電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）測定畜禽肉中9種重金屬元素含量

歐愛芬，張 挺，梁蘭蘭，林 儉，萬紅霞,

（1.廣州城市職業學院，廣東廣州 510405；2.韶關學院，廣東韶關 512000）

隨著生活水平的提高，畜禽肉類食品在人們的生活飲食中占有越來越多的比重。粱伯衡[1]對廣州市城鄉居民食物消費變化進行分析，2000～2013年廣州市居民膳食結構有所變化，肉禽、油脂類的消費量均有較大幅度的上升。張玉華等[2]對廣州市居民的食物消費進行調查，發現畜禽肉攝入量過高，超出推薦攝入量。隨著廣東省工業的快速發展，重金屬污染問題越來越突出。廣東省食品中重金屬污染的研究主要集中在以下方面，水產品[3-5]、規模化種鵝場[6]、基地蔬菜[7]、市售食品[8-10]等，目前尚未見到有針對廣州市畜禽肉類的重金屬污染的研究。重金屬不能被生物降解，在食物鏈的作用下，成千倍地富集，最后進入人體，危害生命健康，因此對廣州市畜禽肉類的重金屬含量進行研究，對科學指導食品安全監控，合理飲食是非常有意義的。

重金屬攝入超標會對人體健康產生極大的危害[11-12]，世界各國日漸重視食品中重金屬的限量標準，對重金屬分析檢測方法的研究也越來越多。常用的方法有原子吸收光譜法[13-15]、原子熒光光譜法[16]、X-射線熒光光譜法[17-19]、電感耦合等離子體-原子發射光譜法[20-21]、電感耦合等離子體-質譜法[22-25]、酶聯免疫法[26-28]等。其中原子吸收光譜法最為普遍，電感耦合等離子體法可同時測定多種元素最為方便，酶聯免疫法最快捷。

電感耦合等離子體-質譜法（ICP-MS）是以等離子體為離子源的質譜型元素分析方法，它具有檢出限低、靈敏度高、準確性高、干擾少、可進行同位素分析等眾多優點，線性范圍廣，是最強有力的痕量超痕量無機元素分析技術，在食品分析與檢驗中應用十分廣泛。郭捷等[29]采用ICP-MS法對血液透析用水中15種金屬元素同時進行測定，檢出限低，準確性高。

本研究對樣品前處理消解方法進行選擇及條件優化，建立畜禽肉類的電感耦合等離子體質譜（ICPMS）法測定9種重金屬元素，并對廣州市市場售賣的7種畜禽肉類含有的重金屬進行檢測分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實驗采用的豬肉、雞肉、鴨肉、白鴿肉 采購自廣州市某市場；牛肉、羊肉、鵝肉 廣州市某超市；鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）、鎘（Cd）、鈷（Co）、錳（Mn）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）標準溶液（1000 μg/mL) 鋼研納克檢測技術股份有限公司；硝酸（優級純） 德國默克股份有限公司；調諧液 安捷倫科技有限公司；內標元素貯備液（1000 mg/L） 國家有色金屬分析測試中心；國家標準物質大蔥（GSB-27）、國家標準物質大蝦（GSB-28） 國家標準物質研究中心；過氧化氫（優級純）、高氯酸（優級純） 廣州化學試劑廠；實驗用水 超純水。

Sartorious BSA224S型分析天平 德國賽多利斯公司；DS-72型全自動消解儀 廣州格丹納儀器有限公司；Milestone ETHOS E型微波消解儀 意大利萊伯泰科Milestone；TSZ-600型酸蒸逆流清洗系統

廣州泰通儀器有限公司；Agilent 7700型ICPMS電感耦合等離子體質譜儀 美國安捷倫公司；A10型Milli-Q 超純水系統 美國Millipore公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）檢測條件 使用調諧液調整儀器各項指標，使儀器靈敏度、分辨率、氧化物、矩管位置等各項指標達到最優條件。調諧后，儀器參數設置如表1。

表1 電感耦合等 離子質譜法（ICP-MS）檢測條件Table 1 Detection conditions of (ICP-MS)

