微波消解電感耦合等離子體質譜法同時測定大黃魚中12種無機元素含量

摘 要：采用HNO3H2O2酸消解體系對大黃魚樣品進行微波消解前處理，電感耦合等離子體質譜儀同時測定大黃魚中Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd等12種無機元素含量。通過對電感耦合等離子體質譜儀器條件進行優(yōu)化、選取合適的同位素、應用動能歧視模式克服質譜干擾，在線加入內標校正基體效應并補償信號漂移，標準曲線法進行定量分析。結果表明：12種無機元素在一定的濃度范圍內有良好的線性關系，相關系數(shù)r均大于0.999，加標回收率為88.0%～102.0%，相對標準偏差RSD≤5.9%，選用國家標準物質大蝦（GBW10050）為質控樣驗證方法準確性，12種無機元素含量的測定值均落在證書值參考范圍內。該方法具有檢測快捷簡便、檢出限低、線性范圍寬、準確度和精密度高、回收率好、可多元素同時測定的優(yōu)點，能滿足大批量的大黃魚中多種無機元素含量的測定分析要求。

關鍵詞：微波消解;電感耦合等離子體質譜法;大黃魚;無機元素

中圖分類號：S 917.4?? 文獻標志碼：A?? 文章編號：0253-2301（2021）12-0054-05

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2021.12.009

Simultaneous Determination of 12 Inorganic Elements in Pseudosciaena Crocea

by Microwave Digestion and Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

LIU Xian-jin

（Ningde Institute of Product Quality Inspection， Ningde， Fujian 352100， China）

Abstract： The samples of Pseudosciaena crocea were digested by using HNO3-H2O2 acid digestion system before microwave digestion. The contents of 12 inorganic elements including Mg， Ca， Fe， Cu， Zn， Se， Mn， Sr， Pb， Cr， Hg and Cd in Pseudosciaena crocea were simultaneously determined by inductively coupled plasma mass spectrometry. By optimizing the instrument conditions of inductively coupled plasma mass spectrometer， selecting suitable isotopes and applying the model of kinetic energy discrimination to overcome the interference of mass spectrometry， the internal standard was added online to correct the matrix effect and compensate the signal drift， and the quantitative analysis was carried out by using the standard curve method. The results showed that there was a good linear relationship among the 12 inorganic elements within a certain concentration range， and the correlation coefficient r was greater than 0.999， the recovery rates were 88.0%-102.0%， and the relative standard deviation （RSD） was less than 5.9%. The accuracy of the method was verified by using the national standard material prawn （GBW10050） as the quality control sample， and the determination values of 12 inorganic elements all fell within the reference range of the certificate values. This method had the advantages of quick and simple detection， low detection limit， wide linear range， high accuracy and precision， good recovery rate， and the simultaneous determination of multi-elements， which could meet the requirements for the determination and analysis of multiple inorganic elements in large quantities of Pseudosciaena crocea.

Key words： Microwave digestion; Inductively coupled plasma mass spectrometry; Pseudosciaena crocea; Inorganic elements

大黃魚Larimichthys crocea（Richardson）又稱黃魚、黃瓜魚、黃花魚、黃金龍，屬鱸形目，石首魚科，黃魚屬，因其體色金黃、口唇朱紅象征富貴，備受國民青睞，有“國魚”之美譽[1-2]。大黃魚肉質細嫩鮮美、蛋白質高、膽固醇低，含有維生素、礦物質元素，富含EPA、DHA等不飽和脂肪酸，是一種較為理想的動物性蛋白源[3-4];大黃魚味甘咸、性平，入肝、腎二經(jīng)，有益腎補虛、健脾開胃、益氣填精、安神止痢的功效，是我國沿海傳統(tǒng)的滋補海產(chǎn)品，為我國八大優(yōu)勢出口養(yǎng)殖水產(chǎn)品之一[5-6]。礦物質元素是人體的必需元素，在人體的新陳代謝過程中發(fā)揮重要作用，且在人體內不能合成，只能由外界供給，礦物質攝入不足或過量都會影響人體健康。近年來，隨著工業(yè)化進程的加快，大量的工業(yè)廢水排入海洋，海洋水體環(huán)境受到不同程度的污染，水產(chǎn)品的食用安全性也越來越受到人們的重視。因此對大黃魚中的礦物質和重金屬元素含量的測定分析，不僅能從礦物質角度評估其營養(yǎng)價值，也能從重金屬污染方面分析其存在的潛在風險，對大黃魚產(chǎn)品的品質評價具有重要意義。

