兩種消解方法對ICP-MS測定大米中鉛、鎘、鉻、鎳元素影響的研究

摘 要：目的：測定大米中鉛、鎘、鉻及鎳元素的含量。方法：分別采用微波消解法和濕法快速消解法對樣品進行消解處理，分析兩種消解法的消解效果和對檢測結(jié)果產(chǎn)生的影響。結(jié)果：微波和濕法快速消解兩種方法測定值相近，鉛、鎘、鉻和鎳檢出限分別為0.02 mg·kg-1、0.002 mg·kg-1、0.004 mg·kg-1和0.003 mg·kg-1，回收率為96.36%～104.00%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.57%～6.08%，兩種方法對大米鉛、鎘、鉻和鎳元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且測定值無明顯差異。結(jié)論：測定大米中鉛、鎘、鉻及鎳元素時，微波消解和濕法快速消解均可以作為電感耦合等離子體-質(zhì)譜法的預(yù)處理方法。

關(guān)鍵詞：微波消解；濕法快速消解；電感耦合等離子體-質(zhì)譜法；大米

Influence of Two Digestion Methods on Determination of Lead， Cadmium， Chromium and Nickel in Rice by ICP-MS

YAO Lijun

（Yingkou Testing Center for Food and Drug Control， Yingkou 115000， China）

Abstract： Objective： To determine the contents of lead， cadmium， chromium and nickel in rice. Method： Microwave digestion and wet rapid digestion were used to digest the samples， and the digestion effects of the two digestion methods and their effects on the test results were analyzed. Result： The determination values of microwave and wet digestion methods were similar. The detection limits of lead， cadmium， chromium and nickel were"0.02 mg·kg-1， 0.002 mg·kg-1， 0.004 mg·kg-1 and 0.003 mg·kg-1， respectively. The recovery rate was 96.36%～104.00%， and the relative standard deviation was 4.57%～6.08%. The determination values of lead， cadmium， chromium and nickel in rice were within the standard range， and there was no significant difference between the two methods. Conclusion： Microwave digestion and wet rapid digestion can be used as pretreatment methods for ICP-MS in the determination of lead， cadmium， chromium and nickel in rice.

Keywords： microwave digestion; wet fast digestion; inductively coupled plasma-mass spectrometry; rice

大米是人們?nèi)粘ｏ嬍持兄匾闹魇持唬瑬|北地區(qū)作為大米主要種植地，具有“糧倉”的美譽，且東北大米因具有獨特的口感廣受人們青睞。東北地區(qū)大米米粒圓潤，長寬比約為1.6∶1，膠質(zhì)率高、腹白少，米色清亮透明，截至目前，東北大米的種植面積已經(jīng)超過500萬hm2[1]。近些年，隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量和生活水平不斷提高，在滿足日常飲食的基礎(chǔ)上，越來越多的人開始關(guān)注食品安全問題，發(fā)展綠色農(nóng)業(yè)也已成為農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要趨勢[2]。因此，為保證大米的食用安全，需對其中鉛、鎘、鉻和鎳元素進行測定，常用方法為電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS），但在測定前需對樣品進行消解處理，本文分別采用微波消解和濕法消解法對樣品進行預(yù)處理，尋找最佳消解條件，從而提高ICP-MS法測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，確保大米的質(zhì)量和安全。

1 材料與方法

1.1 儀器、材料、試劑

1.1.1 儀器

石墨消解儀，濟南海能儀器股份有限公司；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國PerkinElmer公司；微波消解儀，德國Analytik-jena公司；有譜超純水制造儀，四川優(yōu)普超純科技有限公司；分析天平（量程0.1 mg～210 g，最低分度值0.000 1 g），瑞士METTLER TOLEDO公司。

1.1.2 材料

市場常規(guī)銷售大米：提前對選用大米顆粒進行粉碎性預(yù)處理，保證粉碎均勻性，裝入樣品袋中留存?zhèn)溆茫淮竺祝貉芯克么竺拙蠂覙?biāo)準(zhǔn)，由國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心提供。