1.2.2 樣品的制備 將7種畜禽肉類：牛肉、羊肉、豬肉、雞肉、鴨肉、鵝肉、白鴿編號后進行勻漿（畜肉選取瘦肉部分，禽肉去皮去骨），裝進樣品袋備用。

1.2.3 供試品溶液和空白溶液的制備

1.2.3.1 微波消解法 準確稱量1.2.2制備的樣品約1.0 g（精確至0.0001 g）于微波消解罐中并加入8 mL硝酸和2 mL過氧化氫，加蓋放置12 h，蓋上配套的罐蓋并擰緊，于程序升溫為120 ℃的微波消解儀中消解，消解結束待溫度降至60 ℃后取出，擰松罐蓋排氣直至氣體排完，用一級水沖洗內罐定容至50 mL帶刻度的消解管中，混勻后上機測定，每個試樣設置3個平行。同法制備空白溶液（樣品的測定值是減掉空白樣品后的值）。

1.2.3.2 石墨消解法 準確稱量1.2.2制備的樣品約1.0 g（精確至0.0001 g）到消解罐中，加入15.0 mL硝酸和5.0 mL高氯酸，表面皿蓋緊，并放置12 h，于DS-72型全自動消解儀程序升溫120 ℃消解2 h后，進一步升溫至170 ℃消解105 min直至剩余1～2 mL左右，無白煙冒出，消化液消解完全的標志為無色透明或略帶黃色。消化液冷卻后轉移至50 mL帶有刻度的消解管中并用一級水定容，混勻后上機測定，每個試樣設置3個平行。同法制備空白溶液。

1.2.3.3 消解酸體系的選擇 采用石墨消解法，分別采用方案一：硝酸10 mL；方案二：硝酸10 mL，高氯酸2 mL，方案三：硝酸15 mL，高氯酸5 mL；方案四：硝酸8 mL，過氧化氫2 mL加入GSB-27型大蔥樣品解罐中進行消解，具體步驟見1.2.3.2。每個試樣設置3個平行。同法制備空白溶液。

1.2.3.4 消解溫度和時間的優化 為選出最佳的消解溫度和時間，本試驗分別采用了3種不同的消解程序消解GSB-27型大蔥樣品（消解程序見表2、表3、表4），直至消解剩1 mL左右，待冷卻，一級水定容至50 mL上機測定。

表2 消解程序1Table 2 Digestion procedure 1

表3 消解程序2Table 3 Digestion procedure 2

表4 消解程序3Table 4 Digestion procedure 3

1.2.4 溶液配制

1.2.4.1 工作曲線的配制 混合標準工作溶液：各吸取一定體積的混合標準溶液于50 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液逐級稀釋配制成0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、10.00、50.00、100.0、200.0、500.0、1000 μg/L混合標準工作溶液。

1.2.4.2 內標溶液的配制 吸取內標元素貯備液10 mL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸稀釋并定容至刻度，此溶液濃度為100 mg/L，通過三通與樣品溶液在線混合后，引入進樣系統。

1.2.5 結果計算

式中：X—含量（mg/kg）；C—為試樣濃度, 即試樣測定值（μg/L）；m—樣品秤樣量（g）。

式中：P—為加標回收率（%）；C1—為試樣濃度,即試樣測定值（μg/L）；m1—試樣的稱樣量（g）；m2—加標回收試樣的稱樣量（g）；C2—為加標量（μg/L）。

2 結果與討論

2.1 前處理條件的優化

2.1.1 前處理消解方法的選擇 石墨消解前處理（編號1）與微波消解前處理（編號2）相比，結果見表5，兩者樣品的測定值相差不大。微波消解前處理用酸量少，消解時間短，但實驗樣品過多要分批消解，操作復雜，且不方便觀察樣品的消解情況，容易導致樣品測定結果產生偏差。石墨消解法用酸量大，消解時間長，但處理樣品多、加熱面積大、操作簡單，可設置程序自動加酸，也可手動加酸，并且易于觀察樣品的消解情況。而畜禽肉中因脂肪含量高，需要不時觀察其中的消解情況，以便適時添加硝酸，因此選用石墨消解作為前處理方法。

2.1.2 消解酸體系的選擇 選用三種不同的消解試劑對畜禽肉樣品的消解能力進行考察驗證，結果如表6所示，硝酸+高氯酸（15 mL+5 mL）消解體系的消解效果比較好。

2.1.3 消解溫度和時間的選擇 選擇最佳的消解溫度和消解時間，硝酸的沸點約為120 ℃，3種不同的消解程序中的第1工步消解溫度均為120 ℃并保持2 h，使硝酸處于沸騰狀態，與樣品充分接觸以達到樣品的初步消解。

