利用電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)測定中華絨螯蟹中重金屬鎘的殘留量

董欣悅，宋 超，汪 倩，張 聰，陳家長,

（1南京農業大學無錫漁業學院，江蘇無錫214081；2中國水產科學研究院淡水漁業研究中心，江蘇無錫214081；3農業農村部水產品質量安全環境因子風險評估實驗室（無錫），江蘇無錫214081；4農業農村部水產品質量安全控制重點實驗室，北京100000）

0 引言

鎘(cadmium,Cd)是一種對水產品具有嚴重毒性的重金屬環境污染物，因具有極高的生物毒性，且在生態環境系統中具有很強的遷移性，現已被聯合國環境規劃署(UNEP)、世界衛生組織和美國農業委員會等列為優先關注污染物之一[1]。鎘可以通過食物鏈的傳遞在生物體內進行富集[2]，其半衰期長達20年，并且難以生物降解。現有研究表明，重金屬鎘富集水平最高的動物是甲殼類，成年甲殼類動物體內鎘的濃度是海水濃度的900～1600倍[3]。鎘在人體中的富集不僅會引起心血管疾病、骨質疏松[4]，還會侵害免疫系統[5]，繼而引發腫瘤，甚至癌癥[6]。

中華絨螯蟹(Eriocheir sinensis)，又稱河蟹，是一種在淡水中生長的洄游性甲殼動物，其肉味鮮美，營養豐富，此類甲殼類動物多喜棲居在江河湖泊的泥岸和灘涂上的洞穴里，或隱藏在這些水域的水草、石礫中，多數為雜食性動物。這種特殊的棲息水層和食性特點，導致其對重金屬的富集能力明顯高于魚類[7]。全國食品污染物監測顯示，當前水產品中鉛、鎘污染現象較為普遍，鎘含量的平均值超出國家限量標準。GB 2762—2017食品中污染物限量中規定甲殼類水產動物的鎘限量指標為0.5 mg/kg[8]。陳海檳等[9]對廣州魚市場進行了隨機檢測，結果表明，螃蟹中重金屬鎘的超標值為96.69%。尤炬炬等[10]對浙江省自然海區68個梭子蟹樣品進行了鎘含量的分析與測定。分析測定結果表明，重金屬鎘的含量為0.078～2.600 mg/kg，其中部分梭子蟹的鎘含量超出國家限量標準。何佳璐等[11]對舟山市市售海產品鎘的殘留現狀進行比較評價，結果表明舟山市受鉛、鎘、甲基汞3種重金屬污染情況較低，只有甲殼類存在少量鉛、鎘輕度污染，超標率為0.26%。

實驗過程中，樣品的前處理結果是檢驗實驗方法科學性和實驗結果可靠性的重要標準，樣品的前處理方法除了常規的干法灰化法和濕法消解法外，還可采用微波消解法、壓力消解以及超聲波輔助酸提取法等新型消解方法。微波消解是一種新的消解方式，因消解時間短、在密閉的環境中加熱、試劑用量少、操作簡單安全而得到廣泛應用，同時減少了消解過程中對環境的污染，降低了實驗的空白值，提高了方法的靈敏度和準確度，筆者采用常規的濕法消解法和微波消解法處理中華絨螯蟹樣品。電感耦合等離子體質譜(ICPMS)[12-14]是一種新型的分析和檢測技術，且應用廣泛，與傳統方法相比，具有靈敏度比較高、線性范圍廣、穩定性好、檢出限低、能同時檢測與分析多種重金屬元素等優點，分析速度快，能夠大大提高樣品分析效率。

本研究旨在建立一種快速檢測水產品中重金屬鎘的殘留量方法，以電感耦合等離子體質譜法測定中華絨螯蟹性腺(G)、肌肉(M)及其兩者混合的全部可食部分(B)3種基質中的鎘為研究對象，通過采用不同的前處理方法，考察濕法消解法和微波消解法對測定結果的影響，并對不同的前處理方法依據回收率對比檢驗方法的可行性，旨在為中華絨螯蟹不同基質中重金屬鎘的檢測提供更高效、準確的檢測方法，同時為中國水產品質量安全管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 基質樣品的預處理