目前，實現(xiàn)無機元素準確檢測有兩個關鍵環(huán)節(jié)：一是樣品的消解前處理，二是合適的儀器分析方法以及試驗條件。相比于傳統(tǒng)的干法灰化和濕法消解，微波消解具有處理效率高、試劑用量少、空白值低、揮發(fā)性元素損失小、環(huán)境污染少等優(yōu)點，被廣泛地應用于食品檢測行業(yè)[7-8]。無機元素常用的測定方法有原子吸收光譜法（AAS）、原子熒光光譜法（AFS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICPOES）和電感耦合等離子體質譜法（ICPMS）等[9]。經(jīng)典的原子吸收光譜法和原子熒光光譜法1次只能測定1種元素，測定多種元素需要多次更換元素燈，耗時長，多種元素測定效率相對較低;電感耦合等離子體發(fā)射光譜法能同時測定多種元素，但對痕量元素的靈敏度不夠、測定效果不夠理想;電感耦合等離子體質譜法具有分析速度快、干擾少、檢出限低、線性范圍寬、可多種元素同時測定等優(yōu)點，在食品分析領域得到廣泛的應用[10-11]。本研究以閩東大黃魚為研究對象，采用微波消解前處理樣品，電感耦合等離子體質譜法測定其礦物質和重金屬共12種無機元素含量，旨在為閩東大黃魚產(chǎn)品的安全性評價和營養(yǎng)價值的分析提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

材料：大黃魚樣品采自福建省寧德市的大黃魚生產(chǎn)企業(yè)。

試劑：Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd單元素標準儲備液（1000 μg·mL-1，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）;內標儲備液（100 μg·mL-1 的6 Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi）;硝酸（優(yōu)級純）;過氧化氫（優(yōu)級純）;重鉻酸鉀（分析純）;實驗室自制超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）。

試驗所用器具、微波消解內罐及內蓋均用20% 硝酸溶液浸泡過夜，用水反復沖洗干凈，再用超純水沖洗3次，晾干備用。

1.2 儀器與設備

Agilent 7700x電感耦合等離子體質譜儀（配同心玻璃霧化器）（美國Agilent公司）;Mars 6微波消解儀（美國CEM公司）;ME204E 電子天平[梅特勒托利多儀器（上海）有限公司];EHD24可調節(jié)電熱板（北京東航科儀儀器有限公司）;MilliQ純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）。

1.3 標準溶液的配制

分別移取適量的Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Cd單元素標準儲備液，用2% 硝酸溶液配制成試驗所需的混合標準母液，再2%硝酸溶液配制成混合標準系列溶液。其中含Mg、Ca元素濃度梯度為0、0.2、0.4、0.6、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 μg·mL-1;含Cr、Cd、Pb元素濃度梯度為0、0.2、0.4、0.6、1.0、2.0、4.0、6.0、8.0和10.0 μg·L-1;含Mn、Cu、Se元素濃度梯度為0、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0、10.0、15.0、20.0和25.0 μg·L-1;含F(xiàn)e、Zn元素濃度梯度為0、5.0、10.0、15.0、25.0、50.0、100.0、150.0、200.0和250.0 μg·L-1;含Sr元素濃度梯度為0、2.0、4.0、6.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100.0 μg·L-1。

Hg標準穩(wěn)定劑：稱取0.5 g重鉻酸鉀溶于（5+95，體積比）硝酸溶液中并定容至1 L，得到0.05%重鉻酸鉀的（5+95，體積比）硝酸溶液，用于Hg標準溶液的配制。用Hg標準穩(wěn)定劑將Hg標準儲備液逐級稀釋配制成Hg標準母液，再2%硝酸溶液配制成Hg標準使用液，具體濃度梯度為0、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 μg·L-1。