消解程序1中，第2工步溫度為160 ℃并保持90 min，結果如表7所示，大蔥標準物質測定值中只有三種元素達到了標準值范圍內，其他元素均低于標準值，這說明消解效果不好，導致被測元素的損失；

消解程序2的第2工步消解溫度為170 ℃，消解時間為105 min，結果表明，8種被測元素均達到了標準值；

消解程序3中第2工步的消解溫度與消解程序2一致，將消解時間延長至2 h，結果如表7所示，除鉛元素的測定值與程序2一樣外，其他元素的測定值均有所降低。結果表明，消解溫度太低會致使樣品消解不徹底，元素不能被有效地提取出來，消解時間過短消解效果較差，消解時間過長又會導致元素的損失，樣品在消解程序2中的消解效果最佳。

表5 前處理消解方法的選擇（x±s，mg/kg）Table 5 Selection of digestion methods for pre-treatment (x±s, mg/kg)

2.2 ICP-MS的干擾及消除

ICP-MS中存在的質譜干擾有雙電荷離子、多原子分子及同量異位素的重疊等[12]，因此本試驗中的待測元素需選擇合適的同位素，選擇不易受干擾的同位素進行定量，如118Cd和104Cd可能會受到Zn、Ar、Sn等的干擾，因此本試驗測定Cd元素時，選擇111Cd以消除干擾。本實驗選取的元素質量數見表8，同時利用ICP-MS中的碰撞/反應池技術除去多原子離子的干擾，碰撞/反應池工作方式采用KED模式，在碰撞/反應池中通入氦氣，通入的氣體會與截面積較大的多原子離子發生多次碰撞，使得多原子離子動能大大損失，用一個適當的截止電壓使其留在碰撞池內，而只有動能較大的分析離子通過碰撞池進入分析器，從而達到干擾消除的目的[30]。

基體效應的干擾主要與樣品基體相關，ICPMS通過內標法可有效消除基體效應的影響，彌補因基體效應形成的信號漂移。選用與待測元素的質量數接近且化學性質相似的的內標元素，如鉻、鎘、鎳、鋅的內標元素為103Rh， 鈷、銅、錳的內標元素為72Ge，鉛、砷則采用虛擬內標，由蠕動泵在線引入內標溶液，提高定量精度，基體干擾可被有效消除。

表6 消解試劑的選擇Table 6 Selection of digestion acid reagents

2.3 ICP-MS檢測結果與分析

2.3.1 標準曲線及檢出限 在最佳的試驗條件下，由蠕動泵在線加入內標溶液，對樣品的空白試劑連續測定11次，以其響應值3倍標準差計算出檢出限。依次測定1.2.4配制的混合標準溶液，建立標準曲線，結果如表9所示。9種元素在一定范圍內呈線性關系，相關系數均≥0.9999，方法檢出限均在0.003～0.400 μg/L之間。

2.3.2 加標回收實驗與精密度 取制備好的雞肉樣品，分別精確稱取1.000 g，再分別加入一定量的各標準溶液到樣品中進行消解定容，配制成高、中、低加標溶液，在優化的試驗條件下對樣品進行消解測定，計算其加標回收率及RSD，結果如表10所示。

結果表明，9種元素的3個不同濃度平均加標回收率均在97.2%～104.4%之間，精密度（n=6）RSD均小于4%，可滿足檢測要求。

2.3.3 重復性實驗 取雞肉樣品6份，采用優化好的前處理條件進行消解定容，用內標法校正測定各元素含量并計算出相對標準偏差。結果如表11所示，各元素含量的RSD值均小于5%（n=6），表明方法重復性良好，測定數值較為穩定。

表7 消解時間優化結果Table 7 The optimized results of digestion time

表8 元素質量數Table 8 Element mass

表9 元素線性方程、相關系數、檢測限Table 9 Element linear equations,correlation coefficient, detect limit

2.3.4 準確度 進一步驗證方法的準確性，分別稱取GSB-27 大蔥、GSB-28 大蝦標準物質，采用優化好的前處理條件進行消解定容，用內標法校正測定各元素含量并計算出相對標準偏差。

