微波消解ICP-MS同時(shí)測(cè)定螺旋藻粉中6種有害元素

劉華

（福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，福建 福州 350002）

螺旋藻（spirulina）又稱“節(jié)旋藻”，為一類低等原核生物，屬藍(lán)藻綱、顫藻科、螺旋藻屬。該屬含有幾十個(gè)種，原產(chǎn)于位于赤道的非洲鹽湖中，現(xiàn)通過養(yǎng)殖開發(fā)可生長(zhǎng)于各淡水、海水中。螺旋藻含有8種人體必需氨基酸，蛋白質(zhì)含量達(dá)到58.5%～83.4%，此外還有維生素、脂肪酸（γ-亞麻酸）、多糖和微量元素等多種營(yíng)養(yǎng)成分[1]。由于螺旋藻獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，目前各類螺旋藻制品已成為深受大眾喜愛的保健營(yíng)養(yǎng)品。螺旋藻具有豐富的生物活性物質(zhì)，隨著人們保健意識(shí)的增強(qiáng)，越來(lái)越多的研究集中于螺旋藻保健功能的開發(fā)[2-5]。

受環(huán)境污染的影響螺旋藻在生長(zhǎng)過程中會(huì)吸附某些重金屬，且在加工過程中也容易被鉛、鎘等重金屬污染，但是目前對(duì)螺旋藻中有害元素含量的檢測(cè)方法的研究卻鮮有報(bào)道。螺旋藻含有豐富的礦物質(zhì)，基體較復(fù)雜，在元素的測(cè)定過程中易產(chǎn)生干擾。目前測(cè)定螺旋藻中鉛、鎘、鉻多采用原子吸收法[6]，測(cè)定砷、汞多采用原子熒光法。原子吸收法與原子熒光法單次只能檢測(cè)一種元素，且檢驗(yàn)過程繁瑣；電感耦合等離子體譜線干擾嚴(yán)重；電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）與原子吸收、原子熒光、電感耦合等離子發(fā)射光譜相比，具有簡(jiǎn)便快速、靈敏度高、可同時(shí)測(cè)定多元素的優(yōu)點(diǎn)[7-8]。本研究利用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定螺旋藻粉中鉛、砷、鎘、鉻、汞、鋁6種有害元素，利用8級(jí)桿碰撞/反應(yīng)池技術(shù)減少多原子離子的干擾，極大提高了檢測(cè)速度，同時(shí)檢測(cè)精密度高、檢出限低、穩(wěn)定性好?？傊?，該法分析速度快、操作簡(jiǎn)易，是一種值得推廣的檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

硝酸（優(yōu)級(jí)純，德國(guó)CNW公司）；重鉻酸鉀（分析純）；超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）；氬氣（純度＞99.9%）。

紫菜成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10023(GSB-14)；汞標(biāo)準(zhǔn)貯備液（1000μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液（鋁、砷、鉛、鎘、鉻等混標(biāo)，100.0μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；鋁標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1000μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）。

內(nèi)標(biāo)液（1 μg/mL鈧、鍺、銦、錸標(biāo)準(zhǔn)溶液）；調(diào)諧液（10 μg/L鋰、釔、鉈標(biāo)準(zhǔn)溶液）。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent 7700x電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)安捷倫科技有限公司)；

MARS 5微波消解儀（美國(guó)CEM公司）；

Sartorius BSA224S電子天平（賽多利斯科學(xué)儀器有限公司）；

DKQ-4型智能控溫電加熱器（上海屹堯微波化學(xué)技術(shù)有限公司）；

Milli-Q超純水機(jī)（美國(guó)Milipore公司）。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取粉碎均勻的螺旋藻粉0.200 g（精確至0.1mg）于聚四氟乙烯消解罐內(nèi)，加入5 mL硝酸，加蓋并放置過夜后將消解罐蓋旋緊，放入微波消解儀進(jìn)行消解。樣品消解完全后，冷卻至室溫，旋開消解罐，置于溫度設(shè)置為110 ℃的趕酸器中趕酸，待消解液濃縮至1 mL左右時(shí)，將其移入25 mL容量瓶中，以少量超純水清洗消解罐至少3次，洗液一同并入容量瓶中，定容、搖勻。同時(shí)按上述步驟做試劑空白。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

多元素標(biāo)準(zhǔn)工作液(鋁、砷、鉛、鎘、鉻混標(biāo))的制備：準(zhǔn)確吸取10.0 mL濃度為100.0 μg/mL的多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用2%硝酸定容至100 mL，得到10.0 μg/mL多元素標(biāo)準(zhǔn)中間液，采用逐級(jí)稀釋法，得到最終濃度依次為0、10.0、20.0、50.0、100、200、500 μg/L的多元素標(biāo)準(zhǔn)系列使用液。

汞標(biāo)準(zhǔn)工作液的制備：準(zhǔn)確吸取1.00 mL 濃度為1000 μg/mL的汞標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用1%鹽酸+0.05%重鉻酸鉀混合溶液定容至100 mL，得到10.0 μg/mL汞標(biāo)準(zhǔn)中間液，通過逐級(jí)稀釋得到濃度依次為0、0.500、1.00、2.00、5.00、10.0 μg/L的汞標(biāo)準(zhǔn)工作液。

