寧勁松，段元慧，尚德榮，李沂光，盧立娜，翟毓秀

(1．中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所；2．農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質量安全檢測與評價重點實驗室；3. 國家水產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心：山東 青島 266071)

前處理方法對ICP-OES測定水產(chǎn)品中無機元素的影響

寧勁松，段元慧，尚德榮，李沂光，盧立娜，翟毓秀*

(1．中國水產(chǎn)科學研究院黃海水產(chǎn)研究所；2．農(nóng)業(yè)部水產(chǎn)品質量安全檢測與評價重點實驗室；3. 國家水產(chǎn)品質量監(jiān)督檢驗中心：山東 青島 266071)

樣品的前處理方法直接影響到無機元素測定結果的準確性。本研究探討了高壓消解罐消解、微波消解和濕法消解等3種前處理方法對水產(chǎn)品中無機元素測定的影響，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)測定12種元素(鉀、鈉、鈣、鐵、鎂、錳、銅、鋅、鋇、鋁、磷、硼)含量，采用紫菜、扇貝和大蝦等具有代表性的標準物質進行驗證并與標準參考值進行了比較；對于標準物質和實際樣品性狀差異較大的扇貝和大蝦，同時對其實際樣品進行測定，進行加標回收率測試。實驗結果表明，3種消解方法的消解效果均能滿足日常檢測工作需要，標準物質測定結果基本在參考值范圍內(nèi)，實際樣品與標準物質的實驗結果一致。但是微波消解法的測定結果在3種前處理方式中最為理想，不僅前處理過程所受環(huán)境干擾最小，同時測定結果更接近參考值，回收率在90%～102%之間。綜合比較認為，微波消解法更適合扇貝、大蝦、紫菜等水產(chǎn)品中無機元素測定的前處理要求。 [中國漁業(yè)質量與標準，2016,6(3):41-48]

微波消解；高壓消解罐消解；濕法消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；水產(chǎn)品；無機元素

水產(chǎn)品作為重要的優(yōu)質蛋白質來源，其質量安全與國民健康和生活水平的提高緊密相關。然而近年來，隨著工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，由于環(huán)境污染而造成的水產(chǎn)品質量安全問題已經(jīng)引起全世界的關注，其中重金屬污染問題尤為突出[1-2]。通過近幾年科技信息的不斷普及，人們對重金屬危害的認識也在不斷增強[3]，重金屬檢測已經(jīng)成為水產(chǎn)品質量安全監(jiān)管工作的一項重要內(nèi)容。受設備、標準方法的限制，目前國內(nèi)常用的仍多為單元素測定，成本高、時效性差，不能滿足監(jiān)管工作的高效檢測要求，因此，建立一種快速、高效、低耗的多元素分析方法成為無機元素分析的發(fā)展方向[4-7]。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)是目前比較成熟的元素分析技術，不僅分析靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強，且能夠多元素同時測定，分析所需時間較短，在水產(chǎn)品無機元素的分析中具有較強的實用性和可操作性[1]。目前搭配ICP-OES使用的前處理方法主要有微波消解、高壓消解罐消解和濕法消解，不同的消解方法對檢測無機元素含量的影響差異明顯[8]，3種消解方法均存在各自的優(yōu)缺點：濕法消解設備簡單，操作簡便，常用硝酸-高氯酸體系氧化性強且能夠批量消解[9]，但其耗時長、物耗大，敞開式消解易造成污染和損失，對于高脂肪含量樣品具有一定的危險性[9]；高壓消解罐方法在常溫濕法消化的基礎上密封加壓，利用外部加熱，在密閉的消解罐內(nèi)產(chǎn)生高溫高壓來達到快速消解物質的目的，減少了實驗環(huán)境對測定結果的影響，但同樣耗時長，對于難以溶出的元素消解效果不佳，且對設備耐受度要求高，同樣存在一定的安全隱患[10]；微波消解是在密閉環(huán)境下以控溫為主的內(nèi)加熱模式，不僅快速安全，減少了試劑消耗量和對實驗室的污染，同時還避免了揮發(fā)性元素的損失，能快速有效地對樣品中痕量元素進行完全提取[10]，但其過程繁瑣，僅能小批量消解。

