ICP-MS測定海藻中16種元素及LC-AFS砷形態分析

任召珍，張麗靜，曾海英，耿 建，于佳弘

（1.威海海洋職業學院，山東 威海 264309；2.威海市文登區檢驗檢測中心，山東 威海 264400；3.威海時進食品檢測服務有限公司，山東 威海 264309）

我國藻類資源豐富，研究表明，我國有利用價值的海藻有100 多種，藻類產量居世界前列[1-2]。海藻營養豐富，除蛋白質、多糖、藻膠等成分外，還含有人體必需的鈣、鎂、鈉、鉀、鐵等多種微量元素[3]。其中海帶、裙帶菜及紫菜等是我國主要的經濟藻類。研究結果顯示，在海藻干物質中，粗蛋白含量為10%～48%，無氮化合物為30%～60%，微量元素鈣、鉀、鈉、鎂、鐵、銅、磷、鋅、碘、鈷、錳、硒等含量豐富[4-5]。但是藻類在富集有益微量元素的同時，還吸附有害元素，如鉛、鉻、汞、砷等[6-8]。元素的毒性不僅取決于其總濃度，還在于其存在的化學形態[10-12]。元素形態分析是元素分析的一種定性、定量分析行為[9]。目前食品中污染物限量國家標準中只對藻類及其制品中重金屬元素鉛有限量要求，對藻類及其制品中其他元素的研究還不完善，本研究利用生物成分標準物質紫菜，建立了一種電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）測定海藻中多種元素的分析方法，以裙帶菜為檢測樣本，對樣品中的多種元素進行分析，為藻類的綜合利用及污染物風險管理提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

裙帶菜葉片，市售；紫菜生物成分標準物質，中國地質科學院地球物理地球化學勘察研究所。

硝酸、正己烷，色譜純，德國默克公司；過氧化氫、高氯酸，分析純，天津科密歐有限公司；磷酸二氫銨，優級純，上海國藥集團有限公司；硼氫化鉀、氫氧化鉀、鹽酸，分析純，上海國藥集團有限公司；鋰、鈧、鍺、銥、銦、鉍內標溶液（100 mg/L），砷、鉛、鎘、汞、硒等元素混合標準儲備液（100 mg/L），亞砷酸鹽、砷酸鹽（100 mg/L），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；高純氬氣（純度≥99.999%）、高純氦氣（純度≥99.999%）、儀器調諧液（1.0 ug/L鋇、鉍、鈰、鈷、銦、鋰、鈾），Thermo Fisher Scientific 公司。

1.2 儀器與設備

電子分析天平，AE200S，感量0.1 mg 和1 mg，梅特勒-托利多儀器有限公司；微波消解儀，MARS Xpress，密封消解罐，聚四氟乙烯材料特制，CEM 公司；研磨儀，GM-200，德國RETSCH（萊馳）公司；電熱恒溫鼓風干燥箱，DHG-9070A，上海精宏實驗設備有限公司；可調溫電爐，科瑞永興有限公司；超聲波清洗器，KQ-500DE，昆山市超聲儀器有限公司；離心機，Microfuge 20R，貝克曼庫爾特公司；電感耦合等離子體質譜分析儀，iCAP RQ，Thermo Fisher Scientific 公司；箱式馬弗爐，LK-MA，洛陽魯科窯爐有限公司；液相色譜-原子熒光聯用儀，AFS-8230，北京吉天儀器有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

四分法選取有代表性裙帶菜葉片樣品，使用研磨儀將樣品研磨成均勻的粉狀樣品，裝入密封袋中待用。

1.3.2 ICP-MS 法測定海藻中16 種元素

（1）樣品前處理方法

干法灰化：準確稱取0.500 0 g 待測樣品于瓷坩堝中，將瓷坩堝置于可調溫電爐上，先小火碳化，后緩慢調溫灼燒至樣品無煙，冷卻后將樣品轉移至馬弗爐中進行灰化。馬弗爐從低溫緩慢升至550 ℃，灰化3 h 后，冷卻取出，滴加3～5 滴水和2 滴6 mol/L 硝酸溶液浸潤樣品，將樣品置于電爐上加熱蒸干，再移入馬弗爐中550 ℃灰化2 h。樣品冷卻后用2%硝酸溶液定容至25 mL。

濕法消解：準確稱取1.000 0 g 待測樣品于凱氏燒瓶中，加入硝酸-高氯酸（4∶1）混合液10 mL，混勻后在凱氏燒瓶瓶口放一小漏斗浸泡過夜。將凱氏燒瓶置于電爐上加熱消解，保持微沸狀態至溶液澄清，然后升溫繼續加熱至消解液透明。冷卻后用超純水定容至50 mL 待測定，同時做空白。

