微波消解-电感耦合等离子体质谱法同时测定畜内脏5 种有害元素含量

◎ 屈 龙，乔庆东，曹 民，吴云钊

（北京市昌平区疾病预防控制中心，北京 102200）

畜产品是人类食物的主要来源之一，含有丰富的优质蛋白质、维生素和微量元素等，能为人们生活提供必要的营养物质。随着现代化工业的快速发展，产生和排放出大量的工业“三废”，这些工业废液中的大量有毒有害元素会通过不同的途径污染农业生态环境，进而影响畜牧养殖业，它们会在牲畜体内不断蓄积。动物内脏是有害元素富集的主要场所，通过生物链进入并在肝、肾等内脏器官不断蓄积，人们进食这些畜内脏后，有害元素会和人体中的有机成分结合，造成中毒，引起蛋白变性，损害肝肾等内脏功能、血液循环系统和神经系统[1]。因此，畜内脏中有害元素的含量测定成为食品安全研究的重点内容之一。为保障人们“舌尖上的安全”，丰富餐桌文化，必须建立一种简单快速且准确的检验方法，加强对畜内脏中有害元素的日常检测。

目前，实验室测定各种有害元素常用的方法有原子吸收光谱法[2-5]、原子荧光光谱法[6-7]、电感耦合等离子体原子发射光谱法[8-9]以及电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）[10-11]等。其中，ICP-MS 能同时测定多种不同的元素，具有干扰小、线性范围较宽、检出限低以及准确性可靠等优点，成为实验室多元素测定的最主要检测方法。本研究以硝酸-过氧化氢为消解液，样品经微波消解后定容，采用ICP-MS 法同时测定畜内脏中铅、铬、镍、砷和镉5 种有害元素的含量。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

NexION 300D 型电感耦合等离子体质谱仪，美国铂金埃尔默公司；CEM MARS 6 240/50 微波消解仪，美国CEM 公司；EHD-24 赶酸器，东方科创生物技术有限公司；SG 超纯水机，德国Siemens 公司；PT2500E 均质器，瑞士凯恩麦特阁公司；Sartorius CPA225D 电子天平，德国赛多利斯公司。

1.2 试剂与标物

1 000 μg·mL-1铬、镍、砷、镉、铅5 种元素标准储备液，均购于中国计量科学研究院；硝酸（HNO3），优级纯；双氧水（H2O2），优级纯；标准物质：猪肝，GBW10051，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所；内标元素储备液，10 mg·L-1的Li、Sc、Ge、In、Bi 混合标准溶液（1%HNO3），美国铂金埃尔默公司；调谐液，1 μg·L-1的 Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 混合标准溶液（1% HNO3），美国铂金埃尔默公司；氩气（Ar），高纯氩气（＞99.99%）；水为超纯水机制备的超纯水。

1.3 样品处理

取动物内脏样品至少500 g，用干净的吸水纸擦去表面血污，肾脏应去除表层包膜，取鲜红的皮质部（为可食用部分），避免取白色筋膜和内部髓质部分。将内脏样品先切成小块，再用均质器或匀浆机充分打碎混匀后，倒出装到封口袋中备用。准确称取粉碎处理后样品0.5 g 左右（精确到0.001 g），置于经硝酸浸泡过并洗净的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入5 mL硝酸后置于赶酸器中110 ℃加热预消解30 min 后取出，待冷却至室温后加入2 mL H2O2，加盖旋紧，于微波消解仪内消解，消解程序见表1。待消解完成后，取出消解罐去盖（全过程必须在通风橱内带防酸手套进行），将消解罐置于赶酸器上，调温度为150 ℃加热，赶酸至消解液为1 mL 左右，待冷却后将其倒入50 mL容量瓶中，用1%的硝酸分多次洗涤消解罐，并将洗涤液转入50 mL 容量瓶中，最后定容至刻度，摇匀，放置30 min 后上机测定，同时制备试剂空白样品及加标回收样品。

表1 消解仪的消解程序表

1.4 ICP-MS 工作参数及工作曲线制备

打开ICP-MS 电源并进行预热，接通氩气，依据相关仪器参数进行自动调谐优化，使用1 μg·L-1的混合标准调谐液调节ICP-MS 仪器条件，使质谱灵敏度大于2 000 cps（Be）、15 000 cps（Mg）、40 000 cps（In）、50 000 cps（U），保证仪器的灵敏度处于最佳状态；双电荷比率（以Ce++/Ce 计）≤3%，控制测定过程中生成的二次电离产物的负面影响；氧化率（以CeO/Ce 计）≤3%，降低多原子分子离子以及氧化产物在测定过程中产生的干扰，从而得到最佳的灵敏度及分辨率。仪器使用功率：1 600 W；采样深度：8～10 mm；同心雾化器流量：1.02 L·min-1；铂采样锥和截取锥；等离子体气流量：18.6 L·min-1；辅助气流量：1.28 L·min-1；重复测定3次。

根据仪器的响应情况及待测样品的具体需求，以1%的硝酸为稀释液，将铬（Cr）、镍（Ni）、砷（As）、镉（Cd）和铅（Pb）5 种元素的标准储备液逐级稀释，最终准确配制成浓度为0 μg·L-1、0.5 μg·L-1、1.0 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的多元素混合标准系列溶液；以1%的硝酸为稀释液，将内标标准储备液逐级稀释，最终准确配制浓度为50 μg·L-1。最佳ICP-MS 工作条件下，将混合标准系列和处理好的样品进行上机测定，仪器的进样管和内标管通过三通连接，内标液随元素测定过程同时在线吸入，在此优化条件下同时测定空白和试样。

