微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定大米中的砷、鉛、鎘、鉻

羅 瓊

（貴州省檢測技術研究應用中心，貴州貴陽 550014）

食品的質量決定著人們的生活質量。大米是我國大部分地區人們的主要糧食，是獲取營養素的基礎食物，其質量優劣關乎著人們的身體健康。砷、鉛、鎘和鉻均為有害重金屬元素，一旦被人體吸收容易在體內蓄積，達到一定濃度，人體就會出現重金屬急性或慢性中毒，影響人們的身體健康。因此，探尋一種能同時快速準確地測定大米中幾種重金屬元素的方法，對大米樣品中的重金屬元素檢測有十分重要的意義。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

1.1.1 儀器

T660微波消解儀（MILE STONESRL公司）；Milli-Q超純水儀（倍捷科技公司）；7800型電感耦合等離子體質譜儀（美國安捷倫公司）；BSM220.4電子天平（上海卓精電子科技有限公司）；高速多功能粉碎機（永康市鉑歐五金制品有限公司）。

1.1.2 試劑

超純水；65%硝酸（優級純GR，天津市科密歐化學試劑有限公司）；30%過氧化氫（優級純GR，國藥集團化學試劑有限公司）；調諧液（濃度為10 μg/L，美國安捷倫公司）；標準溶液：ICP分析多元素標準溶液GNM-M196438-2013（As、Pb、Cd、Cr濃度均為10 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；內標液（Sc，Ge，In，Bi濃度均為100 mg/L，美國安捷倫公司）；標準物質：大米粉成分分析標準物質GBW（E）100348（鋼鐵研究總院分析測試研究所，鋼鐵納克檢測技術有限公司，湖南省糧油產品質量監測中心）；本實驗所用玻璃儀器均用20%硝酸浸泡過夜，再用超純水沖洗后備用。

1.1.3 樣品

不同產地的10批次大米樣品。

1.2 方法

1.2.1 儀器工作參數

用1 mg/L調諧液對儀器進行優化，使儀器達到最佳工作條件，各項參數均符合檢測要求。ICP-MC儀器的設定參數為：①等離子體。RF功率1 550 W，RF匹配1.60 V，采樣深度9.0 mm，霧化器0.8 L/min，蠕動泵0.1 r/s，霧化室溫度2 ℃，補償/稀釋氣體0.30 L/min；②透鏡。提取透鏡1～60.0 V，提取透鏡2～200.0 V，Omega偏轉電壓-120 V，Omega透鏡6.4 V，碰撞池入口-30 V，碰撞池出口-85 V，Deflect6.6 V，Plate Bias-75 V；③碰撞池。氦氣流量4.5 mL/min，八極桿偏轉電壓-18.0 V，八極桿RF 200 V，能量歧視5.0 V。

1.2.2 樣品處理方法

將在市場上購買的大米樣品粉碎，準確稱取樣品0.3 g（精確至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入2 mL過氧化氫和6 mL硝酸，蓋緊微波消解罐的蓋子后放入微波消解儀中，按表1的消解程序進行消解，消解結束后取出冷卻，冷卻后用超純水少量多次的轉移消解液至50 mL容量瓶中，加水至刻度線，搖勻，同時做樣品空白實驗及加標回收試驗，上機測定。

表1 微波消解程序

1.2.3 標準溶液的制備

（1）繪制標準曲線。精密量取1.00 mL標準溶液于100 mL容量瓶中，用5%硝酸稀釋，得到濃度為100 ng/mL標準儲備液，再精確量取一定量的標準儲備液，用5%硝酸稀釋，得到以下濃度梯度的標準溶液：0.0 ng/mL、1.0 ng/mL、2.0 ng/mL、5.0 ng/mL、10.0 ng/mL、20.0 ng/mL和50.0 ng/mL。

（2）內標液的制備。精確量取一定量的內標標準溶液，用5%硝酸逐級稀釋，制得濃度為1.0 μg/mL的內標標準溶液。

1.2.4 調諧液的制備

精密量取一定量的調諧液，用5%硝酸稀釋，制得濃度為1 mg/L的調諧液。

1.2.5 上機測定

打開電感耦合等離子體質譜儀，設置好工作程序和樣品序列，按2.1的條件進行調諧，將儀器調至最佳工作狀態，滿足實驗要求，同時選擇Sc、Ge、In、Bi作為待測元素的內標物，以消除機體效應，克服信號漂移，使基線穩定。待儀器達到實驗要求并保持穩定后，分別將系列標準溶液、樣品空白溶液、樣品溶液、樣品加標溶液及質控樣溶液引入儀器進行測定。

