食用菌中鎘、鉛、砷、汞成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究

食用菌重金屬成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的研制，有助于提高食用菌重金屬含量檢測(cè)水平，提高食用菌種植的整體質(zhì)量，促進(jìn)食用菌產(chǎn)業(yè)平穩(wěn)、健康發(fā)展。不過(guò)，目前國(guó)內(nèi)同類食用菌有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)仍處于較緊缺狀態(tài)，難以滿足國(guó)家量值溯源需求。因此，亟需投入力量，研發(fā)出具備均勻性、穩(wěn)定性、量值精確性的食用菌重金屬成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

本文針對(duì)古田食用菌中心當(dāng)?shù)亓魍ǖ氖秤镁奉愔亟饘僭貦z測(cè)情況，選取兩個(gè)樣品作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的候選物，通過(guò)參考《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762-2022）等國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，選取鉛（Pb）、鎘（Cd）、砷（As）和汞（Hg）作為目標(biāo)元素開(kāi)展特性量值分析測(cè)量。同時(shí)，根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的定值及均勻性、穩(wěn)定性評(píng)估》（JJF 1343-2022）等國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范，應(yīng)用電感耦合等離子質(zhì)譜法組織特性量值定值檢測(cè)，采用ICP-MS方法進(jìn)行樣品均勻性、穩(wěn)定性檢驗(yàn)，并對(duì)樣品均勻性、穩(wěn)定性和定值過(guò)程引入的不確定度展開(kāi)評(píng)估。

1. 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)樣品制備和貯存

1.1 樣品采集和篩選

針對(duì)古田食用菌中心當(dāng)?shù)亓魍ǖ氖秤镁奉惖闹亟饘僭貦z測(cè)情況，選取20種代表性的食用菌（如竹蓀、銀耳、香菇等）作為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制的候選物，并使用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）對(duì)食用菌中的Pb、Cd、As和Hg元素進(jìn)行半定量掃描。通過(guò)初步分析，研究確定了這些元素在食用菌中的含量范圍，并從中篩選出含量較高的樣品作為待選對(duì)象。為更準(zhǔn)確地掌握相關(guān)元素的量值，運(yùn)用ICP-MS定量方法對(duì)選中的樣品進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)量，最終選擇了兩個(gè)具有代表性的樣品作為候選樣并大量購(gòu)入，以便后續(xù)進(jìn)行深入處理和研究。

1.2 樣品制備

將選購(gòu)的食用菌干貨除掉雜質(zhì)及非食用部分后，在80℃恒定溫度下烘干，直至其重量不再發(fā)生變化。將烘干后的干貨分批放入高速粉碎機(jī)中進(jìn)行精細(xì)粉碎處理，經(jīng)過(guò)100目（即150μm）篩網(wǎng)精細(xì)篩分，將篩分樣品裝入PE自封袋內(nèi)，確保密封并在干燥環(huán)境下保存。當(dāng)粉碎、篩分步驟全部完成后，使用滾筒式搖勻儀，讓樣品在儀器內(nèi)進(jìn)行360°的全方位搖勻處理，持續(xù)24h，使樣品盡可能達(dá)到均勻的分布狀態(tài)。

2. 均勻性檢驗(yàn)

2.1 均勻性檢驗(yàn)取樣原則

在進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)取樣時(shí)，對(duì)于樣品的抽取單元數(shù)與重復(fù)測(cè)量次數(shù)，需緊密貼合所采用的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法要求。若總體單元數(shù)N滿足不同范圍，抽取的單元數(shù)也應(yīng)遵循相應(yīng)規(guī)定：當(dāng)N≤200時(shí)，抽取單元數(shù)至少為11個(gè)；當(dāng)N為200-500時(shí)，至少抽取15個(gè)單元；當(dāng)N為500-1000時(shí)，至少抽取25個(gè)單元；而當(dāng)N>1000時(shí)，抽取單元數(shù)應(yīng)不少于30個(gè)。對(duì)于均勻性表現(xiàn)良好的樣品，當(dāng)N≤500時(shí)，抽取單元數(shù)至少為10個(gè)；而當(dāng)N>500時(shí)，則至少抽取15個(gè)單元。

2.2 統(tǒng)計(jì)方法

均勻性評(píng)估需采用具有高精確度、靈敏度和可溯源性的測(cè)量方法，且在精密度上不可低于定值方法。在保持實(shí)驗(yàn)條件重復(fù)性的基礎(chǔ)上，采用方差檢驗(yàn)法進(jìn)行均勻性檢驗(yàn)，通過(guò)比較組間方差與組內(nèi)方差大小判斷各組測(cè)量結(jié)果之間是否存在系統(tǒng)誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)。當(dāng)兩者比值低于臨界值時(shí)，認(rèn)為樣品是均勻的。