將采集來的新鮮中華絨螯蟹洗凈，用剪刀去殼、去鰓后，將整蟹可食部分全部取出，用絞肉機絞成勻漿，將性腺(G)、肌肉(M)及其兩者混合的全部可食部分(B)分裝于取樣管中，備用。

1.2 儀器與試劑

Agilent 7800 ICP-MS（美國安捷倫科技有限公司）；Ethos D微波消解儀（萊伯泰科有限公司）；Digi Block-ED54微機控溫電熱板（北京萊伯泰科儀器股份有限公司）；Master-Q UT水純化系統（上海和泰儀器有限公司）。

10.0 mg/L混合標準儲備液（美國安捷倫科技有限公司），用2%硝酸逐級稀釋配制成不同濃度混合標準溶液；100.0 mg/L內標溶液（美國安捷倫科技有限公司）；1.00 μg/L質譜調諧液（美國安捷倫科技有限公司）。

實驗過程中所用各種酸及試劑均為優級純；所有玻璃器皿均用5%硝酸浸泡過夜并用純水沖洗干凈備用；實驗室用水均由超純水機提供。

1.3 樣品的消解

1.3.1 濕法消解法 準確稱取處理好的勻漿樣品(0.5±0.01)g，放入消解管中，用移液管準確量取8 mL HNO3、2 mL高氯酸加入到消解管中。其中，1～3號加標濃度為5 μg/L，4～6號加標濃度為20 μg/L，7～9號加標濃度為100 μg/L，10～12號為空白對照。然后將消解管搖勻，室溫下放置過夜，進行預消解。第二天將預消解的樣品放到微機控溫電熱板上緩慢加熱，設定溫度為120℃，消解5～6 h，觀察顏色的變化，待顏色變為淡黃色或者無色時取出，冷卻，然后加入超純水定容到50 mL，搖勻過濾，備用。

1.3.2 微波消解法 準確稱取處理好的勻漿樣品(0.5±0.01)g，放入消解罐中，用移液管準確量取5 mL HNO3、2 mL H2O2、1 mL超純水加入到消解罐中，注意移液管不可以與消解罐的內壁接觸。其中，1～3號加標濃度為5 μg/L，4～6號加標濃度為20 μg/L，7～9號加標濃度為100 μg/L，10～12號為空白對照。打開微波消解儀電源，在控制面板上設定消解程序和參數（表1）進行操作，消解約2 h。微波消解結束后待其自然冷卻至室溫，并將消化液用超純水定容至50 mL，搖勻過濾，備用。

表1 微波消解體系的建立

1.4 儀器操作條件的選擇

開機之前，先進行碰撞反應池維護和樣品引入維護，同時打開冷卻水，調節進樣管，將儀器的進樣管和內標管都放入調諧液中，依次對矩管位置、霧化氣流速、透鏡等進行日常調諧，得到最佳的靈敏度，最低的氧化物、雙電荷干擾以及較好的分辨率。優化后的儀器操作條件見表2。

1.5 數據處理

數據統計、繪圖在Excel 2010軟件中完成，配對樣本t檢驗在SPSS 20.0中完成。數據結果以平均值±標準差表示，以P＜0.05作為差異顯著水平。在進行多重比較時，2組之間有相同字母則表示差異不顯著；反之，則表示差異顯著。

2 結果與分析

2.1 儀器和方法的檢出限

2.1.1 鎘標準曲線的繪制及線性回歸方程 將10.0 mg/L混合標準儲備液稀釋為0.5 mg/L的混合標準中間液，由混合標準中間液稀釋為標準曲線混合工作系列，混合標準曲線工作溶液中元素濃度分別為0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0 μg/L。

將儀器的各項參數調試到最佳狀態，采用ICP-MS分析方法中內標校正定量分析方法測定。待儀器穩定后，測定鎘標準系列混合溶液0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0μg/L的響應值，讀取軟件畫面中顯示的相關系數R是否符合不小于0.995的要求[15]，要求采集3次數據，取3次測量的平均值，RSD小于10%，以測定元素標準溶液的含量和對應的離子強度為橫縱坐標，繪制重金屬鎘的標準曲線，計算直線回歸方程，相關信息見表3。