內標儲備液用2%硝酸溶液配制成1 μg·mL-1的內標使用液。

1.4 試驗方法

1.4.1 樣品前處理 采集的大黃魚樣品放置于-18℃冰柜冷凍備用，制樣時取出，室溫下自然解凍，除去魚鱗、內臟、魚鰓等，取全部可食肌肉去皮，粉碎均勻。在微波消解內罐中稱取0.5 g粉碎均勻后的大黃魚樣品，加入5 mL硝酸，置于電熱板上90℃加熱30 min，冷卻至室溫，加入1 mL過氧化氫，靜置15 min，裝罐，置于微波消解儀中，程序升溫法消解。消解步驟為：7 min內升溫至120℃并保持6 min，5 min內升溫至160℃并保持5 min，6 min內升溫至190℃并保持25 min。消解結束后，冷卻至室溫，開罐，用少量超純水沖洗內蓋合并至微波消解內罐中，將內罐置于電熱板上120℃趕酸至近1 mL。冷卻至室溫，用超純水定容至50 mL，混勻備用。同時做空白試驗。

1.4.2 ICPMS儀器工作參數(shù) 待儀器開機穩(wěn)定30 min后，用質譜調諧液對儀器進行調諧，使儀器靈敏度、分辨率、雙電荷、氧化物等指標達到最佳測定條件，具體工作參數(shù)為：射頻功率1550 W，等離子體氣流量15 L·min-1，載氣流量1.0 L·min-1，采用碰撞池技術的動能歧視KED模式，碰撞氣為氦氣，氦氣流量4.5 mL·min-1，采樣錐/截取錐類型為鎳錐，采樣深度8.0 mm，積分時間為0.3 s（其中Se為0.9 s），重復測定3次。

1.4.3 樣品測定 采用三通閥在線加入內標溶液，依次將混合標準系列溶液、空白溶液、樣品溶液和質控樣溶液引入ICPMS中進行測定，采用標準曲線法計算各元素含量。

2 結果與分析

2.1 消解體系的選擇

無機元素測定前處理常用的酸消解體系有

HNO3、HNO3H2O2、HNO3HClO4等。大黃魚樣品的基質較復雜，含有一定的油脂，屬于不易消解物質。采用純HNO3對基體復雜樣品消解不夠完全，消解液澄清度不夠;HClO4為強氧化性酸，分解能產(chǎn)生大量的氣體副產(chǎn)品，在微波消解的密閉消解環(huán)境下使用存在一定的安全風險;H2O2是一種弱酸性氧化劑，氧化能力隨介質酸度的增加而增加，其分解產(chǎn)生的高能態(tài)活性氧能加速有機物的消解[12]。HNO3H2O2體系氧化性較強，H2O2的加入能降低HNO3的用量，加速樣品的消解，得到澄清的消解液，且體系中只含有H、O和N 3種元素，在測定過程中不會產(chǎn)生多原子離子干擾。本研究選用HNO3H2O2酸消解體系，用微波消解的方式對大黃魚樣品進行前處理。

2.2 干擾及校正

ICPMS的干擾分為質譜干擾和非質譜干擾。質譜干擾主要有雙電荷離子干擾、多原子離子干擾和同量異位素干擾，可通過優(yōu)化儀器條件降低雙電荷離子干擾，用碰撞/反應池技術的動能歧視（KED）模式來消除多原子離子干擾，按照測定豐度大、干擾少的原則選擇合適的同位素可最大程度地避免同量異位素干擾[11]。非質譜干擾主要為基體效應，會抑制待測元素的信號，可通過稀釋樣品、使用內標法校正等方式來克服非質譜干擾[13]。本研究通過優(yōu)化儀器條件、選擇合適的同位素、采用氦氣碰撞池模式等方式來克服質譜干擾，選擇測定元素的質量數(shù)為24Mg、44Ca、52Cr、55Mn、56Fe、63Cu、66Zn、78Se、88Sr、111Cd、202Hg、208Pb。在線加入內標溶液來校正樣品基體效應并補償儀器信號漂移。

2.3 標準曲線與檢出限

按上述方法對混合標準系列溶液進行測定，以各元素濃度（X，μg·L-1）為橫坐標，以待測元素的CPS值與內標元素CPS值的比率Ratio為縱坐標（Y），繪制標準曲線。按照IUPAC的方法，對空白溶液進行11次平行測定，以所得標準偏差SD的3倍計算儀器檢出限[13]。結果見表1。