3. 穩(wěn)定性檢驗(yàn)

3.1 穩(wěn)定性檢驗(yàn)的方法

穩(wěn)定性檢驗(yàn)的時(shí)間間隔應(yīng)遵循先密集后疏松原則，為確保標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)量值的準(zhǔn)確性與可靠性，需在預(yù)期有效期限內(nèi)設(shè)置多個(gè)不同時(shí)間點(diǎn)的穩(wěn)定性評(píng)估，并記錄穩(wěn)定性評(píng)估期間的環(huán)境條件，然后對(duì)多個(gè)時(shí)間間隔的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行t分布檢驗(yàn)，當(dāng)n次檢驗(yàn)的|β1|<t（0.95，3）.s（β1）時(shí)，表明該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特性量值無(wú)顯著變化。

3.2 長(zhǎng)期穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

采用微波消解前處理和電感耦合等離子體質(zhì)譜法（同定值測(cè)量方法），對(duì)香菇粉中的Pb、Cd、As和Hg元素成分開(kāi)展特性量值考察。每次隨機(jī)抽取3瓶樣品，且每瓶樣品從不同部位獨(dú)立取樣2次，從2023年11月到2024年4月共進(jìn)行8次穩(wěn)定性檢測(cè)。

3.3 短期穩(wěn)定性檢驗(yàn)結(jié)果

為考察溫度對(duì)香菇中4種元素特性值的影響，研究依據(jù)同步穩(wěn)定性評(píng)估方案，每次隨機(jī)取樣2瓶，并定時(shí)分別置于50℃和-20℃條件下儲(chǔ)存0、3、6、9、12、15d。每瓶樣品從不同位置取樣2次，取平均值。

4. 定值

4.1 溯源性

各元素作為標(biāo)準(zhǔn)曲線的標(biāo)準(zhǔn)溶液，均是國(guó)家一級(jí)或二級(jí)有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。所有香菇粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研制過(guò)程中使用的計(jì)量器具，均按國(guó)家計(jì)量部門相關(guān)規(guī)定開(kāi)展檢定或校準(zhǔn)，以確保量值準(zhǔn)確可靠。使用香菇粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)開(kāi)展方法驗(yàn)證，以保證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的準(zhǔn)確性。

4.2 定值方法

4.2.1 樣品前處理方法。消解前先將香菇粉在80℃條件下烘干3h，然后置于盛有無(wú)水CaCl2干燥器中保存，達(dá)到室溫后稱量。在事先清潔好的消解罐中依次稱取約0.5g的香菇粉樣品，精確至0.0001g，罐壁不能掛樣，再向罐中加入6mL的濃硝酸，并在加入時(shí)將罐壁樣品沖至罐底。設(shè)定微波消解方法，包括各消解步驟的最高功率、時(shí)長(zhǎng)和最高溫度限值等，具體如表1所示。將稱好樣的消解罐和空白罐放于設(shè)定好的消解儀中消解，并在消解結(jié)束后把消解罐放入趕酸轉(zhuǎn)子中，運(yùn)用微波趕酸法，直至酸液量縮減至約0.5mL，具體操作如表2所示。最后將處理后的樣品移至50mL帶蓋聚乙烯管中，加入超純水定容至近50mL，精確稱重并記錄數(shù)據(jù)，搖勻備用。

4.2.2 儀器工作條件。為確保儀器性能達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)，需進(jìn)行調(diào)諧，使靈敏度最大化。在調(diào)諧過(guò)程中，需確保156CeO+/140Ce+與70Ce++/140Ce+比值分別控制在1.5%與2.0%以下。調(diào)諧完成后，儀器工作條件設(shè)置如下：RF功率為1500W；載氣流量維持在0.90L/min；He流速精確至4.3mL/min。此外，Omega透鏡電壓設(shè)為10.8V；Omega偏轉(zhuǎn)電壓為-80V；提取透鏡電壓調(diào)至-160V；Deflect電壓設(shè)為1.4V。截取錐與采樣錐均采用鉑錐材質(zhì)，配備PFA同心霧化器，積分時(shí)間設(shè)置為0.1s，采樣深度為8mm。

