電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）測定畜禽肉中9種重金屬元素含量

歐愛芬，張 挺，梁蘭蘭，林 儉，萬紅霞,

（1.廣州城市職業(yè)學(xué)院，廣東廣州 510405；2.韶關(guān)學(xué)院，廣東韶關(guān) 512000）

隨著生活水平的提高，畜禽肉類食品在人們的生活飲食中占有越來越多的比重。粱伯衡[1]對廣州市城鄉(xiāng)居民食物消費(fèi)變化進(jìn)行分析，2000～2013年廣州市居民膳食結(jié)構(gòu)有所變化，肉禽、油脂類的消費(fèi)量均有較大幅度的上升。張玉華等[2]對廣州市居民的食物消費(fèi)進(jìn)行調(diào)查，發(fā)現(xiàn)畜禽肉攝入量過高，超出推薦攝入量。隨著廣東省工業(yè)的快速發(fā)展，重金屬污染問題越來越突出。廣東省食品中重金屬污染的研究主要集中在以下方面，水產(chǎn)品[3-5]、規(guī)模化種鵝場[6]、基地蔬菜[7]、市售食品[8-10]等，目前尚未見到有針對廣州市畜禽肉類的重金屬污染的研究。重金屬不能被生物降解，在食物鏈的作用下，成千倍地富集，最后進(jìn)入人體，危害生命健康，因此對廣州市畜禽肉類的重金屬含量進(jìn)行研究，對科學(xué)指導(dǎo)食品安全監(jiān)控，合理飲食是非常有意義的。

重金屬攝入超標(biāo)會對人體健康產(chǎn)生極大的危害[11-12]，世界各國日漸重視食品中重金屬的限量標(biāo)準(zhǔn)，對重金屬分析檢測方法的研究也越來越多。常用的方法有原子吸收光譜法[13-15]、原子熒光光譜法[16]、X-射線熒光光譜法[17-19]、電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜法[20-21]、電感耦合等離子體-質(zhì)譜法[22-25]、酶聯(lián)免疫法[26-28]等。其中原子吸收光譜法最為普遍，電感耦合等離子體法可同時(shí)測定多種元素最為方便，酶聯(lián)免疫法最快捷。

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（ICP-MS）是以等離子體為離子源的質(zhì)譜型元素分析方法，它具有檢出限低、靈敏度高、準(zhǔn)確性高、干擾少、可進(jìn)行同位素分析等眾多優(yōu)點(diǎn)，線性范圍廣，是最強(qiáng)有力的痕量超痕量無機(jī)元素分析技術(shù)，在食品分析與檢驗(yàn)中應(yīng)用十分廣泛。郭捷等[29]采用ICP-MS法對血液透析用水中15種金屬元素同時(shí)進(jìn)行測定，檢出限低，準(zhǔn)確性高。

本研究對樣品前處理消解方法進(jìn)行選擇及條件優(yōu)化，建立畜禽肉類的電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）法測定9種重金屬元素，并對廣州市市場售賣的7種畜禽肉類含有的重金屬進(jìn)行檢測分析。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

實(shí)驗(yàn)采用的豬肉、雞肉、鴨肉、白鴿肉 采購自廣州市某市場；牛肉、羊肉、鵝肉 廣州市某超市；鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）、鎘（Cd）、鈷（Co）、錳（Mn）、鎳（Ni）、銅（Cu）、鋅（Zn）標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 μg/mL) 鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司；硝酸（優(yōu)級純） 德國默克股份有限公司；調(diào)諧液 安捷倫科技有限公司；內(nèi)標(biāo)元素貯備液（1000 mg/L） 國家有色金屬分析測試中心；國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大蔥（GSB-27）、國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大蝦（GSB-28） 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；過氧化氫（優(yōu)級純）、高氯酸（優(yōu)級純） 廣州化學(xué)試劑廠；實(shí)驗(yàn)用水 超純水。

