單模微波消解-ICP-MS法測定扇貝中的5種重金屬元素

王冰 邵愛梅 朱嫻 彭懷雪 王睿 徐勤

摘 要：目的：建立單模微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）法測定扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素的方法。方法：采用普通微波消解法和單模微波消解法對扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024進(jìn)行前處理，ICP-MS測定5種重金屬元素的含量，對比兩者的消解效果。結(jié)果：采用單模微波消解法前處理時，5種重金屬元素在0～100.0 μg·L-1線性良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，方法檢出限為0.000 76～0.007 50 mg·kg-1，加標(biāo)回收率為82.7%～102.6%，精密度為0.63%～2.80%。結(jié)論：單模微波消解-ICP-MS法操作簡單、方便高效，且具有較高的精密度和準(zhǔn)確度，適用于扇貝中重金屬的檢測。

關(guān)鍵詞：單模微波消解法；重金屬；扇貝；電感耦合等離子體質(zhì)譜法

Determination of Five Heave Metal Elements in Scallop by Single Mode Microwave Digestion-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry

WANG Bing， SHAO Aimei， ZHU Xian， PENG Huaixue， WANG Rui， XU Qin*

（Yangzhou Center for Disease Control and Prevention， Yangzhou 225009， China）

Abstract： Objective： To establish a method for the determination of five heavy metal elements， namely chromium， arsenic， cadmium， mercury and lead， in scallops by single-mode microwave digestion and inductively coupled plasma-mass spectrometry （ICP-MS）. Method： The common microwave digestion method and single mode microwave digestion method were used for the pre-treatment of scallop standard GBW10024， and the contents of the five heavy metal elements were determined by ICP-MS， and the digestion effects of the two methods were compared. Result： The linearity of the five heavy metal elements was good in the concentration range of 0～100.0 μg·L-1?with the correlation coefficients greater than 0.999， and the limits of detection of the method were in the range of?0.000 76～0.007 50 mg·kg-1， the spiked recoveries were in the range of 82.7%～102.6%， and the precision was in the range of 0.63%～2.80% when single mode microwave digestion was used for the pre-treatment of scallop standard GBW10024. Conclusion： The single-mode microwave digestion-ICP-MS method is simple， convenient and efficient， and has high precision and accuracy， which is suitable for the detection of heavy metals in scallops.

Keywords： single mode microwave digestion; heavy metal; scallop; inductively coupled plasma-mass spectrometry

重金屬元素廣泛存在于環(huán)境中，會通過水環(huán)境污染逐漸富集到海產(chǎn)品體內(nèi)，對食用者的健康造成危害，因此海產(chǎn)品中重金屬元素檢測越來越受到重視[1-2]。目前，海產(chǎn)品中重金屬的測定方法包括石墨爐原子吸收光譜法、火焰原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法等[3-7]。前處理大都采用普通微波消解法，其最高消解溫度只能達(dá)到190 ℃，需要單獨罐體密閉和泄壓，消耗時間較長。相對于普通微波消解，單模微波消解簡單易用、穿透力更強[8-9]。因此，本文采用單模微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）法測定扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素，建立快速準(zhǔn)確檢測扇貝中5種重金屬元素的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

扇貝樣品（5份）：購于本地市場。

硝酸：優(yōu)級純，美國Fisher；混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（20 mg·L-1）：美國AccuStandard；汞標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg·L-1）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；Sc、Ge、In等內(nèi)標(biāo)混合液（100 mg·L-1）：美國Agilent；Li、Y、Ce、Tl、Co質(zhì)譜調(diào)諧液（0.1 mg·L-1）：美國Agilent；扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024：中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：7900，美國Agilent；微波消解儀：EThos A型，意大利Milestone；Discover SP-D，美國CEM；電熱板：EH20Aplus，北京LabTech；EHD-16，北京東航科儀；超純水系統(tǒng)：明澈TM-D 24uv，美國millipore；電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：DHG-9101.1A型，常州普天；電子天平：XS205DU，美國Mettler Toledo。

1.3 方法

1.3.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確吸取混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液逐級稀釋為0 μg·L-1、0.1 μg·L-1、0.2 μg·L-1、1.0 μg·L-1、2.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、50.0 μg·L-1和100.0 μg·L-1的系列混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液；準(zhǔn)確吸取汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，用體積分?jǐn)?shù)為2%的硝酸溶液逐級稀釋為0 μg·L-1、0.05 μg·L-1、0.10 μg·L-1、0.20 μg·L-1、0.50 μg·L-1、1.00 μg·L-1、2.00 μg·L-1和4.00 μg·L-1的系列汞標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3.2 普通微波消解

取扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024于80 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥4 h后，準(zhǔn)確稱取0.5 g參考GB 5009. 268—2016[10]中消解方法加入8.0 mL HNO3，冷消化過夜，次日加入1.0 mL H2O2，按以下的消解條件進(jìn)行消解：120 ℃升溫5 min，160 ℃升溫5 min，190 ℃保溫20 min。程序結(jié)束后，140 ℃脫硝30 min，用水定容至50.0 mL待測。

1.3.3 單模微波消解儀消解

取扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024于80 ℃電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱干燥4 h后，準(zhǔn)確稱取0.5 g加入5.0 mL HNO3，冷消化15 min后，按照180 ℃升溫5 min，保溫10 min進(jìn)行消解。程序結(jié)束后，140 ℃脫硝30 min，用水定容至50.0 mL待測。

1.3.4 儀器條件與參數(shù)設(shè)置

射頻功率：1 550 W；等離子氣體流量：15 L·min-1；輔助氣流速：1.0 L·min-1；載氣流速：1.05 L·min-1；采樣深度：8.0 mm；碰撞氣體流速：4.5 mL·min-1；儀器滿足使用所要求的背景、氧化物、靈敏度、雙電荷、穩(wěn)定性等各項指標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 工作曲線及檢出限