1.1.3 試劑

硝酸，德國Merck公司；氦氣、氬氣，廣西國信氣體研究有限公司；30%過氧化氫，廣東光華科技有限公司；高氯酸，廣東光華科技股份有限公司；無機元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，中國計量科學(xué)研究院；濃度為50 mg·mL-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 方法

1.2.1 配制標(biāo)準(zhǔn)曲線

取50 mg·mL-1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，對標(biāo)準(zhǔn)溶液進行100倍稀釋，得到500 μg·mL-1的標(biāo)準(zhǔn)儲備液，取8個容量為50 mL的容量瓶，分別向每個容量瓶中加入0.05 mL、0.10 mL、0.20 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL和10.00 mL標(biāo)準(zhǔn)儲備液，再加入1 mL硝酸，最后加入超純水，瓶內(nèi)溶液體積達到50 mL后搖勻備用，得到濃度為0.5～100.0 μg·mL-1的系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

1.2.2 樣品預(yù)處理

（1）微波消解法。稱取0.5 g樣品于微波消解罐中，再加入8 mL硝酸，蓋蓋后浸泡，擰緊罐蓋，封存24 h，根據(jù)微波消解儀使用說明書和操作標(biāo)準(zhǔn)對樣品進行消解，消解標(biāo)準(zhǔn)如表1所示。

消解后的樣品進行冷卻，緩慢擰開罐蓋排氣，使用超聲水浴箱或控溫電熱板，將溫度設(shè)置為120 ℃，超聲脫氣2～5 min，加熱30 min，處理完成后轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中定容，混勻后留存?zhèn)溆么龣z，同步做空白試驗。

（2）濕法快速消解。稱取0.5 g標(biāo)準(zhǔn)樣品于試驗用立式離心管中，再加入5 mL硝酸配制標(biāo)準(zhǔn)樣品，將制備好的標(biāo)準(zhǔn)樣品放入石墨消解儀中，石墨消解儀設(shè)定溫度為120 ℃，在恒溫狀態(tài)下，消解1.5 h，完成消解后，直接在石墨消解儀中進行趕酸處理，直至管中標(biāo)準(zhǔn)樣品顏色澄清、透明，冷卻離心管后定容，混勻待檢，做空白試驗。

1.2.3 儀器操作

儀器操作標(biāo)準(zhǔn)如表2所示。

1.3 測定

當(dāng)儀器達到真空標(biāo)準(zhǔn)后，調(diào)整儀器相關(guān)參數(shù)，具體做法如下。取1 μg·L-1的調(diào)諧液，分別校準(zhǔn)儀器靈敏度、雙電荷、氧化物和分辨率等，確保其符合測定標(biāo)準(zhǔn)和要求，根據(jù)待檢測元素的性質(zhì)選擇內(nèi)標(biāo)元素，分別將標(biāo)準(zhǔn)系列、空白樣品等溶液用蠕動泵管引入ICP-MS儀中，分析內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號、待檢測元素色譜信息強度，并對待測元素的濃度做定量分析[3]。

1.4 評價標(biāo)準(zhǔn)

鉛、鎘、鉻和鎳相關(guān)的具體標(biāo)準(zhǔn)和限值要求見表3[4]。

2 結(jié)果與分析

2.1 確定消解條件

消解過程中很多因素都會影響最終的測定值，應(yīng)選擇最佳消解條件。

2.1.1 確定消解溫度

分別稱取4等份樣品于離心管中，再向其中加入等量硝酸，分別將其放置在80 ℃、100 ℃、120 ℃和140 ℃的條件下進行消解，消解完成后進行趕酸處理，最后定容分析結(jié)果。結(jié)果表明，不同溫度條件下，大米中鉛、鎘、鉻和鎳元素的檢測結(jié)果具有一定差異，其中以120 ℃溫度消解條件下測定結(jié)果最高，見圖1。分析原因，可能是溫度過高造成元素溢出，也可能因溫度過低造成待測離子無法提取，導(dǎo)致待測元素含量偏高或偏低。因此，消解溫度應(yīng)控制在120 ℃，避免待測元素不被完全消解或消解過度，確保檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。