Sartorious BSA224S型分析天平 德國賽多利斯公司；DS-72型全自動消解儀 廣州格丹納儀器有限公司；Milestone ETHOS E型微波消解儀 意大利萊伯泰科Milestone；TSZ-600型酸蒸逆流清洗系統(tǒng)

廣州泰通儀器有限公司；Agilent 7700型ICPMS電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 美國安捷倫公司；A10型Milli-Q 超純水系統(tǒng) 美國Millipore公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）檢測條件 使用調(diào)諧液調(diào)整儀器各項(xiàng)指標(biāo)，使儀器靈敏度、分辨率、氧化物、矩管位置等各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到最優(yōu)條件。調(diào)諧后，儀器參數(shù)設(shè)置如表1。

表1 電感耦合等 離子質(zhì)譜法（ICP-MS）檢測條件Table 1 Detection conditions of (ICP-MS)

1.2.2 樣品的制備 將7種畜禽肉類：牛肉、羊肉、豬肉、雞肉、鴨肉、鵝肉、白鴿編號后進(jìn)行勻漿（畜肉選取瘦肉部分，禽肉去皮去骨），裝進(jìn)樣品袋備用。

1.2.3 供試品溶液和空白溶液的制備

1.2.3.1 微波消解法 準(zhǔn)確稱量1.2.2制備的樣品約1.0 g（精確至0.0001 g）于微波消解罐中并加入8 mL硝酸和2 mL過氧化氫，加蓋放置12 h，蓋上配套的罐蓋并擰緊，于程序升溫為120 ℃的微波消解儀中消解，消解結(jié)束待溫度降至60 ℃后取出，擰松罐蓋排氣直至氣體排完，用一級水沖洗內(nèi)罐定容至50 mL帶刻度的消解管中，混勻后上機(jī)測定，每個試樣設(shè)置3個平行。同法制備空白溶液（樣品的測定值是減掉空白樣品后的值）。

1.2.3.2 石墨消解法 準(zhǔn)確稱量1.2.2制備的樣品約1.0 g（精確至0.0001 g）到消解罐中，加入15.0 mL硝酸和5.0 mL高氯酸，表面皿蓋緊，并放置12 h，于DS-72型全自動消解儀程序升溫120 ℃消解2 h后，進(jìn)一步升溫至170 ℃消解105 min直至剩余1～2 mL左右，無白煙冒出，消化液消解完全的標(biāo)志為無色透明或略帶黃色。消化液冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL帶有刻度的消解管中并用一級水定容，混勻后上機(jī)測定，每個試樣設(shè)置3個平行。同法制備空白溶液。

1.2.3.3 消解酸體系的選擇 采用石墨消解法，分別采用方案一：硝酸10 mL；方案二：硝酸10 mL，高氯酸2 mL，方案三：硝酸15 mL，高氯酸5 mL；方案四：硝酸8 mL，過氧化氫2 mL加入GSB-27型大蔥樣品解罐中進(jìn)行消解，具體步驟見1.2.3.2。每個試樣設(shè)置3個平行。同法制備空白溶液。

1.2.3.4 消解溫度和時(shí)間的優(yōu)化 為選出最佳的消解溫度和時(shí)間，本試驗(yàn)分別采用了3種不同的消解程序消解GSB-27型大蔥樣品（消解程序見表2、表3、表4），直至消解剩1 mL左右，待冷卻，一級水定容至50 mL上機(jī)測定。

表2 消解程序1Table 2 Digestion procedure 1

表3 消解程序2Table 3 Digestion procedure 2

表4 消解程序3Table 4 Digestion procedure 3

1.2.4 溶液配制

1.2.4.1 工作曲線的配制 混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：各吸取一定體積的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于50 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液逐級稀釋配制成0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00、10.00、50.00、100.0、200.0、500.0、1000 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.4.2 內(nèi)標(biāo)溶液的配制 吸取內(nèi)標(biāo)元素貯備液10 mL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸稀釋并定容至刻度，此溶液濃度為100 mg/L，通過三通與樣品溶液在線混合后，引入進(jìn)樣系統(tǒng)。