4.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線。首先，準(zhǔn)確量取待測(cè)元素的溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并將其轉(zhuǎn)移至帶有蓋子的50mL聚乙烯管中。其次，依據(jù)樣品中各元素的具體含量，精準(zhǔn)配置標(biāo)準(zhǔn)溶液，并用2%的HNO3溶液進(jìn)行稀釋，直至溶液質(zhì)量濃度達(dá)到各元素測(cè)量所需的標(biāo)準(zhǔn)混合狀態(tài)，即制成標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。再次，用2%的HNO3溶液對(duì)標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液進(jìn)行逐級(jí)稀釋，制備出待測(cè)元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液。最后，將待測(cè)元素的信號(hào)與內(nèi)標(biāo)元素信號(hào)的比值，與標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度進(jìn)行比對(duì)，并繪制元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。該標(biāo)準(zhǔn)曲線的相關(guān)系數(shù)均超過(guò)0.9998，表明待測(cè)樣品質(zhì)量濃度始終保持在標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍內(nèi)。

4.2.4 加入內(nèi)標(biāo)。內(nèi)標(biāo)方法可以有效彌補(bǔ)因樣品基體引發(fā)的強(qiáng)度波動(dòng)與變化，從而顯著提升分析的精確度和可靠性。在挑選內(nèi)標(biāo)元素時(shí)，要確保所選元素在樣品中不存在或含量極低，可忽略不計(jì)，內(nèi)標(biāo)元素的質(zhì)量數(shù)和第一電離能也需與待測(cè)元素相近，以確保數(shù)據(jù)有效性。在配置內(nèi)標(biāo)溶液時(shí)，推薦將內(nèi)標(biāo)濃度設(shè)置在標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間范圍，以確保最佳的比較效果，而對(duì)于多元素分析，采用雙內(nèi)標(biāo)或多內(nèi)標(biāo)策略更為理想。此外，在加入內(nèi)標(biāo)之前，需對(duì)樣品進(jìn)行全元素半定量分析，以精準(zhǔn)篩選出合適的內(nèi)標(biāo)元素，提升分析質(zhì)量。內(nèi)標(biāo)元素的濃度依具體情況而定，超干凈的樣品可以使用低濃度的內(nèi)標(biāo)物溶液，而復(fù)雜基體、有少量分子離子或內(nèi)標(biāo)物污染的樣品，則應(yīng)選擇較高濃度的內(nèi)標(biāo)溶液。

根據(jù)上述分析，ICP-MS測(cè)量過(guò)程中考慮到基體干擾，分別將消解后的樣品稀釋為不同倍數(shù)，并選擇不同濃度的內(nèi)標(biāo)經(jīng)多次優(yōu)化比較，最后選取在部分樣品前處理?xiàng)l件的基礎(chǔ)上定容稀釋至50mL。此外，通過(guò)全元素半定量分析，發(fā)現(xiàn)樣品中不含有Ge、In、Bi。因此，測(cè)量Pb、Cd、As、Hg元素時(shí)，選擇Ge、In、Bi作為內(nèi)標(biāo)元素，并將其內(nèi)標(biāo)在線加入濃度確定為20ug/kg，回收率為90%-110%。

4.2.5 待測(cè)元素的同位素。在元素周期表中，大多數(shù)元素?fù)碛胁恢挂环N同位素，選擇待測(cè)元素同位素時(shí)，除了要關(guān)注同位素的天然豐度外，還要考慮其受干擾程度。為準(zhǔn)確測(cè)定元素的質(zhì)量數(shù)，通常會(huì)優(yōu)先選擇那些豐度高且干擾較小的同位素作為待測(cè)對(duì)象，以確保測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。因此，實(shí)驗(yàn)分別在No Gas模式和He碰撞模式下對(duì)有多個(gè)同位素的元素進(jìn)行了考察，并檢測(cè)其受干擾情況。考察發(fā)現(xiàn)，在He碰撞模式下，多原子離子的干擾基本可以消除。因此，最終選取ICP-MS方法測(cè)量過(guò)程中，樣品中待測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)和對(duì)應(yīng)元素為208Pb、111Cd、75As、202Hg。

綜上所述，本文針對(duì)食用菌中鎘、鉛、砷、汞等重金屬成分，研發(fā)了標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，并利用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行了精準(zhǔn)的元素分析。結(jié)果表明，研究所制的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)不僅可用于檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的質(zhì)量控制與分析方法確認(rèn)，還為量值溯源和測(cè)量?jī)x器校準(zhǔn)提供了可靠基準(zhǔn)。隨著社會(huì)對(duì)食品安全和環(huán)境健康的關(guān)注度不斷提高，本研究成果將為食用菌產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的持續(xù)改善作出積極貢獻(xiàn)。

作者簡(jiǎn)介：于萍（1980-），女，漢族，福建福州人，高級(jí)工程師，碩士研究生，研究方向?yàn)榛瘜W(xué)計(jì)量。