微波消解ICP-OES法測定香菇中微量元素

吳 標，吳雪雨，王耀耀，張喬丹，胡文濤，董瑋瑋，陶兆林

（蚌埠醫學院，安徽 蚌埠 233030）

香菇又稱冬菇、香蕈，是擔子菌綱、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、氨基酸和維生素，并富含多種微量元素，香菇不僅味道鮮美、營養豐富，還含有許多藥用成分。例如，香菇多糖對腫瘤有較強的抑制作用，香菇多糖能顯著降低血液膽固醇，DNA能促進干擾素、抗流感病毒的分泌[1-2]。香菇是栽培食用菌，產量僅次于雙孢蘑菇，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源地，也是世界上最大的香菇生產國和消費國，隨著香菇栽培技術的不斷創新，我國香菇產量占全球香菇總產量的70%以上?？扇苄蕴侵饕且恍┬》肿犹呛吞谴?，為產生甜味的主要成分，其同游離氨基酸、核苷酸、有機酸等成分使香菇呈現出良好風味口感[3-4]。石墨爐原子吸收光譜法是國家標準食品中鉻、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。測試和分析時間也很長，但由于樣品成分組成復雜，容易受到背景干擾；另一種方法是用電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS），ICP-MS具有穩定性高、檢出限低、靈敏度高等優點，但檢測設備價格過高，大大增加了檢測成本，限制了該方法的應用范圍，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，對試驗條件、精度和精密度進行了研究[5-7]，為不安全香菇的準確識別建立一種簡便易行的科學分析方法。

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，會使人體引起慢性中毒。鉻是通過黏膜、皮膚、消化和呼吸系統進入人體，然后在人體的腎臟、內分泌和肝臟系統中積累。在嚴重的情況下，甚至可能導致死亡[8-10]。鎘主要通過呼吸道和消化道進入人體，少量的鎘在體內可被放大和積累，會對肺、骨、腎、肝、免疫系統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存在，無機汞鹽毒性的根本原因是汞離子與酶蛋白相結合，抑制各種酶的活性，阻礙了細胞的正常功能[11]。鉛能夠損害人體的所有器官，其具體表現為影響人類智力發育和骨骼發育，引起消化不良和內分泌紊亂，導致貧血、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口進入人體內，隨著血液分布于全身各處。隨砷含量在體內的蓄積，會引起不同程度的砷中毒現象（急性中毒和慢性中毒）。最容易引起的就是對皮膚的損害，表現為逐漸變得干燥、角質化嚴重、色素沉著異常；食用水中砷含量一旦達到50 mg/L時就會引發癌癥；砷含量過多時人體的肺臟、腎臟、肝臟、神經系統、循環系統、呼吸系統、泌尿系統和消化系統均會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重要。

1 試驗部分

1.1 樣品來源

香菇選自安徽省內的市售花菇、冬菇、椴木花菇等共計15個樣品，經粉碎機粉碎后放置塑封袋中待制樣。

1.2 主要試劑

硝酸（65%優純級），國藥集團化學試劑有限公司提供；實驗用超純水；過氧化氫（30%優純級），國藥集團化學試劑有限公司提供，氬氣（ω>99.999%）；As，Pb，Cd，Cr，Hg標準溶液，國家標準物質中心提供，1 000 mg/L。

1.3 儀器

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

1.4 微波消解儀程序優化

經烘干后的樣品在食品多功能機粉碎成粉末并過篩，篩孔為100目，備用。準稱量0.2~0.5（±0.000 1）香菇標準物質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上述大微波消解儀中準備進行微波消解。程序運行完畢后，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，振蕩搖勻準備測試，同時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儀器設備

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

高頻發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維持穩定放電（由3層石英管組成的裝置），通過外管進入冷卻器，然后通過中管進入輔助氣，最后通過內管進入載氣；觀測高度為等離子炬曝光部位的高度。即從觀測區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、原子化與蒸發，發射出的所含元素的獨特光譜線通過分光系統進入光譜檢測器，光譜檢測器依據獨特的光譜進行定性、半定量、定量的分析方法。試驗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

定量分析法分為標準曲線法、內標矯正標準曲線法和標準加入法。

試驗所用方法為標準曲線法。在已設置好的儀器條件下，按順序檢測相應的發射光譜強度值，以配置好的各個元素的標準溶液的質量濃度（ng/mL）為橫坐標，然后以ICP-OES儀器檢測到的各個元素的光譜強度值為縱坐標，制作標準曲線進行線性擬合。通過標準曲線，可以查出試樣溶液中所需要測定元素的質量濃度，再計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 試驗步驟

2.1 標準溶液的配置與測定

配制標準溶液的質量濃度見表3。

表2 ICP-OES工作條件

表3 配制標準溶液的質量濃度

2.2 樣品前處理

準確稱取粉碎后的香菇約0.2~0.5 g（保留4位有效數字）于聚四氟乙烯消化管中，然后放入4 mL優級純硝酸和1 mL優級純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，在通風處中利用趕酸儀器進行趕酸。由于考慮到所測元素在高溫下易揮發，所以趕酸的溫度不宜過高。趕酸結束后，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，然后將沖洗液轉移到容量瓶中，然后定容至50 mL，搖勻等待檢測，與此同時做該樣品的空白?？瞻字屑尤? mL優級純硝酸和1 mL優級純30%的雙氧水。

樣品質量見表4。

表4 樣品質量/g

2.3 干擾消除

在微波消解中會遇到一些干擾，比如消解液中含有固體小顆粒、消解液呈黃色或藍色。這些問題可能是因為時間、溫度、壓力、加入硝酸的量或者受到污染所致。根據上述情況采取以下幾個方案：

方案一：若遇到時間、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，則是樣品或試驗器材問題，可以通過離心的方法對消解液進行過濾。

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所測元素。例如，Cu元素，首先將對樣品污染方面的問題進行排除，①在粉碎樣品的過程中，粉碎機刀片帶有的，采用研磨的方法對樣品粉碎；②消解管在生產的過程中未清洗徹底，采用設置2組空白進行空消，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行趕酸處理。

根據以上4個方案可以將微波消解所帶的干擾消除，以便于在ICP-OES儀器中進行測試。

2.4 ICP-OES對香菇的測試結果

各元素分析線見表5，國標GB 2762—2017中香菇各個元素污染限量標準見表6，測試香菇微量元素含量結果見表7，標準樣品回歸方程和相關系數見表8。

表5 各元素分析線

表6 國標GB 2762—2017中香菇各個元素污染限量標準

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個梯度為10，20，50，100，200，500，1 000μg/L各個元素校準曲線，用ICP-OES連續測定15次超純水空白后，再測定25次消解空白，最后計算出標準偏差（SD），以3倍SD計算儀器檢出限IDE[3]。

各元素的方法檢出限見表9。

表中數據為零的數據并不代表檢出限為零，而是含量太低，儀器未檢測到。

3.2 加標回收試驗

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

表7 測試香菇微量元素含量結果/mg·kg-1

表8 標準樣品回歸方程和相關系數

表9 各元素的方法檢出限

加標前質量濃度見表10，加標后質量濃度見表11，ICP-OES加標回收試驗結果見表12，回收率范圍見表13。

表10 加標前質量濃度/ng·mL-1

根據GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規范》對于加標回收的要求（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 加標后質量濃度/ng·mL-1

表12 ICP-OES加標回收試驗結果

表13 回收率范圍

4 結論

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