本次實驗利用ICP-OES分析技術探究上述3種前處理方式在水產(chǎn)品中的應用情況。分別用3種消解方法處理紫菜、大蝦、扇貝等具有代表性的國家水產(chǎn)品標準物質及實際樣品，然后在ICP-OES儀器優(yōu)化條件下測定其中的鉀、鈉、鈣、鐵、鎂、錳、銅、鋅、鋇、鋁、磷、硼等元素含量，探究水產(chǎn)品樣品中多元素分析的最佳前處理方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

實驗所用的主要試劑和儀器見表1和表2。

表1 實驗所用試劑

表2 實驗所用的主要儀器

實驗所用的器皿均用20%的硝酸浸泡24 h，一級水沖凈晾干后備用。

1.2 消解方法

按照標準物質證書上的要求，將紫菜、大蝦、扇貝等標準物質置于80 ℃烘箱中干燥4 h后恒重備用；大蝦和扇貝實際樣品取可食組織勻漿備用。

1.2.1 高壓消解罐消解

稱取干試樣0.3～0.5 g(精確至0.000 1 g)、鮮試樣1～2 g(精確到0.000 1 g)置于壓力消解內(nèi)罐中，加入硝酸5 mL浸泡過夜，然后旋緊外套，置于恒溫干燥箱中，80 ℃保持2 h，120 ℃保持2 h，160～170 ℃保持4 h。消解完畢后冷卻至室溫，打開消解罐，置于電熱板上將棕色氣體趕盡后，用一級水將消化液轉移并定容至25 mL，混勻備用[4]；同時做2組試劑空白實驗。

1.2.2 濕法消解

稱取干試樣0.3～0.5 g(精確至0.000 1 g)、鮮試樣1～2 g(精確到0.000 1 g)于消解管中，加入10 mL 硝酸和2.5 mL高氯酸浸泡過夜。置于具有通風櫥的消化爐上，120 ℃保持1 h，升溫至150 ℃保持2 h，升溫到170 ℃至棕色氣體消失，溶液變?yōu)闊o色透明，繼續(xù)升溫至210 ℃趕酸，直至剩下1～2 mL無色透明溶液。冷卻到室溫后用一級水定將消化液轉移并容至25 mL，混勻備用[4]；同時做2組試劑空白實驗。

1.2.3 微波消解

稱取干試樣0.3～0.5 g(精確至0.0001 g)、鮮試樣1～2 g(精確到0.000 1 g)至消解罐內(nèi)罐中，加入5 mL硝酸浸泡過夜后，再加入1 mL過氧化氫密封，然后置入微波消解系統(tǒng)，按表3設置程序進行消解[4, 11]。待消解結束，系統(tǒng)冷卻后，將消解罐置于電熱板上或超聲水浴箱中，于100 ℃加熱30 min或超聲脫氣2～5 min，用一級水將消化液轉移并定容至25 mL，混勻備用[4]；同時做2組試劑空白實驗。

表3 微波消解程序

1.3 回收率實驗

分別向已稱好的標準物質樣品中加入一定水平的混合標準溶液，原則上加標量應與待測樣品中的含量相近，但由于是多元素同時測定，且樣品中各元素之間含量差別較大，僅能滿足部分元素的加標量要求[12]。其中磷、硼標準溶液單獨添加，分別加入磷1 mg、硼100 μg。分別利用上述高壓消解罐法、微波消解法和濕法消解進行前處理，定容后上機測定，分別計算經(jīng)3種消解方法處理后的加標回收率。每個加標回收做3次平行實驗。

由于扇貝和大蝦標準物質與實際樣品性狀差異明顯，為驗證前處理方法的適用性，對扇貝、大蝦等實際樣品同時進行3種方式的前處理實驗。

1.4 儀器分析條件

等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)的優(yōu)化工作條件如表4所示。

表4 ICP-OES實驗參數(shù)

1.5 樣品測定

1.5.1 元素分析譜線的選擇

元素分析譜線一般選擇相對干擾較少、靈敏度較高、豐度較大的譜線。樣品待測元素的推薦譜線如表5 所示。

表5 待測元素推薦的分析譜線

1.5.2 測定

將混合標準溶液儲備液用5%硝酸稀釋成適當?shù)臐舛忍荻鹊臉藴氏盗泄ぷ魅芤?，可依?jù)樣品溶液中元素質量濃度水平，適當調(diào)整標準系列各元素質量濃度范圍；以5%硝酸溶液為空白溶液，分別注入電感耦合等離子體光譜儀中，測定待測元素分析譜線的強度信號響應值，以待測元素的濃度為橫坐標，其分析譜線強度響應值為縱坐標，繪制標準曲線。將試樣溶液注入電感耦合等離子體光譜儀中，測定待測元素分析譜線強度的信號響應值，根據(jù)標準曲線得到消解液中待測元素的濃度值(C)，平行測定3次。同時做空白實驗。