從表1可知，12種無機元素在一定的濃度范圍內有良好的線性關系，線性相關系數(shù)r均大于0.999;各元素的檢出限在0.03～5.0 μg·L-1，檢出限低，滿足大黃魚中常量和微量元素的測定

要求。

2.4 精密度與加標回收率

平行稱取6份大黃魚樣品，按上述方法進行6次獨立試驗，得到各元素含量的本底平均值，并計算其相對標準偏差RSD。取同一大黃魚樣品，平行稱取3份，加入一定量的混合標準母液，靜置15 min，使之充分接觸，按1.4的方法進行測定，做樣品的加標回收試驗，得到各元素含量的加標后平均值，并計算其加標回收率，結果見表2。

從表2可知，12種無機元素的加標回收率為88.0%～102.0%，相對標準偏差RSD≤5.9%，回收率和精密度均符合GB/T 27404-2008《實驗室質量控制規(guī)范 食品理化檢測》的相關規(guī)定[14]，表明該方法有良好的回收率和精密度，滿足測定要求。

2.5 標準物質分析

為驗證方法的準確性，選用國家標準物質大蝦（GBW10050）作為質控樣，平行稱取3份，按1.4的方法對其進行微波消解前處理后，ICPMS測定其12種無機元素含量，結果見表3。

從表3可知，國家標準物質大蝦（GBW10050）中12種無機元素含量的測定值均落在證書值參考范圍內，表明該方法準確可靠，可用于大黃魚中12種無機元素含量的測定。

2.6 樣品分析

應用該方法對福建省寧德市采集到的25份大黃魚樣品中的12種無機元素含量進行測定，結果見表4。

從表4可知，大黃魚中礦物質元素含量順序為Ca>Mg>Zn>Fe>Sr>Se>Cu>Mn，根據(jù)GB 28050-2011《食品安全國家標準 預包裝食品營養(yǎng)標簽通則》以及中國營養(yǎng)學會發(fā)布的關于營養(yǎng)素參考值（NRV，100 g食品中營養(yǎng)素的含量占該營養(yǎng)素每日攝入量的比例）日推薦攝入量標準的規(guī)定[15]，所測大黃魚樣品中的Ca、Mg、Zn、Fe、Se、Cu、Mn元素的營養(yǎng)素參考值（NRV）分別為5.1%、10.1%、3.3%、2.0%、68.8%、1.1%、0.5%。根據(jù)GB 2762-2017《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的規(guī)定[16]，鮮、凍大黃魚的Cr、甲基汞（水產(chǎn)動物可先測汞，當總汞水平不超過甲基汞限量時，不必測甲基汞）、Cd、Pb指標分別為2.0、1.0、0.1、0.5 mg·kg-1，所測大黃魚樣品中的Cr、甲基汞、Cd、Pb含量均未超標。從以上數(shù)據(jù)可知，大黃魚含多種人體必需礦物質元素，富含的Se元素有助于清除人體代謝產(chǎn)生的自由基，提高身體免疫力。本研究所選取的大黃魚具有較好的營養(yǎng)價值和較高的食用安全性。

3 結論

本研究選擇HNO3H2O2為酸消解體系，采用微波消解前處理樣品，電感耦合等離子體質譜法同時測定大黃魚中的Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd等12種無機元素含量。通過方法的檢出限、精密度、加標回收率、準確度試驗對測定方法進行考察，結果表明該方法檢出限低、線性范圍寬、準確度和精密度高、回收率好、可多元素同時測定，適用于大黃魚中多種無機元素含量的快速批量測定。大黃魚含人體必需的常量元素Mg、Ca，微量元素Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr，其中Se元素NRV值高達68.8%，而污染物重金屬元素Cr、甲基汞、Cd、Pb含量均符合國家標準要求，屬于低風險食品。礦物質元素對人體的新陳代謝、生長發(fā)育等方面起到重要作用，人們可根據(jù)自身礦物質元素情況合理食用大黃魚食品進行膳食補充。本研究有助于了解大黃魚的營養(yǎng)價值和食用安全性，可為大黃魚產(chǎn)品的質量控制和綜合利用提供參考。

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（責任編輯：柯文輝）

收稿日期：2021-09-15

作者簡介：劉仙金，女，1987年生，碩士研究生，工程師，主要從事食品檢驗研究。