通過表3可以看出，濕法消解法和微波消解法的相關系數均符合R≥0.995的要求，微波消解法的相關系數比濕法消解法的相關系數要更高、更穩定。

2.1.2 2種前處理方法的檢出限比較 由表3可以看出，濕法消解法的檢出限為0.0025～0.0045μg/g，微波消解法的檢出限為0.0012～0.0027μg/g，微波消解法的檢出限更低。梁淑軒等[16]利用ICP-MS測定水系沉積物中的9種重金屬元素時，重金屬鎘的檢出限為0.019μg/L。溫中海等[17]利用ICP-MS測定水系沉積物中多種重金屬元素時，重金屬鎘的檢出限為0.01 mg/kg。方芳等[18]利用ICP-MS研究太湖過濾水和表層沉積物中重金屬時，重金屬鎘的檢出限為0.03μg/L，本實驗檢出限符合要求，結果可靠。

2.1.3 2種前處理方法準確度與精密度比較 在樣品的測定過程中，每個樣品采集3次數據，取3次測量的平均值，儀器自動扣除樣品空白，3次測量結果的相對標準偏差均小于10%。從表3可以看出，濕法消解法的相對標準偏差為0.35%～9.0%，微波消解法的相對標準偏差為0.59%～9.0%，兩者差距不明顯，均符合RSD＜10%的要求。蔣天成等[19]利用電感耦合等離子體質譜法測定北部灣海產品中重金屬的含量時，重金屬鎘的RSD為1.4%～8.8%。李艷麗等[20]利用ICP-MS測定沉積物中4種重金屬元素時，重金屬鎘的相對標準偏差為2.67%～5.58%。實驗測量結果符合《水環境檢測規范》[21]中的規定，即所用的測定方法對重金屬鎘的測定具有較高的精密度。

表3 回歸方程與檢出限

圖1 濕法消解法處理下3種基質的回收率比較

圖2 微波消解法處理下3種基質的回收率比較

在實驗測量的開始和結束時，都要進行重金屬鎘已知濃度溶液的測定，以確保整個實驗過程的穩定性。

2.2 同一前處理方式下各基質的回收率的比較

用上述方法測定螃蟹樣品，并對其做回收率實驗，結果見圖1～2。樣品溶液中化合物響應值均應在儀器測定線性范圍內。林少美等[22]利用電感耦合等離子體質譜法測定梭子蟹時，重金屬鎘的回收率為96%～103%。譚秀慧等[23]利用電感耦合等離子體質譜法測定水產品中重金屬的含量，重金屬鎘的回收率在96.6%～102%之間。說明本次實驗結果可靠。

從圖1可以看出，濕法消解法處理3種基質的回收率均達到要求。但是，3種基質相比，M（肌肉）組的回收率更高，且與G（性腺）、B（兩者混合的全部可食部分）組存在顯著差異(P＜0.05)；G（性腺）組回收率與B（兩者混合的全部可食部分）無顯著差異(P＞0.05)。從實驗結果可以看出，濕法消解法更有利于處理蟹肌肉。

從圖2可以看出，微波消解法處理3種基質的回收率達到要求。3種基質相比，G（性腺）組的回收率更高，且與B（兩者混合的全部可食部分）組和M（肌肉）均存在顯著差異(P＜0.05)；而B（兩者混合的全部可食部分）組和M（肌肉）組無顯著差異(P＞0.05)。說明微波消解法能更好地處理性腺，這可能與中華絨螯蟹中性腺的組成有很大關系。

2.3 各基質在不同前處理下回收率的比較

考察不同前處理方式下各基質的回收率結果（圖3）可知，采用濕法消解法、微波消解法處理基質G（性腺）時，回收率分別為96.24%、104.76%，兩者差異顯著(P＜0.05)；采用濕法消解法、微波消解法處理基質B（兩者混合的全部可食部分）時，回收率分別為94.74%、91.85%，兩者無顯著差異(P＞0.05)；采用濕法消解法、微波消解法處理基質M（肌肉）時，回收率分別為99.93%、92.38%，濕法消解法處理基質M（肌肉）時的回收率比微波消解法高8.17%，但兩者亦無顯著差異(P＞0.05)。總的看來，濕法消解法更有利于處理蟹肌肉，微波消解法更有利于處理性腺，而兩者混合的全部可食部分2種方法均可，無明顯差異。