采用單模微波消解與普通微波消解對扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024進(jìn)行前處理，ICP-MS測定鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素含量，所得各元素線性方程及相關(guān)系數(shù)見表1。結(jié)果顯示，各元素在0～100.0 μg·L-1線性良好，回歸系數(shù)均大于0.999。

將兩種消解法的樣品空白溶液各測定11次，計算標(biāo)準(zhǔn)偏差得檢出限（Limit of Detection，LOD），定量限（Limit of Quantification，LOQ）為3.3倍檢出限。單模微波消解法LOD為0.000 76～0.007 50 mg·kg-1，LOQ為0.002 5～0.025 0 mg·kg-1；普通微波消解法LOD為0.008 10～0.018 00 mg·kg-1，LOQ為0.027 0～0.060 0 mg·kg-1。與普通微波消解法相比，單模微波消解法前處理有更低的檢出限，主要是因為單模微波消解法用酸量比普通微波消解法少，樣品空白溶液的背景值會更低，可獲得更好的分析靈敏度。

2.2 方法準(zhǔn)確度與精密度

對扇貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10024采用普通微波和單模微波前處理，選擇質(zhì)控樣品驗證和加標(biāo)回收進(jìn)行方法準(zhǔn)確性評價，加標(biāo)濃度為低、中、高3個濃度。測定值、精密度（n=6）及加標(biāo)回收率見表2，結(jié)果顯示，普通微波消解法和單模微波消解法的測定值均在定值范圍內(nèi)，普通微波消解法加標(biāo)回收率為82.1%～103.8%，RSD為1.55%～4.07%；單模微波消解法加標(biāo)回收率為82.7%～102.6%，RSD為0.63%～2.80%。因此，對于扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素的測定，兩種前處理方法均可接受，但單模微波消解法具有更佳的準(zhǔn)確度和精密度。

2.3 單模微波消解法與普通微波消解法的對比

與普通微波消解法相比，單模微波消解法用于扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素的測定時具有3方面的優(yōu)勢：①單模微波消解采用了定向耦合、高能量聚焦腔和快速渦流等技術(shù)，在幾分鐘內(nèi)便可完成消解，還包括了冷卻時間，極大程度地縮短了消解時間；②單模微波消解加酸量為5 mL，而普通微波消解加酸量至少為8 mL，較少的加酸量在降低成本、減少污染的同時，還能獲得更佳的分析檢出限；③單模微波消解法操作簡便，僅需安裝、去除消解蓋即可，無須像普通微波消解一樣逐一拆裝聚四氟乙烯消解管，減少了操作步驟，提高了效率。

2.4 實際樣品檢測

檢測的5份扇貝中，Cr、As、Cd、Pb、Hg的含量分別為0.105～0.456 mg·kg-1、0.231～1.082 mg·kg-1、0.163～0.501 mg·kg-1、0.002 27～0.036 90和0.064 9～0.377 0 mg·kg-1，中位數(shù)分別為0.272 mg·kg-1、0.545 mg·kg-1、0.208 mg·kg-1、0.012 1 mg·kg-1和0.194 mg·kg-1。

3 結(jié)論

本文建立了一種單模微波消解-ICP-MS測定扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素的方法，方法學(xué)評價顯示5種重金屬元素在0～100.0μg·L-1具有良好的線性關(guān)系；檢出限低、靈敏度高、操作簡便，節(jié)約了分析時間，提高了分析效率；利用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行驗證，檢測結(jié)果均在可接受范圍內(nèi)。因此，單模微波消解ICP-MS法可以滿足扇貝中鉻、砷、鎘、汞和鉛5種重金屬元素的檢測需求。

參考文獻(xiàn)

[1]蘭冠宇，李鷹，俞曉峰，等.超級微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測定土壤中13種元素[J].中國無機分析化學(xué)，2021，11（5）：1-8

[2]馬玲，楊立學(xué)，馮佩，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定海魚中6種重金屬含量[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2021，12（5）：1694-1698.

[3]金黎明，齊昭京，鄭銘旻，等.微波消解-火焰原子吸收光譜法測定核桃楸皮中金屬元素含量[J].保鮮與加丁，2020，20（3）：173-176.

[4]佟馨，吳冬，郝克非，等.微波消解石墨爐原子吸收法測定食用油中鉻和鎘[J].糧食與食品工業(yè)，2015，22（2）：100-103.

[5]劉桂英，王少斌.微波消解-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定中藥材中痕量砷[J].理化檢驗（化學(xué)分冊），2012，48（1）：53-55.

[6]趙一霖，霍霈霖，李吉龍，等.超級微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜/質(zhì)譜法高效測定不同基質(zhì)食品中27種礦物質(zhì)元素[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2018，9（10）：2404-2410.

[7]何兵兵，喬晴，王向軍，等.超級微波消解-ICP-MS法測定食用油中鉛、砷、銅[J].中國油脂，2018，43（11）：133-136.

[8]封蓉芳，朱建豐，陳軍.環(huán)形聚焦單模微波消解-ICP-MS法檢測罐頭食品中釩、鉻、鎳、鎘、鉛、砷、錳、鋁、銅、錫[J].化學(xué)分析計量，2017，26（6）：48-51.

[9]王昭國，于喆源，王繼.單模微波消解-ICP-MS法同時對大棗中19種元素的測定與分析研究[J].吉林化工學(xué)院學(xué)報，2020，37（9）：70-76.

[10]國家衛(wèi)生和計劃生育委員會，國家食品藥品監(jiān)督管理總局.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測定：GB 5009.268—2016[S].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2016.