固相萃取-电感耦合等离子质谱测定酱油中铅和镉

肖亚兵 ，何健 ，马兴 ，张静 ，杨爽 ，郑文杰

（1.天津出入境检验检疫局，天津300461；2.淮安出入境检验检疫局，江苏淮安223001）

铅、镉作为公认的有毒有害金属元素，是食品和食品添加剂需要重点监控的安全卫生项目，在日常检测过程中，遇到诸如酱油等含盐量高的样品，现有的检测手段往往无法准确定量，因为酱油属于高盐样品，其中的氯化钠基体对铅、镉检测存在很大光谱和质谱干扰，影响准确定量。采用加大样品稀释倍数降低盐含量也不可取，因为酱油中的铅、镉含量比较低，稀释倍数太大同样导致结果偏差。很多学者尝试了多种办法解决高盐基体的干扰问题：杨文英等[1-3]以氯化钯和硝酸铵为基体改进剂，陈汉斌[4]采用碳与硝酸铵联合基体改进剂，直接测定酱油中的铅。田泽涵[5]用基体匹配法，通过采用在标准溶液中添加相同浓度的氯化钠来抵消氯化钠对测定的干扰。张志等[6]研究了氢化物发生-原子吸收光谱法（Hydride generation atomic absorption spectrometry，HG-AAS）测定酱油中铅含量的分析方法。李晓红等[7]采用混合酸对样品进行消化处理后，在pH 2～2.8时，样品溶液中铅与加入的吡咯烷二硫代氨基甲酸铵1形成金属络合物，用甲基异丁基甲酮萃取，石墨炉原子吸收光谱法进行测定。曾祥程等[8]建立Mg（OH）2共沉淀和同位素稀释及动态碰撞反应[9]电感耦合等离子体质谱法测定酱油样品中的微量铅。赵群、彭静等采用电化学方法测定高盐样品中的铅[10-11]。毛红等[12]用进口固相萃取柱脱盐-石墨炉原子吸收法测定酱油中铅。肖亚兵等[13-14]采用螯合树脂吸附分离高盐基体，并检测了高盐样品中的铅、镉和铜。苏耀东等[15]用PAN-Ni（Ⅰ）体系共沉淀分离富集酱油消解液中的痕量镉。鞠美庭等[16]用巯基棉富集原子吸收法测定酱油中的铅、镉。梁晶辉等[17-18]用基体改进剂石墨炉原子吸收法测定酱油中镉。李敏等[19]采用电感耦合等离子体-质谱法测定酱油中铅、镉等，通过样品基体稀释、选取合适同位素、采用碰撞池He模式及内标校正等技术消除干扰。

然而实际检测中发现，通过样品稀释，加入基体改进剂以及优化仪器参数的方法是无法完全消除酱油中铅镉检测的背景干扰的，而通过分离富集的手段，将铅镉离子与酱油的高盐基体分开，再用原子吸收光谱仪（atomic absorption spectrometry，AAS）或电感耦合等离子体质谱仪（inductively coupled plasma mass spectrometry）检测，不仅消除了基体干扰，还能保证检测结果的准确性。文献中的分离富集的方法也存在一些问题，比如有机溶剂萃取会影响操作人员的健康，对环境不友好；共沉淀法耗时比较长，无法满足检测周期需求；巯基棉法选择性一般，材料自制，不易推广。固相萃取法，因其不使用有机溶剂，环境友好，其柱中填料为商品化的吸附材料，性能稳定，操作简便等优点，逐渐应用于重金属的分离富集中[20-23]。

笔者采用多合一重金属固相萃取柱，柱中填充的螯合树脂可将样品溶液中的铅、镉离子选择性吸附，而盐基体不被吸附，将铅镉离子与酱油的高盐基体分离，去除基体干扰后，可以用电感耦合等离子体质谱仪准确检测酱油中铅镉含量。

1 试验部分

1.1 仪器

ICAPQc电感耦合等离子体质谱仪：赛默飞世尔公司；8通道固相萃取仪：淮安应天生物科技；MilliQ10超纯水仪：默克密理博公司。

1.2 试剂

优级纯硝酸、过氧化氢：苏州晶瑞化学有限公司；光谱纯乙酸铵缓冲液（pH 6～7）：淮安应天生物科技有限公司；铅、镉标准储备液（1 000 mg/L）：国家标准物质研究中心。

1.3 方法

1.3.1 原理

酱油样品处理液经蠕动泵泵入重金属固相萃取柱中，柱中填充的螯合树脂可将样品溶液中的铅、镉离子选择性吸附，而盐基体不被吸附，经过淋洗，将柱中残留的盐基体洗去，最后用稀硝酸溶液将铅、镉离子洗脱，洗脱液用ICP-MS检测。

1.3.2 标准溶液配制

分别移取1 000 mg/L的铅和镉标准溶液各10 mL至100 mL容量瓶中配制成100 mg/L的中间储备液，并同样逐级稀释至10 mg/L，分别吸取10 mL铅、镉10 mg/L的中间储备液至100 mL容量瓶中，配制成1 mg/L的混合标准溶液。再依次移取此溶液0.00、0.025、0.05、0.10、0.50、5.00 mL 至 100 mL 容量瓶中，配制成 0、0.25、0.50、1、5、50 μg/L 的混合系列标准溶液，用ICP-MS测定，计算标准曲线的回归方程。

