，重慶渝中 400043）

桑葉為桑科植物桑（Morus ablaL.）的干燥葉［1］，是中醫(yī)臨床常用的中藥材，許多古典醫(yī)藥著作中記載其味苦、甘，性寒，歸肺、肝經(jīng)，具有疏散風(fēng)熱、清肺潤燥、平肝明目和涼血止血等功效［2］。桑葉中含有黃酮、生物堿、氨基酸等多種化學(xué)成分，具有很高的營養(yǎng)價值與功能效用，2002 年被衛(wèi)生部列為藥食同源的植物之一［3］，主要用于加工桑葉茶、桑葉面和桑葉菜等產(chǎn)品。重慶市黔江區(qū)是“中國蠶桑之鄉(xiāng)”，桑樹主要作為家蠶飼料而存在，隨著桑產(chǎn)業(yè)的振興，桑樹的食用和藥用價值也受到廣泛關(guān)注，而黔江區(qū)桑樹種植以農(nóng)戶為單位，分散性很大，土壤污染情況不明，直接導(dǎo)致入藥和食用的桑葉品種混亂，質(zhì)量參差不齊。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）在食品、中藥材分析中得到廣泛應(yīng)用［4-6］。有關(guān)桑葉微量元素的分析測定方法已有文獻(xiàn)報道［7-9］，而用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定桑葉中的重金屬元素的研究較少［10］。本研究采用微波消解進(jìn)行樣品前處理，ICP-MS 同時檢測桑葉中的鉻（Cr）、砷（As）、鎘（Cd）、汞（Hg）、鉛（Pb）5 種金屬元素的分析方法，以期為居民日常食用桑葉及相關(guān)產(chǎn)品、政府相關(guān)部門質(zhì)量安全監(jiān)測提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗對象

桑葉采摘于黔江區(qū)桑葉主產(chǎn)區(qū)的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，每個采樣區(qū)隨機采摘桑樹靠近下端的桑葉，每批樣品采摘約1 kg。共計采集桑葉196 批次。

1.2 儀器與試劑

ELGA 超純水系統(tǒng)（Flex，威立雅水處理技術(shù)有限公司）；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（NexION350X，美國PekinElmer 公司）；微波消解儀（MARS 6，美國CEM 公司）；趕酸器（EHD-40，北京東航科儀儀器有限公司）；電子天平（XPE204，梅特勒-托利多國際貿(mào)易有限公司）。梅特勒-托利多移液槍10～100 μL 和100～1 000 μL 各1 支［梅特勒-托利多國際貿(mào)易（上海）有限公司］。

鉛、鎘、鉻、汞、砷單標(biāo)儲備溶液（濃度均為1 000 μg/mL）均來源于國家有色金屬及電子材料分析測試中心，批號分別為GSB04-1742—2004、GSB04-1721—2004、GSB04-1723—2004（a）、GSB04-1729—2004、GSB04-1714—2004；內(nèi)標(biāo)元素鉍、鈧、銠（濃度均為1 000 μg/mL）均來源于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)圓白菜GBW10014a（GSB-5a），中國地質(zhì)科學(xué)院物理地球化學(xué)勘查研究所；大米粉中總砷質(zhì)控樣品（CFAPAQC202202A-8），大連中食國實檢測技術(shù)有限公司；分析檢測用質(zhì)控樣品菠菜粉（P51815B），廣州譜恩科學(xué)儀器有限公司；超純水，電阻率≥18.2 ΜΩ·cm；硝酸（GR），重慶川東化工集團有限公司；Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 調(diào)諧液（1 μg/L），美國PekinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 儀器的條件 微波消解升溫程序：溫度從室溫到100 ℃，保持3 min，功率1 600 W；溫度從100 ℃到150 ℃，保持3 min，功率1 600 W；溫度從150 ℃到170 ℃，保持3 min ，功率1 600 W；溫度從170 ℃到190 ℃，保持10 min，功率1 600 W。

ICP-MS 儀器參數(shù)：射頻功率1 500 W；測試模式為KED Mode，等離子體氣流速15 L/min；載氣高純氬氣，流速1.04 L/min，輔助氣流量1 L/min；進(jìn)液速度0.30 r/s，進(jìn)液時間35 s，穩(wěn)定時間20 s，重復(fù)3 次。

1.3.2 樣品前處理 將采摘的桑葉洗凈，晾干，用高速勻漿機勻漿均勻，儲于潔凈的塑料袋中，并做好標(biāo)記。準(zhǔn)確稱取該樣品0.6 g（精確至小數(shù)點后0.000 1 g）于微波消解罐中，加入8 mL 硝酸，加蓋放置1 h，旋緊罐蓋，進(jìn)行微波消解，冷卻后取出，緩慢打開罐蓋排氣，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將消解罐放在控溫電熱板上于100 ℃加熱30 min，用水定容至50 mL，加入混合內(nèi)標(biāo)溶液，混勻備用，同時做空白試驗，樣液均含有混合內(nèi)標(biāo)溶液，濃度為50 μg/L。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制 混合內(nèi)標(biāo)溶液：精密量取內(nèi)標(biāo)鉍、鈧、銠單標(biāo)儲備溶液各1 mL，置于100 mL 量瓶中，用5%硝酸定量稀釋制成濃度為10 μg/mL 的溶液，即得。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備：精密量取鉛、鎘、鉻、汞、砷單標(biāo)儲備溶液各適量，用5%硝酸溶液定量稀釋成含鉛、鎘、鉻、砷濃度分別為0、1、5、10、30、40 μg/L，汞濃度分別為0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 μg/L 的混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，加入適量混合內(nèi)標(biāo)溶液，使得混合標(biāo)準(zhǔn)工作曲線均含混合內(nèi)標(biāo)溶液，濃度為50 μg/L。