1.6 數(shù)據(jù)處理方法

樣品中元素的含量計算見式(1)。

(1)

X表示樣品中元素的含量(10-2或10-6),C表示測定用樣品中元素的濃度；C0表示試劑空白濃度；V表示定容體積，m表示樣品稱樣量，計算中根據(jù)標準證書的數(shù)量級單位換算其單位。

將根據(jù)公式(1)獲得的大量實驗數(shù)據(jù)進行列表歸納，求出7組平行消解實驗結果的平均值，以及7次實驗的相對標準偏差，參考標準物質的標準值和不確定度進行綜合分析。

2 結果與討論

2.1 標準物質的測定結果

采用扇貝國家標準物質對方法的準確性進行驗證，每種消解方法進行7次平行實驗，3次重復測定12種元素的含量，其測定平均值與標準值的比較如表6所示。

表6 3種消解方法對ICP-OES法測定扇貝標準品中12種元素含量的影響

3種消解方法的測定結果基本在參考值范圍內(nèi)，其中微波消解法的測定值更接近參考值，這與不同消解方式對火焰原子吸收法測定奶粉中Fe含量的影響實驗結果相一致[13]。其次為高壓罐消解法，高壓密閉環(huán)境使得樣品消解溫度提高，有利于一些難溶解物質的消解，試劑用量大大減少，同時減小了樣品空白，也避免了揮發(fā)性元素的損失[14]。王北洪等[15]利用高壓消解罐對土壤樣品進行消解，實驗證明各元素均能完全消解，精密度和準確度較高。傳統(tǒng)濕法消解為敞開式消解，受實驗環(huán)境的影響較大，元素易受到污染和損失，且加熱不均勻，酸用量較大，且精密度明顯差于微波消解和高壓罐消解[16]，尤其鐵元素含量測定受到環(huán)境的干擾顯著，硼元素的測定結果也相對不穩(wěn)定。

同樣對大蝦、紫菜標準物質進行準確性驗證，3種前處理方法分別進行7次平行實驗，3次重復測定12種元素的含量，其測定平均值與參考值的比較如表7、表8所示。

表7 3種消解方法對ICP-OES法測定大蝦標準品中12種元素含量的影響

表8 3種消解方法對ICP-OES法測定紫菜標準品中12種元素含量的影響

大蝦和紫菜實驗結果情況與扇貝的測定情況相一致，3種消解方法均能滿足大蝦和紫菜的前處理要求，測定結果也基本在參考值范圍內(nèi)，但由于紫菜無機鹽含量較高，濕法消解后消化管底部有白色殘渣，多次加酸繼續(xù)消解后仍存在，可能是消解過程中生成難溶鹽，盡管未對檢測結果造成影響，但是在多元素檢測的應用中存在一定的隱患。

通過對3種標準物質的多平行測定結果可以發(fā)現(xiàn)，微波消解結合了微波快速消解和密閉高壓消解的優(yōu)勢，在消解水產(chǎn)品方面效果理想，測定結果也更接近標準值，檢測精密度較好；其次為高壓消解罐法；濕法消解相對其他兩法偏差稍大[17]。同時可以發(fā)現(xiàn)，所測12種元素中Fe、Zn、B和K等元素受消解方法的影響較為明顯。

2.2 回收率實驗結果

扇貝、大蝦、紫菜等標準物質的加標回收率測定結果如表9所示。

表9 標準物質加標回收率實驗結果

3種標準物質經(jīng)不同消解方法處理后的加標回收率在84%～109.9%之間，如圖1所示，其中大部分在90%～102%之間，基本在可接受范圍內(nèi)。微波消解法的加標回收率在90%～102%之間的比例最大，達80%以上，與郭中寶等[18]的實驗結果一致；高壓消解罐法在此范圍內(nèi)的比例也較高，而濕法消解在此范圍內(nèi)所占比例不到50%，在小于90%、大于102%范圍內(nèi)的比例均高于其他兩種消解方法，由此可見，濕法消解的加標回收率不如微波消解法和高壓消解罐兩種方法理想[13]。