微波消解：對照稱取0.500 0 g 待測樣品于聚乙烯消解罐中，加入5 mL 硝酸，旋緊消解罐上蓋，浸泡1 h 后加入1 mL 過氧化氫，將消解罐放入微波消解儀中按程序進行消解，微波消解程序見表1。消解完畢后將消解罐置于通風櫥中排酸降溫，待剩余少量酸液、溫度降至室溫后用超純水定容至50 mL，搖勻，待測，同時做空白。

表1 微波消解條件Table 1 Conditions of microwave digestion

（2）ICP-MS 儀器條件

ICP-MS 經調諧液調整后調節儀器至最佳工作狀態，儀器工作參數見表2。

表2 ICP-MS 儀器條件Table 2 ICP-MS instrument conditions

表3 紫菜生物成分標準物質檢測結果Table 3 Test results of reference materials for biological components of laver

1.3.3 LC-AFS 砷形態分析

（1）砷酸鹽、亞砷酸鹽分析的樣品處理方法

準確稱取1.000 g 待測樣品于50 mL 塑料離心管中，加入20 mL、0.15 mol/L 硝酸溶液，放置過夜。樣品于90 ℃烘箱中熱提取2.5 h，每0.5 h 振搖1 min。提取完畢后冷卻至室溫，10 000 r/min 離心10 min，取上清液過0.22 μm濾膜后待測定，同時做空白。

（2）砷酸鹽、亞砷酸鹽分析儀器條件

色譜柱：戴安陰離子交換色譜柱（內徑4 mm×250 mm），流動相：15 mmol/L 磷酸二氫銨溶液（pH 6.0）等度洗脫，流速1.0 mL/min，進樣量100 μL。載氣流量400 mL/min；負高壓280 V；屏蔽氣流量600 mL/min；總電流90 mA；輔電流45 mA。

1.3.4 水分測定

參照GB 5009.3—2016 食品安全國家標準《食品中水分的測定》第一法[13]。

1.3.5 檢測限、準確度及精密度

參照GB/T 27404—2008 標準[13]對微波消解-ICP-MS測定紫菜生物成分分析標準物質中16 種元素的檢測限、準確度及精密度進行確認。

（1）儀器檢出限

在調整好的ICP-MS 各項參數下，對濃度10 μg/L（汞2.0 μg/L）的混合標準物質進行11 次重復測定，求出標準偏差，然后分別測定標準系列混合溶液的響應值，并讀取工作曲線斜率，按式（1）計算檢出限。

式中，D·L 為檢出限；K 為工作曲線斜率；σ 為混合溶液11 次測量的標準偏差值。

（2）方法的準確性和重復性

使用1.3.2（1）中微波消解方法處理紫菜生物成分標準物質樣品，做6 組平行，同時做空白實驗。使用混合系列標準溶液梯度為鉻、錳、銅、鋅、砷、硒、鎘、鋇、鉛元素濃度為0、1.0、5.0、10、20、30 μg/L，鎂、鋁、鉀、鈣、鐵元素濃度為0、1.0、5.0、10、20、30 mg/L，汞元素濃度為0、0.2、1.0、2.0、4.0、6.0 μg/L 做標準曲線，內標法定量（72Ge 作為質量數23～82 各元素內標；209Bi 作為質量數202～238各元素內標）。

2 結果與分析

2.1 檢測限、準確度及精密度

按照1.3.5（1）實驗測得各元素的儀器檢出限：鈉6.0表4。

表4 干法灰化、濕法消解及微波消解處理樣品測定結果Table 4 Determination results of samples treated with dry ashing,wet digestion and microwave digestion

由表4 可以看出，干法灰化由于樣品處理溫度較高，對于砷、銅、鐵這類熱不穩定、易揮發的元素在處理過程中容易造成熱不穩定元素流失，測定結果不準確。濕法消解相對微波消解法在樣品消解時濃酸用量高，樣品消解時間長，且處理過程易產生高濃度酸霧，操作要求較高。綜合比較來看從試劑消耗、處理時間及處理方式的安全性方面考慮，微波消解處理方法皆要優于其他兩種處理方式。但是對于條件限制無微波消解設備的情況下，可以根據測定元素種類來選擇樣品處理方式，若待測元素無熱不穩定元素，優先選擇干法灰化方式處理樣品，此種處理方法試劑消耗少，安全性優；但是若待測元素中含有熱不穩定元素則要選擇濕法消解方式，以防熱不穩定元素處理過程中的流失。