1.2.5 結(jié)果計(jì)算

式中：X—含量（mg/kg）；C—為試樣濃度, 即試樣測定值（μg/L）；m—樣品秤樣量（g）。

式中：P—為加標(biāo)回收率（%）；C1—為試樣濃度,即試樣測定值（μg/L）；m1—試樣的稱樣量（g）；m2—加標(biāo)回收試樣的稱樣量（g）；C2—為加標(biāo)量（μg/L）。

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

2.1.1 前處理消解方法的選擇 石墨消解前處理（編號1）與微波消解前處理（編號2）相比，結(jié)果見表5，兩者樣品的測定值相差不大。微波消解前處理用酸量少，消解時(shí)間短，但實(shí)驗(yàn)樣品過多要分批消解，操作復(fù)雜，且不方便觀察樣品的消解情況，容易導(dǎo)致樣品測定結(jié)果產(chǎn)生偏差。石墨消解法用酸量大，消解時(shí)間長，但處理樣品多、加熱面積大、操作簡單，可設(shè)置程序自動加酸，也可手動加酸，并且易于觀察樣品的消解情況。而畜禽肉中因脂肪含量高，需要不時(shí)觀察其中的消解情況，以便適時(shí)添加硝酸，因此選用石墨消解作為前處理方法。

2.1.2 消解酸體系的選擇 選用三種不同的消解試劑對畜禽肉樣品的消解能力進(jìn)行考察驗(yàn)證，結(jié)果如表6所示，硝酸+高氯酸（15 mL+5 mL）消解體系的消解效果比較好。

2.1.3 消解溫度和時(shí)間的選擇 選擇最佳的消解溫度和消解時(shí)間，硝酸的沸點(diǎn)約為120 ℃，3種不同的消解程序中的第1工步消解溫度均為120 ℃并保持2 h，使硝酸處于沸騰狀態(tài)，與樣品充分接觸以達(dá)到樣品的初步消解。

消解程序1中，第2工步溫度為160 ℃并保持90 min，結(jié)果如表7所示，大蔥標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定值中只有三種元素達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，其他元素均低于標(biāo)準(zhǔn)值，這說明消解效果不好，導(dǎo)致被測元素的損失；

消解程序2的第2工步消解溫度為170 ℃，消解時(shí)間為105 min，結(jié)果表明，8種被測元素均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)值；

消解程序3中第2工步的消解溫度與消解程序2一致，將消解時(shí)間延長至2 h，結(jié)果如表7所示，除鉛元素的測定值與程序2一樣外，其他元素的測定值均有所降低。結(jié)果表明，消解溫度太低會致使樣品消解不徹底，元素不能被有效地提取出來，消解時(shí)間過短消解效果較差，消解時(shí)間過長又會導(dǎo)致元素的損失，樣品在消解程序2中的消解效果最佳。

表5 前處理消解方法的選擇（x±s，mg/kg）Table 5 Selection of digestion methods for pre-treatment (x±s, mg/kg)

2.2 ICP-MS的干擾及消除

ICP-MS中存在的質(zhì)譜干擾有雙電荷離子、多原子分子及同量異位素的重疊等[12]，因此本試驗(yàn)中的待測元素需選擇合適的同位素，選擇不易受干擾的同位素進(jìn)行定量，如118Cd和104Cd可能會受到Zn、Ar、Sn等的干擾，因此本試驗(yàn)測定Cd元素時(shí)，選擇111Cd以消除干擾。本實(shí)驗(yàn)選取的元素質(zhì)量數(shù)見表8，同時(shí)利用ICP-MS中的碰撞/反應(yīng)池技術(shù)除去多原子離子的干擾，碰撞/反應(yīng)池工作方式采用KED模式，在碰撞/反應(yīng)池中通入氦氣，通入的氣體會與截面積較大的多原子離子發(fā)生多次碰撞，使得多原子離子動能大大損失，用一個適當(dāng)?shù)慕刂闺妷菏蛊淞粼谂鲎渤貎?nèi)，而只有動能較大的分析離子通過碰撞池進(jìn)入分析器，從而達(dá)到干擾消除的目的[30]。