2 結果與分析

2.1 前處理方法的選擇

2.1.1 消解方法的選擇

對比干法消解、濕法消解和微波消解3種不同前處理方式的消解效果。實驗結果表明，濕法消解和干法消解均會造成部分元素損失而導致回收率偏低，而微波消解是在密閉容器中利用微波加熱消解液和試樣，在高溫高壓條件下使樣品快速溶解，該消解方式可將樣品中的有機物消解完全，元素損失較小，回收率相對較高[1]。因此，本實驗選擇微波消解作為樣品前處理方式。

2.1.2 消解體系的選擇

在金屬元素檢測的各種實驗方法中，常用的消解體系有 HNO3、HNO3-H2O2、HNO3-HClO4和 HNO3-H2SO4等。HNO3雖然有一定的消解能力，但大米基質比較復雜，不容易完全消解，所以本實驗不考慮只用HNO3作為消解體系。HClO4是一種強氧化劑，能徹底分解有機物，高氯酸在245 ℃分解，產生大量氣體副產品，在常壓下預處理使用，對于密閉消解體系，要謹慎評估，不可輕易使用。硫酸幾乎可以破壞所有的有機物，但是在密閉消解時要嚴格監控反應溫度，因為濃硫酸沸點是338 ℃，遠高于聚四氟乙烯的最高使用溫度240 ℃，在消解時可能熔化聚四氟乙烯消化管，而且很多硫酸鹽是不可溶的（如Ba、Sr、Pb），對測定結果會產生影響[2]。HNO3-H2O2消解體系氧化性較強，且過氧化氫加入硝酸中，能降低硝酸用量，降低氮氣的釋放，降低消解溫度，加速樣品消化。硝酸含有O、N和H元素，與氣體類似，過氧化氫同水相似，兩者均不會產生多原子離子干擾[3]。對比以上幾種消解體系，選擇HNO3-H2O2作為本實驗的消解體系。因此，本實驗最終選擇HNO3-H2O2作為消解體系，用微波消解的方式進行樣品前處理。

2.2 方法學驗證

2.2.1 線性關系與檢出限

將制備好的標準溶液進行上機測定，以濃度（ng/mL）為橫坐標，各元素與內標溶液響應值比值為縱坐標，繪制標準曲線，相關系數為0.999 9～1.000 0，線性良好，滿足實驗要求。檢出限為0.005 07～0.041 60 ng/mL，檢出限低，表明該方法靈敏度高。線性及檢出限結果見表2。

表2 線性及檢出限

2.2.2 準確度

按照1.2.2的處理方法對質控樣進行前處理，上機測定，計算結果并與標準值比較，得出相對誤差，相對誤差均小于10%，符合《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》（GB 27404—2008）的相關要求[4]，說明該方法準確可靠，結果見表3。

表3 準確度

2.2.3 加標回收率實驗

在樣品中加入適量的標準溶液，按照2.2的方法對加標樣品進行前處理。本實驗做了3個濃度的加標回收實驗，每個濃度的加標樣都做了2個平行實驗，實驗結果取2個平行實驗的平均值。加標回收率在81.68%～99.20%，回收率高，說明方法準確度高，實驗結果見表4。

表4 加標回收率

2.2.4 精密度及穩定性實驗

本實驗分別對樣品空白和質控樣進行9次重復測定，得出各元素的RSD。結果顯示相對標準偏差RSD均小于5%，表明各元素在本次實驗條件下測定結果穩定，精密度高，重現性好，結果見表5。

表5 穩定性試驗及精密度/（n=9）

2.2.5 樣品測定結果

本實驗對不同產地的10批次大米樣品進行測定，測定結果見表6，按照《食品安全國家標準 食品中污染物限量》行業標準第1號修改單（GB 2762—2017/XG1—2021）的相關規定[5]，均未超出相應元素的規定標準（As、Pb、Cd≤0.2 mg/kg，Cr≤1 mg/kg）。在這10批次大米中，均未檢出Pb，其中3批次樣品未檢出Cr，As和Cd雖然均有檢出，但是不同批次大米檢出的結果均不相同，這可能與大米的生長環境、大米品種及加工過程中引入某些元素等因素有關。

表6 大米測定結果

3 結論

ICP-MS因其操作方便快捷，檢測元素范圍廣，具有較高靈敏度和準確度等優勢，成為測定各種元素最常用的分析方法，已廣泛應用于食品、醫藥等行業中。本實驗建立了一種能同時測定大米中砷，鉛，鎘，鉻4種重金屬元素的檢測方法，實驗結果表明，該方法線性良好，檢出限低，準確度和精密度均高，消耗試劑少，操作步驟簡單，能同時測定大米中的砷、鉛、鎘和鉻4種重金屬元素的含量，為大米中其他元素的檢測提供了檢測依據，也為大米的質量監控和安全性研究奠定實驗基礎。