通過表4 數據可以看出，微波消解處理的干制裙帶菜中鉛、汞、鉻及鎘元素分別是0.82、0.02、0.88、2.36 mg/kg。由于國家食品安全標準中對藻類及其制品只有鉛元素有限量指標，對其他污染性元素沒有限量指標，因此，本試驗根據其水分含量將其他污染性元素含量折算為新鮮藻類的污染性元素含量，再將其與新鮮蔬菜的污染性元素限量指標做比較。實驗干制裙帶菜水分含量為6.5%，常規食用鮮裙帶菜含水量約80%，通過換算，新鮮裙帶菜中除鎘元素含量稍高外，其他元素含量均低于GB 2762 食品安全國家標準蔬菜及其制品中重金屬污染物規定限量[14]，詳見表5。同時裙帶菜中鋅、鐵、鉀、鈣等有益微量元素含量較高，營養豐富。μg/kg、鎂0.03 μg/kg、鋁1.0 μg/kg、鉀0.7 μg/kg、鈣7.6 μg/kg、鉻0.05 μg/kg、錳0.008 μg/kg、鐵0.05 μg/kg、銅0.03 μg/kg、鋅0.09 μg/kg、砷0.004 μg/kg、硒0.09 μg/kg、鎘3.0 μg/kg、鋇0.05 μg/kg、汞0.000 5 μg/kg、鉛0.03 μg/kg、鍶0.10 μg/kg。

表5 裙帶菜中污染物與蔬菜及其制品中污染物含量比較Table 5 Comparison of pollutant content in wakame with that in vegetables and their products

2.2 方法的準確性和精密度

按照1.3.2（1）方法對紫菜生物成分標準物質樣品處理后，樣品按照1.3.2（2）儀器條件進行分析測試，樣品檢測結果見表3。

與原子吸收分光光度法相比，ICP-MS 法具有檢測限低、靈敏度高，線性動態范圍寬、可以實現多種元素同時分析測定等優點。通過表3 數據可知，待測16 種元素標準系列R2皆大于0.99，生物標準物質測定值均在認定值范圍內，且多次測定相對誤差小于5.0%，相對標準偏差RSD 值小于10%，均符合GB/T 27404—2008 標準中對方法確認要求，表明該設備檢測限、方法的準確性及重復性均滿足藻類基質測定要求。

2.3 裙帶菜干法灰化、濕法消解及微波消解處理方法比較

按照1.3.2（1）干法灰化、濕法消解及微波消解方法處理樣品，每個樣品平行6 次，同時做空白實驗。樣品處理后上機測定，測定結果及測定相對標準偏差RSD 值見

2.4 砷形態分析

通過測定結果看出裙帶菜中總砷含量高達20 mg/kg，但是由于砷元素在介質中有多種形態存在，對身體產生危害砷元素為三價和五價狀態的無機砷[15]，在歐洲和美國等對于藻類中的砷只對無機砷做了相關要求[16]，因此本研究對裙帶菜中無機砷進行分析。使用1.3.2（1）樣品處理方法對樣品處理，使用液相色譜-原子熒光分光光度計對樣品中的無機砷含量進行分析。得出裙帶菜樣品中三價砷未檢出，五價砷含量為0.05 mg/kg，遠小于GB 2762—2022 中新鮮蔬菜中對于砷含量要求0.5 mg/kg。因此經過對藻類制品中砷形態的分析可得，無機砷含量不足以對人體造成危害，所以即使藻類制品在測定出總砷含量超標時，也并未對人體造成明顯危害。

3 結論

本文通過對紫菜生物標物分析，建立了ICP-MS 法測定藻類食品中As、Hg、Al、Pb 等16 種元素的分析方法，以裙帶菜為檢測樣品，對干法灰化、濕法消解及微波消解幾種樣品處理方式進行了比較，并對待測物質中砷形態進行了分析。結果表明，通過對紫菜生物標物的認證測定，方法準確性及重復性均符合測定標準要求。對三種處理方法分析得出，在條件允許情況下，優先選擇微波消解處理方法，也可根據待測元素情況，若待測元素無熱不穩定情況，可選用干法灰化進行樣品處理，若含有熱不穩定元素，選擇濕法消解處理樣品。通過對裙帶菜樣品中砷的形態分析可以看出，若樣品測定出現總砷含量超標情況，需要對樣品中的具有危害的無機砷進行分析，以防止出現檢測偏差。