基體效應(yīng)的干擾主要與樣品基體相關(guān)，ICPMS通過內(nèi)標(biāo)法可有效消除基體效應(yīng)的影響，彌補(bǔ)因基體效應(yīng)形成的信號漂移。選用與待測元素的質(zhì)量數(shù)接近且化學(xué)性質(zhì)相似的的內(nèi)標(biāo)元素，如鉻、鎘、鎳、鋅的內(nèi)標(biāo)元素為103Rh， 鈷、銅、錳的內(nèi)標(biāo)元素為72Ge，鉛、砷則采用虛擬內(nèi)標(biāo)，由蠕動泵在線引入內(nèi)標(biāo)溶液，提高定量精度，基體干擾可被有效消除。

表6 消解試劑的選擇Table 6 Selection of digestion acid reagents

2.3 ICP-MS檢測結(jié)果與分析

2.3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限 在最佳的試驗(yàn)條件下，由蠕動泵在線加入內(nèi)標(biāo)溶液，對樣品的空白試劑連續(xù)測定11次，以其響應(yīng)值3倍標(biāo)準(zhǔn)差計(jì)算出檢出限。依次測定1.2.4配制的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果如表9所示。9種元素在一定范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均≥0.9999，方法檢出限均在0.003～0.400 μg/L之間。

2.3.2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)與精密度 取制備好的雞肉樣品，分別精確稱取1.000 g，再分別加入一定量的各標(biāo)準(zhǔn)溶液到樣品中進(jìn)行消解定容，配制成高、中、低加標(biāo)溶液，在優(yōu)化的試驗(yàn)條件下對樣品進(jìn)行消解測定，計(jì)算其加標(biāo)回收率及RSD，結(jié)果如表10所示。

結(jié)果表明，9種元素的3個不同濃度平均加標(biāo)回收率均在97.2%～104.4%之間，精密度（n=6）RSD均小于4%，可滿足檢測要求。

2.3.3 重復(fù)性實(shí)驗(yàn) 取雞肉樣品6份，采用優(yōu)化好的前處理?xiàng)l件進(jìn)行消解定容，用內(nèi)標(biāo)法校正測定各元素含量并計(jì)算出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。結(jié)果如表11所示，各元素含量的RSD值均小于5%（n=6），表明方法重復(fù)性良好，測定數(shù)值較為穩(wěn)定。

表7 消解時(shí)間優(yōu)化結(jié)果Table 7 The optimized results of digestion time

表8 元素質(zhì)量數(shù)Table 8 Element mass

表9 元素線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢測限Table 9 Element linear equations,correlation coefficient, detect limit

2.3.4 準(zhǔn)確度 進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，分別稱取GSB-27 大蔥、GSB-28 大蝦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用優(yōu)化好的前處理?xiàng)l件進(jìn)行消解定容，用內(nèi)標(biāo)法校正測定各元素含量并計(jì)算出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差。

結(jié)果見表12，3種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)各元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)，且RSD均小于4%，精密度良好，可滿足檢測要求。

表10 加標(biāo)回收率與精密度結(jié)果（n=9）Table 10 The results of recovery rate of standard addition and precision (n=9)

2.4 7種畜禽類中9種元素的檢測結(jié)果

對7種畜禽肉類樣品，采用優(yōu)化好的前處理?xiàng)l件進(jìn)行消解定容，用內(nèi)標(biāo)法校正測定各元素含量，結(jié)果如表13所示。