2.1.2 確定消解時間

分別稱取4等份樣品于離心管中，再向其中加入等量硝酸溶液，石墨消解儀溫度設(shè)置為120 ℃，在恒溫狀態(tài)下，分別消解0.5 h、1.0 h、1.5 h和2.0 h，消解完成后進行趕酸處理，最后定容分析結(jié)果。結(jié)果表明，在相同溫度下，不同消解時間大米中鉛、鎘、鉻和鎳元素的檢測結(jié)果具有一定差異，見圖2，其中以1.5 h消解時間下測定結(jié)果最高。消解時間過長或過短均會影響元素含量的測定，消解時間過短可能導(dǎo)致部分元素?zé)o法被消解導(dǎo)致元素含量偏低[6]。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線與方法檢出限

在標(biāo)準(zhǔn)條件下，取標(biāo)準(zhǔn)樣品空白試劑，對其進行11次重復(fù)測定，檢出限為3倍信號標(biāo)準(zhǔn)差下樣品濃度值，標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程和方法檢出限見表4。

2.3 加標(biāo)回收率

以加標(biāo)試驗的方法計算樣品加標(biāo)回收率，判斷測定結(jié)果的可用性。每組設(shè)置3次重復(fù)，鉛、鎘、鉻和鎳回收率分別為96.36%～98.88%、98.40%～104.00%、101.36%～102.56%和96.90%～99.80%，回收率較高，見表5。

2.4 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

稱取6等份樣品，分別采用微波消解和濕法快速消解對鉛、鎘、鉻和鎳元素進行測定，結(jié)果見表6。測定和計算結(jié)果表明，兩種消解法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均＜10%，精密度良好，穩(wěn)定性較高。

2.5 微波消解和濕法快速消解處理方法對比

為驗證微波消解和濕法快速消解的可行性，比較分別采用兩種消解方法后，大米中鉛、鎘、鉻和鎳元素含量，對每份樣品進行3次平行試驗，取均值。結(jié)果表明，兩種消解方法的元素測定值均符合標(biāo)準(zhǔn)，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差較小，因此，兩種消解方法適用性均較高，見表7。

3 結(jié)論

本研究采用ICP-MS法對大米中鉛、鎘、鉻和鎳元素進行測定，為提高測定值準(zhǔn)確性，選用微波消解和濕法消解兩種方法進行對比。結(jié)果表明，大米中鉛、鎘、鉻和鎳檢出限分別為0.02 mg·kg-1、0.002 mg·kg-1、0.004 mg·kg-1和0.003 mg·kg-1，回收率為96.36%～104.00%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.57%～6.08%。微波消解和濕法快速消解對大米中鉛、鎘、鉻和鎳元素的測定值均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且兩種消解方法的測定值相近，符合國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，說明兩種消解方法在大米中鉛、鎘、鉻和鎳重金屬元素測定中可行性較高。

參考文獻

[1]姚小云，蔣琪，楊濱銀，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定大米中20種元素[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2023，58（4）：245-251.

[2]李謙，楊建興，蔣媛，等.固相萃取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定高鹽食品中重金屬元素的方法研究[J].糧食與油脂，2023，36（8）：158-162.

[3]吳志剛，曹璨.ICP-MS法分析不同培養(yǎng)基培育蛹蟲草及制品中23種元素[J].食品與發(fā)酵科技，2023，59（3）：96-102.

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[5]黃韻霖，譚凱燕，雷向榮，等.ICP-MS法測定姜中鉛含量及其污染評價與膳食風(fēng)險評估[J].現(xiàn)代食品，2023，29（9）：198-201.

[6]李營.ORS-ICP-MS法測定膨化食品中10種金屬元素[J].食品與機械，2023，39（4）：61-64.

作者簡介：姚麗君（1979—），女，遼寧蓋州人，本科，高級工程師。研究方向：食品檢驗工作糧油。