結果見表12，3種標準物質各元素的測定值均在標準值標準偏差范圍內，且RSD均小于4%，精密度良好，可滿足檢測要求。

表10 加標回收率與精密度結果（n=9）Table 10 The results of recovery rate of standard addition and precision (n=9)

2.4 7種畜禽類中9種元素的檢測結果

對7種畜禽肉類樣品，采用優化好的前處理條件進行消解定容，用內標法校正測定各元素含量，結果如表13所示。

由表13結果所示，鉻、鉛、砷、鎘4種有害重金屬元素在不同樣品中的含量存在差異。鉻元素在豬肉中含量最高，為0.089 mg/kg，在鴨肉中含量最低，為0.005 mg/kg，排序為豬肉＞牛肉＞雞肉＞鵝肉＞鴿子肉＞羊肉＞鴨肉；鉛元素在鵝肉中含量最高，為0.021 mg/kg，在鴨肉中含量最低，為0.004 mg/kg，排序為鵝肉＞牛肉＞鴿子肉＞豬肉＞羊肉＞雞肉＞鴨肉；砷元素在牛肉含量最高，為0.028 mg/kg，在羊肉樣品含量最低，為0.003 mg/kg，排序為牛肉＞鵝肉＞鴨肉＞鴿子肉＞豬肉＞雞肉＞羊肉。鎘元素在牛肉中含量最高，為0.21 mg/kg，在雞肉中含量最低，為0.0001 mg/kg，排序為牛肉＞鵝肉＞鴿子肉＞羊肉=鴨肉＞豬肉＞雞肉。對比可知，牛肉和鵝肉中的有害重金屬含量比其他肉高。

國家標準GB 2762-2017《食品中污染物限量》標準中限定了食品中鉛、鎘、砷、鉻的限量指標[31]，如表14所示。

由表13和表14可知，7種畜禽肉中的4個有害金屬元素鉛、鎘、砷、鉻均低于限量值，可見廣州市畜禽肉重金屬含量在安全范圍。

鈷、鎳、銅、錳、鋅5種重金屬元素在被測畜禽肉中含量為：鋅＞銅＞錳＞鈷＞鎳元素，且鎳在鴨肉、鴿子、雞肉這三種禽肉中均無檢出。

國家標準中對畜禽肉類中的鈷、鎳、銅、錳、鋅5種重金屬元素并無限量要求，鈷、鎳、銅、錳、鋅是人體中的重要微量元素，可以通過合理膳食來補充元素。

表11 重復性度實驗結果（n=6）Table 11 The results of repeatability

表12 準確度結果（n=6）Table 12 The results of accuracy (n=6)

3 結論

本實驗建立了采用ICP-MS法同時測定畜禽肉中鉻、鉛、砷、鎘、鈷、鎳、銅、錳、鋅9種重金屬元素的方法，將微波消消解與石墨爐消解進行了比較，選定石墨爐消解方法進行樣品的消化，硝酸+高氯酸（15 mL+5 mL）的消解體系，消解溫度為170 ℃，消解時間為105 min，通過內標法及同位素的選擇降低基質干擾；結果表明，各元素在一定濃度范圍內線性關系良好（r≥0.9999），檢出限在0.003～0.400 μg/L之間，樣品加樣回收率在97.2%～104.4%，RSD≤5%(n=6)，對國家標準物質（GSB-27、 GSB-28）的測定結果均在標準值標準偏差范圍內。實驗表明，該方法前處理簡單，檢測結果準確，精密度高，可作為畜禽肉類中多種微量元素同時測定的檢測方法，對畜禽肉類質量的控制具有重要的意義。

表13 7種畜禽肉類樣品的檢測結果（x±s ，mg/kg，n=3）Table 13 Test results of 7 kinds of livestock and poultry meat samples (x±s, mg/kg, n=3)

表14 肉類中鉛、鎘、砷、鉻的限量指標Table 14 Limits of lead, cadmium, arsenic and chromium in meat

在建立ICP-MSCP-MS法同時測定畜禽肉中9種元素的同時，對市場上7種畜禽肉類中的9種重金屬含量進行了分析，結果顯示有害重金屬元素含量均比國家標準限量值低，可見畜禽肉對有害重金屬元素鉻、鉛、砷、鎘的吸附能力并不強，但是也要避免長期使用同一種畜禽肉。除鋅元素和銅元素外，測定的其他重金屬元素含量均不高。因此，這7種畜禽類肉可放心食用。