2 結(jié)果與分析

2.1 干擾及消除方法的選擇

ICP-MS 的干擾分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾（基體效應(yīng)）［11］。質(zhì)譜干擾主要分為同量異位素干擾、氧化物和雙電荷干擾、多原子離子干擾，解決辦法主要通過優(yōu)化儀器條件參數(shù)、選擇無干擾同位素、干擾校正方程、冷等離子體技術(shù)、碰撞/反應(yīng)池技術(shù)等［12］。消除非質(zhì)譜干擾的方法主要有內(nèi)標(biāo)校正法和適當(dāng)稀釋法［13］。研究表明，添加內(nèi)標(biāo)能夠有效消除或降低標(biāo)準(zhǔn)溶液中其他元素的干擾［14］。本試驗通過惰性氣體氦氣碰撞反應(yīng)，選擇合適的同位素來避免多原子離子干擾。為減少儀器信號漂移和基體干擾的影響程度，選用加入混合內(nèi)標(biāo)元素Sc（45）、Rh（103）、Bi（209）（濃度50 μg/L）進(jìn)行定量，通過校正補償樣品的基體效益和信號漂移改善各待測元素的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性［15］。

2.2 線性關(guān)系試驗及檢出限、定量限

將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液注入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中，測定待測元素和內(nèi)標(biāo)元素的信號響應(yīng)值，以待測元素的濃度為橫坐標(biāo)，待測元素與所選內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)信號值的比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果表明，5 種元素線性相關(guān)系數(shù)均在0.999 9 以上，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好。重復(fù)測定樣品空白溶液11 次，測得各元素信號的響應(yīng)值，以3 倍測量值標(biāo)準(zhǔn)偏差（SD）所對應(yīng)的濃度值為檢出限，10倍所對應(yīng)的濃度值為定量限，因此該方法的檢出限在0.000 50～0.003 30 mg/kg，定量限在0.001 7～0.011 0 mg/kg，符合國家標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求，詳見表1。

表1 各元素內(nèi)標(biāo)元素、檢出限、定量限和線性關(guān)系

2.3 加標(biāo)回收率及精密度

選擇一桑葉樣品，按照“1.3.2”方法處理，稱取0.6 g 左右（精確至小數(shù)點后0.000 1 g），將微波消解后的樣品定容，采用前述方法進(jìn)行元素含量的測定，然后進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗。參考GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》［16］的要求，未制定最高殘留限量（MRL）的元素，選擇在方法測定低限、常見限量指標(biāo)，選一合適點進(jìn)行三水平試驗；對已經(jīng)制定MRL 的，選擇方法測定低限、MRL、選一合適點進(jìn)行三水平試驗。按照表2 設(shè)計的3 個水平加標(biāo)，平行制備樣品6 份，結(jié)果見表2。本試驗加標(biāo)回收率為84.2%～107.9%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.35%～8.83%，表明該檢測方法具有較好的精密度和準(zhǔn)確度，符合GB/T 27404—2008 的要求。

表2 加標(biāo)回收率及精密度

2.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的方法驗證

選擇相同的試驗方法對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)圓白菜GBW10014a（GSB-5a）、大 米 粉 中 總 砷 質(zhì) 控 樣 品（CFAPA-QC202202A-8）、菠菜粉（P51815B）進(jìn)行測定，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定值和證書值見表3。使用萬分之一天平稱量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按照“1.3.2”的方法，做3 個平行樣品。結(jié)果表明，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定值均在證書要求范圍內(nèi)，說明該方法準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性較好。

表3 圓白菜、大米粉、菠菜粉證書值與測定值 （單位：mg/kg）

2.5 樣品的測定

將黔江區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)采摘到的196 組樣品按照“1.3.2”的方法進(jìn)行微波消解，消解結(jié)束后定容進(jìn)行測定，通過測定結(jié)果可以看出，檢測的5 種元素，除了鎘未檢出，其他元素均有檢出，其中鉻檢出率為96.94%，含量在0.060 4～0.399 4 mg/kg；鉛檢出率為95.41%，含量在0.029 2～0.370 5 mg/kg；汞檢出率為76.02%，含量在0～0.020 5 mg/kg；砷檢出率為26.53%，含量在0～0.014 5 mg/kg。

3 小結(jié)

建立的微波消解對桑葉進(jìn)行消解處理，ICP-MS檢測Cr、As、Cd、Hg、Pb5 種元素的含量測定方法，線性關(guān)系良好，檢出限均符合國家要求，檢測方法靈敏度高；采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證，檢測結(jié)果均在不確定度范圍內(nèi)，說明該方法具有較好的準(zhǔn)確度和精密度。檢測了196 批次桑葉，除了鎘未檢出，其他4 種元素均有檢出?！吨腥A人民共和國藥典》中并未針對桑葉有害元素進(jìn)行限量規(guī)定，參考其他植物性中藥材的規(guī)定，Pb、Hg、As 均低于藥典限量值［17］。本研究建立的檢測方法以及測定結(jié)果可以為桑葉食用藥用產(chǎn)品的安全性評估提供借鑒。