由表13結(jié)果所示，鉻、鉛、砷、鎘4種有害重金屬元素在不同樣品中的含量存在差異。鉻元素在豬肉中含量最高，為0.089 mg/kg，在鴨肉中含量最低，為0.005 mg/kg，排序?yàn)樨i肉＞牛肉＞雞肉＞鵝肉＞鴿子肉＞羊肉＞鴨肉；鉛元素在鵝肉中含量最高，為0.021 mg/kg，在鴨肉中含量最低，為0.004 mg/kg，排序?yàn)轾Z肉＞牛肉＞鴿子肉＞豬肉＞羊肉＞雞肉＞鴨肉；砷元素在牛肉含量最高，為0.028 mg/kg，在羊肉樣品含量最低，為0.003 mg/kg，排序?yàn)榕Ｈ猓均Z肉＞鴨肉＞鴿子肉＞豬肉＞雞肉＞羊肉。鎘元素在牛肉中含量最高，為0.21 mg/kg，在雞肉中含量最低，為0.0001 mg/kg，排序?yàn)榕Ｈ猓均Z肉＞鴿子肉＞羊肉=鴨肉＞豬肉＞雞肉。對比可知，牛肉和鵝肉中的有害重金屬含量比其他肉高。

國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017《食品中污染物限量》標(biāo)準(zhǔn)中限定了食品中鉛、鎘、砷、鉻的限量指標(biāo)[31]，如表14所示。

由表13和表14可知，7種畜禽肉中的4個有害金屬元素鉛、鎘、砷、鉻均低于限量值，可見廣州市畜禽肉重金屬含量在安全范圍。

鈷、鎳、銅、錳、鋅5種重金屬元素在被測畜禽肉中含量為：鋅＞銅＞錳＞鈷＞鎳元素，且鎳在鴨肉、鴿子、雞肉這三種禽肉中均無檢出。

國家標(biāo)準(zhǔn)中對畜禽肉類中的鈷、鎳、銅、錳、鋅5種重金屬元素并無限量要求，鈷、鎳、銅、錳、鋅是人體中的重要微量元素，可以通過合理膳食來補(bǔ)充元素。

表11 重復(fù)性度實(shí)驗(yàn)結(jié)果（n=6）Table 11 The results of repeatability

表12 準(zhǔn)確度結(jié)果（n=6）Table 12 The results of accuracy (n=6)

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)建立了采用ICP-MS法同時(shí)測定畜禽肉中鉻、鉛、砷、鎘、鈷、鎳、銅、錳、鋅9種重金屬元素的方法，將微波消消解與石墨爐消解進(jìn)行了比較，選定石墨爐消解方法進(jìn)行樣品的消化，硝酸+高氯酸（15 mL+5 mL）的消解體系，消解溫度為170 ℃，消解時(shí)間為105 min，通過內(nèi)標(biāo)法及同位素的選擇降低基質(zhì)干擾；結(jié)果表明，各元素在一定濃度范圍內(nèi)線性關(guān)系良好（r≥0.9999），檢出限在0.003～0.400 μg/L之間，樣品加樣回收率在97.2%～104.4%，RSD≤5%(n=6)，對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GSB-27、 GSB-28）的測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍內(nèi)。實(shí)驗(yàn)表明，該方法前處理簡單，檢測結(jié)果準(zhǔn)確，精密度高，可作為畜禽肉類中多種微量元素同時(shí)測定的檢測方法，對畜禽肉類質(zhì)量的控制具有重要的意義。

表13 7種畜禽肉類樣品的檢測結(jié)果（x±s ，mg/kg，n=3）Table 13 Test results of 7 kinds of livestock and poultry meat samples (x±s, mg/kg, n=3)

表14 肉類中鉛、鎘、砷、鉻的限量指標(biāo)Table 14 Limits of lead, cadmium, arsenic and chromium in meat

在建立ICP-MSCP-MS法同時(shí)測定畜禽肉中9種元素的同時(shí)，對市場上7種畜禽肉類中的9種重金屬含量進(jìn)行了分析，結(jié)果顯示有害重金屬元素含量均比國家標(biāo)準(zhǔn)限量值低，可見畜禽肉對有害重金屬元素鉻、鉛、砷、鎘的吸附能力并不強(qiáng)，但是也要避免長期使用同一種畜禽肉。除鋅元素和銅元素外，測定的其他重金屬元素含量均不高。因此，這7種畜禽類肉可放心食用。