扇貝和大蝦實際樣品的加標回收率測定結果如表10所示。其結果與扇貝、大蝦標準物質的加標回收率結果一致，即微波消解法的回收率結果最為理想，回收率多集中在90%～105%之間，僅有鎂元素的回收率小于90%，鐵元素的回收率大于105%；高壓消解罐消解效果次之，濕法消解結果的重復性相對較差，尤其鐵元素明顯受到實驗環(huán)境的干擾。微波消解和高壓消解罐均能避免樣品損失和雜質的引入，而微波消解法受熱更均勻，消解更徹底，重復性更好。

圖1 3種消解方法的加標回收率區(qū)間分布Fig.1 The recovery interval distribution of three kinds of digestion methods

n=3,%

3 小結

微波消解屬于密閉高壓體系，其在消解過程中減少了環(huán)境因素對測定結果的影響。使用微博消解測定的標準物質結果更接近參考值，而且測定重復性較好，相對標準偏差均小于10%，加標回收率基本在90%～102%之間。同時微波消解法相對于濕法消解和高壓消解罐法更節(jié)省時間和能源[15]。高壓消解罐消解雖保證了密閉高壓體系，減少了環(huán)境對測定結果的影響，但其前處理過程是微波消解的近10倍，在一定程度上抵消了檢測準確度較高的優(yōu)勢，實驗結果也證明其重復性結果和加標回收率均沒有微波消解法理想。濕法消解存在的試劑用量大、消解時間長以及敞開式消解易引起污染或損失的問題在現(xiàn)階段尚未有較好的解決方法。盡管通過本次實驗證明標準物質的濕法消解測定結果仍在參考值范圍內(nèi)，但是其加標回收率在90%～102%之間比例不足50%的問題還需要進一步研究解決。綜上所述，相比于高壓罐消解和濕法消解，微波消解法更符合目前無機元素測定前處理快速、高效、低耗的要求，是ICP-OES測定水產(chǎn)品種中無機元素的最佳前處理方法。通過今后儀器設備的不斷普及，微波消解連同ICP-OES同時測定水產(chǎn)品中多種元素的方式將會成為保障水產(chǎn)品質量安全監(jiān)管工作高效開展的一項重要手段。

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Effect of different digestion methods on the determination ofinorganic elements in aquatic products by ICP-OES

NING Jinsong, DUAN Yuanhui, SHANG Derong, LI Yiguang, LU Lina, ZHAI Yuxiu*

(1.Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences;2. Key Laboratory of Testing and Evaluation for Aquatic Product Safety and Quality, Ministry of Agriculture,P.R.China;3. National Aquatic Product Quality Supervision and Inspection Center: Qingdao 266071, China)

The preprocessing method of the sample directly affects the accuracy of the results of the determination of inorganic elements. In this paper we studied the effects of three kinds of pretreatment methods such as high pressure closed-vessel digestion, microwave digestion and wet digestion, on the determination of inorganic elements in aquatic products. We tested twelve types of elements (K, Na, Ca, Fe, Mg, Mn, Cu, Zn, Ba, Al, P, B) by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) of three kinds of national standard reference material such as laver, scallop and prawn, and compared the result of each element with the reference value. Due to the character differences between the standard material and actual sample, the actual samples were measured at the same time, and the standard addition recovery experiments. The results suggested that three kinds of digestion methods can meet the deeds of daily testing work, the testing value of three methods brought into correspondence with standard value in certified reference material. But the results of the microwave digestion were the most ideal among the three methods. It suffered minimal environmental interference, the measured value was closer to the reference value. And the recovery was also substantially between 90%～102%, which was preferable. In conclusion, the microwave digestion method was more suitable for the determination of the inorganic elements in the aquatic products such as scallop, prawn, laver and so on.[Chinese Fishery Quality and Standards,2016,6(3):41-48]

microwave digestion;high pressure closed-vessel digestion；wet digestion; inductively coupled plasma optical emission spectrometry；aquatic products; inorganic elements

ZHAI Yuxiu, zhaiyx@ysfri.ac.cn

2015-08-18；接收日期：2015-11-30

國家標準制定項目(20110929-T-326)；現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系建設專項資金(CARS-50)

寧勁松(1979-)，男，碩士，助理研究員，研究方向為水產(chǎn)品質量安全與控制，ningjs@ysfri.ac.cn 通信作者：翟毓秀，研究員，研究方向為水產(chǎn)品質量安全，zhaiyx@ysfri.ac.cn

S94

A

2095-1833(2016)03-0041-08