2 结果与分析

2.1 微波消解试剂的选择

检测畜内脏样品中的金属元素，样品的消解是非常关键的步骤。目前各实验室在食品样品前处理的方法中，最常用的处理方法是湿法消化、干灰化法和微波消解法3 种。其中，干灰化法的优点是破坏彻底，操作简便，空白值低；缺点是时间长、温度高，易造成挥散损失。湿法消解优点是操作简便；缺点是消解样品需要大量的酸，同时还需要人员长时间观察消解液的量。相对于湿法消解和干灰化法这两种方法，使用微波消解法更加简便快捷和准确，处理的样品更为彻底，操作相对简单，且该法消化样品始终在密闭消解罐中进行，因此可以有效防止样品在消解过程中带来的损失。最重要的是微波消解法具有安全性高、高效快速、空白值低、试剂消耗量少、环境污染小和外部污染干扰少的优点。因此，本文采用微波消解法进行样品的前处理。

目前，样品消化常用的消解液有HNO3、HClO4及H2O2。在微波消解罐的密闭环境中，高压条件下，HClO4分解会快速增大消解罐内的压力，容易使消解罐爆裂，危险性较高。此外，在ICP-MS 分析中，HClO4消解液容易引入氯离子及氯与其他元素形成的多原子离子，从而产生多原子离子干扰和相应同位素干扰。在相同的微波消解程序下使用5 mL HNO3+2 mL H2O2消解样品，双氧水的加入能明显提高氧化能力，使样品的消解更为完全，消解液也更加干净透明，5 种有害元素的回收率更好。因此，本试验选择HNO3+H2O2消解液体系。

2.2 干扰的种类与消除

使用ICP-MS 测定样品的过程中，存在着各种因素带来的干扰，其中物理干扰、谱线干扰及基体干扰是最为常见的3 种。谱线干扰是ICP-MS 检测中最为明显的干扰，包括来自样品基体、溶剂、等离子体气体或它们的共同作用。两个原子或多个原子离子化合物产生的多原子离子或分子离子的谱线干扰和Ar 与溶解样品的酸中的元素也能形成多原子离子干扰。基体干扰需要用相关离子交换柱去除；溶剂干扰需要用带冷却装置的雾室系统去除。物理干扰通常采用内标法进行校正补偿，内标的选择要不含有这些内标元素，不受样品或分析元素的谱线干扰，不能是环境容易沾污的元素，通常与待测元素在相近的质量范围。5 种待测元素与其对应的内标元素见表2。

表2 待测元素与其对应的内标元素表

2.3 标准系列的线性方程、相关系数及检出限

在优化好的ICP-MS 仪器条件下，将标准系列及内标液上机测定，待测定完成后，在仪器中输入标准系列的具体浓度值，仪器经自动校正补偿后得出线性方程及相关系数。本试验按照取样量0.5 g，经消化处理后用1%的硝酸定容至50 mL，上机测定后，仪器自动算出样品中各元素的含量。同时将试剂空白进行11 次检测后计算其标准偏差，将3 倍标准偏差定为方法的检出限，把10 倍标准偏差定为方法的定量下限，结果见表3。分析可知，该方法线性关系良好，相关系数（R）≥0.999 3，方法检出限＜3.0 μg·kg-1，完全能满足这5 种元素的测定。

表3 各元素的线性方程、线性范围及方法检出限表

2.4 精密度试验

选用同属于动物内脏的猪肝标准物质（GBW10051）进行方法精密度试验。取一份处理好的猪肝样品分别平行测定6 次，结果见表4。标准物质中各元素的实测平均值均在标准值的允许范围内，相对标准偏差≤3.07%。

表4 精密度试验结果表（n=6）

2.5 方法的加标回收试验

本研究选取市场购买猪肾、羊肝、牛百叶作为加标样品，每类样品都制备加标量为0.01 mg·kg-1、0.02 mg·kg-1和0.05 mg·kg-13 个不同浓度的加标样，且每个浓度制备6 份平行样，用于计算平均加标回收率及RSD 值，实验结果见表5。本法加标回收试验得到了很好效果，其回收率在88.3%～109.8%，RSD ≤8.8%，表明本法准确可靠，可用于畜内脏中5 种元素的测定分析。

表5 加标回收试验结果表（n=6）

2.6 样品分析

从市场上购买猪心、猪肝、猪肾、羊肝、羊肚、羊肾、牛百叶和牛肚等动物内脏各5 份共40 件样品，按照本文优化的方法进行检测，发现食品污染物指标检测结果中，检测结果均低于国家标准中规定的限量标准值[12]。羊肾样品中Cd 含量最高，为0.813 mg·kg-1；猪肝样品中Cr 含量最高，为0.373 mg·kg-1。虽然此次检测结果没有超过国家标准规定的限量值，但是有害元素含量较高，应注意摄入此类食品的用量和频率。

3 结论

采用硝酸-过氧化氢作为消解液，取适量样品经微波消解仪消解处理后，稀释液定容，应用优化好的ICP-MS 仪进行测定。实验结果表明，用该方法测定分析畜内脏中5 种有害元素含量，其精密度好、准确度高，且前处理操作快速简单、对环境污染小，能应用于畜内脏中多元素含量的测定，为食品安全和市场监管提供有力支持。