1.3.3 ICP-MS測(cè)定

儀器參數(shù)的選擇直接影響待測(cè)元素單電荷的離子強(qiáng)度及氧化物，為降低多原子離子的干擾，合理的儀器參數(shù)的優(yōu)化是必須的。實(shí)驗(yàn)采用優(yōu)化后參數(shù)進(jìn)行螺旋藻粉中各元素的測(cè)定，具體操作以10 ng/mL鋰、釔、鉈混合調(diào)諧液將低、中、高質(zhì)量數(shù)調(diào)諧到具有穩(wěn)定高靈敏度狀態(tài)，并且使CeO/Ce和Ce2+/Ce分別低于1.0%和1.5%。得出的最佳儀器工作條件為：RF功率1550 W；霧化室溫度2 ℃；采樣深度7.0 mm；載氣流量1.03 L/min；碰撞池模式選用He模式，He流量2.0 mL/min。

分別對(duì)系列標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液以及待測(cè)樣品進(jìn)行分析，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量。

2 結(jié)果

2.1 微波消解條件

微波消解過程中，功率與溫度低時(shí)消解會(huì)不徹底，而溫度過高會(huì)使消解罐內(nèi)壓力過大，酸會(huì)泄露并致使部分易揮發(fā)元素產(chǎn)生損失，故采用程序升溫的方式以得到滿意的消解效果。加酸后放置過夜預(yù)消解可以保證樣品消解完全且無(wú)損失。為了防止汞元素和砷元素流失，趕酸過程溫度采用110 ℃[9]。最終微波消解條件具體見表1。

表1 微波消解程序

2.2 測(cè)定方法

螺旋藻粉樣品基體復(fù)雜，在分析過程中易產(chǎn)生干擾，克服基體干擾是分析其元素的關(guān)鍵。本研究采用8級(jí)桿碰撞/反應(yīng)池技術(shù)減少多原子離子的干擾。另外受分析樣品的基體干擾，被測(cè)元素的分析信號(hào)可能會(huì)隨時(shí)間而發(fā)生漂移。通過合適的內(nèi)標(biāo)校正體系，能在一定程度上減少基體干擾，從而很好的減少因分析信號(hào)漂移而造成的誤差，大大改善了分析精度[10]。為了獲得準(zhǔn)確可靠的檢測(cè)結(jié)果，測(cè)定過程中采用在線內(nèi)標(biāo)法利用三通閥將待測(cè)樣品與內(nèi)標(biāo)溶液混合后進(jìn)樣。

實(shí)驗(yàn)過程中各元素與內(nèi)標(biāo)元素的對(duì)應(yīng)關(guān)系為：27Al、52Cr以45Sc作為內(nèi)標(biāo)；75As以72Ge、111Cd以115In、202Hg和208Pb以185Re作為內(nèi)標(biāo)。

2.3 方法的線性范圍及檢出限

在優(yōu)化后的實(shí)驗(yàn)條件下，將樣品空白溶液平行測(cè)定11次，并以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度計(jì)算各元素的檢出限。以各元素與內(nèi)標(biāo)測(cè)量值的比值Y為縱坐標(biāo)，相應(yīng)的質(zhì)量濃度X（μg/L）為橫坐標(biāo)，得出各元素的線性方程。

各元素的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限見表2，由表2可知，該方法均能滿足各元素的實(shí)際檢測(cè)需求。

表2 線性參數(shù)與檢出限

2.4 回收率和重復(fù)性試驗(yàn)

在上述測(cè)試條件下，對(duì)螺旋藻粉進(jìn)行2個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn)，每個(gè)濃度水平做6個(gè)平行，計(jì)算各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差與回收率，結(jié)果見表3。

由表3實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出，利用ICP-MS測(cè)定以上6種元素的加標(biāo)回收率為97. 0%～108%，回收率良好；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.93%～3.9%，重復(fù)性較好。

2.5 方法準(zhǔn)確性

在實(shí)際測(cè)定中，常采用分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的結(jié)果來(lái)驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，本實(shí)驗(yàn)選取國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)紫菜成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10023(GSB-14)作為質(zhì)控，結(jié)果見表4。標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中6種元素的測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參考值基本相符，表明該方法的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=6）

表4 紫菜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)成分分析結(jié)果

2.6 實(shí)際樣品檢測(cè)分析

按照本方法對(duì)10種不同螺旋藻粉中的6種元素進(jìn)行測(cè)定，由表5結(jié)果可看出10種螺旋藻粉中有4種砷元素稍高于GB/T 16919-1997《食用螺旋藻粉》[11]中As≤0.5 mg/kg的規(guī)定。而螺旋藻的污染元素來(lái)源主要有2方面，一是生長(zhǎng)環(huán)境的影響，比如水質(zhì)污染；另外一個(gè)重要因素則是加工儲(chǔ)運(yùn)環(huán)節(jié)的污染[12]，在養(yǎng)殖加工過程中盡量避免污染，并加強(qiáng)檢測(cè)，即可生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)的螺旋藻產(chǎn)品。

表5 10種樣品檢測(cè)結(jié)果（n=6） 單位：mg/kg

3 結(jié)論

本研究采用微波消解法進(jìn)行樣品前處理，消解速度快，消解徹底，并且采用110℃趕酸，避免了元素的揮發(fā)損失，是一種簡(jiǎn)單、安全可靠的消解方法。

采用碰撞池電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定螺旋藻粉中6種有害元素，能有效的去除基體的干擾。該方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠，能滿足螺旋藻粉中有害元素痕量檢測(cè)的要求，大大提高檢測(cè)的效率。

本文的檢測(cè)方法可同時(shí)快速的檢測(cè)出螺旋藻粉中的有害元素，為螺旋藻保健品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)提供科學(xué)的實(shí)驗(yàn)依據(jù)，且適合在保健食品有害元素的檢測(cè)中推廣應(yīng)用。