圖3 不同前處理方式對中華絨螯蟹3種基質回收率的影響

3 討論

3.1 消解方法的選擇

準確測定微量元素含量的關鍵步驟之一是樣品的消解是否完全。分別采用濕法消解法和微波消解法處理樣品，并且依次測量樣品計算回收率。根據前處理方式的不同，對2種前處理方法的基本參數進行了比較，結果如表4。

表4 2種前處理方法的基本參數比較

從表4可以看出，無論是從樣品的消解時間還是試劑的用量，微波消解法要明顯好于濕法消解法。這是因為微波消解系統處于一個密封的系統，利用高溫高壓將樣品與酸充分接觸，加速了樣品的消解。而濕法消解法雖然消解的樣品個數多，可以進行大批量的樣品消解，但是，樣品消解時間長，試劑的需要量多，一次消解需要13～20 mL的試劑，而且由于是敞口式的消解，對環境污染相對較大，整個操作過程費時費力。李萬杰等[24]利用石墨爐原子吸收法檢測海產品中的重金屬時，采用微波消解法，并且認為微波消解法具有高效、節約試劑、操作簡單、消解完全等優點。傅春玲等[25]利用冷原子熒光光譜法測定中華絨螯蟹中汞的含量時，也是采用微波消解法，說明微波消解法方便快速，是前處理方法的優先選擇。

3.2 不同前處理方式消解中華絨螯蟹機理的探究

中華絨螯蟹的蟹肉與性腺的組成成分存在差異，主要體現在醇類、芳香類、烷烴類和含硫類化合物的組成上。中華絨螯蟹的蟹肉內蛋白質占80%[26]，其中包括大量的游離氨基酸、呈味核苷酸和呈味無機離子，而脂肪的含量很少[27]，并且蟹殼和蟹爪內含有大量的碳酸鹽[28]。濕法消解法設定溫度為120℃，不會破壞蟹肌肉中的氨基酸，在進行消解的過程中，濕法消解用硝酸和高氯酸，高氯酸屬強酸，可以與蟹肉內的碳酸鹽更充分的發生反應，消解徹底；而在中華絨螯蟹的性腺中，脂肪的含量高達90%[29]，廣義上的性腺包括肝胰腺和性腺2個部分，且性腺中包含有大量的脂肪酸，脂肪酸中不飽和脂肪酸(UFA)高達75%左右，而且油酸和棕櫚油酸為優勢脂肪酸，且在加熱的過程中，油酸、亞油酸、亞麻酸等變化明顯[30]，微波消解是在高溫高壓密閉的環境下進行消解，能更好地消解性腺中的油脂，而濕法消解屬于敞口式消解，在消解過程中酸以及各類營養物質均會有一定的損耗，導致消解不完全。

4 結論

以電感耦合等離子體質譜法測定中華絨螯蟹中的鎘為依據，通過濕法消解法和微波消解法基本參數和回收率對比得知，2種前處理方式均有較好的精密度和準確度，G（性腺）組別中微波消解法比濕法消解的精密度、準確度以及回收率略高，M（肌肉）組別濕法消解法比微波消解法的精密度、準確度以及回收率要高，而B（兩者混合的全部可食部分）組別并無顯著性差異。且2種前處理方法的相對標準偏差為0.35%～9.0%，回收率90%～110%，測定結果準確可靠，2種方法均可以作為ICP-MS的前處理方法。相對于濕法消解法，微波消解法處理樣品速度快，測定標準樣品的準確度高、相對標準偏差小，而且自動化程度高，操作方便，便于掌握，是一種非常好的前處理方法，但是需要配置微波消解儀；濕法消解法對儀器要求很簡單，而且能大批量處理樣品，但是樣品前處理時間長，處理過程中對環境的污染稍重，待測元素損失較大。因此，在樣品數量少的情況下，應選擇微波消解法作為前處理方法。

通過實驗建立了ICP-MS法測定中華絨螯蟹中鎘的殘留量，樣品的前處理方法以微波消解法為最佳消解體系，確立了實驗的最佳條件，通過對國家標準物質的分析，本次實驗的精密度、準確度可達到測試要求，證實方法可行，可以作為中華絨螯蟹中重金屬鎘的一種可靠的檢測方法，實驗結果可以為水產品的重金屬檢測提供有效幫助。