1.3.3 样品处理

称取约0.5 g样品，加3 mL硝酸浸泡过夜，加3 mL过氧化氢，微波消解，消解后赶酸至体积少于1 mL，用光谱纯缓冲液定容至50 mL。

1.3.4 过柱步骤

柱活化→上样→淋洗1→淋洗2→洗脱→淋洗2→淋洗1→下一个样品（重复）

其中，用5%（体积分数）硝酸水洗下可能吸附于柱上的金属离子，然后用10 mL水分两次洗下硝酸，完成柱活化。上样体积10 mL，洗脱体积10 mL，洗脱液为5%（体积分数）硝酸水溶液。淋洗1为光谱纯缓冲液5 mL，用于平衡柱床，淋洗2为纯水10 mL，所有溶液均用固相萃取仪泵入重金属固相萃取柱，流速均为5 mL/min。从上样至洗脱完成耗时7 min，同步最多可以做8个样品。

1.4 仪器参数

以 1.0μg/L 的 TUNE B 调谐液（Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U）对将仪器调谐至最优状态，RF功率1 550 W，冷却气14 L/min，辅助气 0.8 L/min，雾化器流速 1.06 L/min，采样模式KED。

2 结果与讨论

2.1 线性范围

将上述1.3.2系列标准溶液按上述1.4仪器参数进行测定，以CPS对浓度绘制标准曲线，结果呈现良好线性关系，铅和镉相关系数均为0.999，铅检出限0.02 mg/kg，镉检出限0.002 mg/kg，铅和镉的标准曲线见图1。

图1 铅和镉的标准曲线Fig.1 Standard curves of lead and cadmium

2.2 空白试验

在试验过程中，样品消解结束后，使用约50 mL缓冲液定容，缓冲液用量较大，其中的重金属背景必须关注。通过实测，空白消解液经过赶酸、定容、过柱、洗脱等步骤后，洗脱液中铅、镉的含量分别为1.053、0.016 μg/L，说明购买的光谱纯缓冲液中铅镉含量较低，能满足检测需求。

2.3 样液pH值控制效果

该固相萃取柱建议的工作pH值范围为4～7，该方法在样品消解并赶酸结束后，采用缓冲液直接定容的方法来控制pH值，为了验证缓冲液的缓冲效果，采取了在缓冲液中直接添加不同体积的浓硝酸，最终定容至50 mL，然后分别测定混匀后的溶液pH值，通过检测，缓冲液缓冲效果如表1。

表1 缓冲液对不同体积的硝酸的缓冲效果Table 1 The effect of buffer on different volume of nitric acid

通过测试，赶酸体积需要控制在1 mL以下时，缓冲后的体系溶液pH值才能在柱的工作范围内。

2.4 不同pH值对铅和镉的吸附效果

该固相萃取柱建议的工作pH值范围为4～7，为了验证在此范围内，pH值对铅和镉的分离效果，在4个100 mL 容量瓶中，人工配制铅（40 μg/L）、镉（8 μg/L）的混合溶液，通过稀硝酸、氨水调节pH值，将pH值调为 4.07、5.11、6.05、7.03，定容后精密测定 pH 值，然后分别取10 mL过铅镉固相萃取柱，按程序淋洗洗脱，洗脱液体积10 mL，溶液过柱流速5 mL/min，收集洗脱液，用ICP-MS测定铅镉含量，计算回收率，试验结果如表2。

表2 不同pH值对铅和镉的吸附效果Table 2 Adsorption effect of different pH values on lead and cadmium

通过试验发现，在pH值为4～7之间，重金属固相萃取柱的对铅和镉的吸附效率均在90%以上，接近中性时吸附效率最高。

2.5 基体分离效果

用含 0.5%氯化钠的溶液配制铅（40 μg/L）、镉（8 μg/L）标准溶液，在原子吸收光谱仪检测，并使用基体改进剂（5 μg钯+3 μg硝酸镁），结果发现有很大的背景吸收，铅的吸收信号偏小，镉已不成峰形，基体改进剂效果不明显。试验结果见图2。

将此两份含0.5%氯化钠标准溶液分别取10mL过铅镉固相萃取柱，按程序淋洗洗脱，洗脱液体积10 mL，取洗脱液进行原子吸收光谱仪检测，试验结果如图3，背景吸收信号正常，铅、镉原子吸收信号与正常配制标准溶液无异，见图3。

2.6 柱穿透试验

根据柱说明书提供的柱参数，铅镉固相萃取柱的最大吸附容量为800 μg，即最大能吸附800 μg的铅或镉。柱穿透试验采用10 μg/mL的铅和镉标准溶液分别过柱，流速5 mL/min，每分钟收集1次，收集液用ICP-MS检测铅和镉，结果50 mL溶液过柱后都没有检出铅和镉，说明柱没有穿透。将铅和镉标准溶液浓度调整为 100 μg/mL，过柱流速 5 mL/min，每毫升收集 1次，第7毫升收集液中检测铅和镉，试验结果说明，该柱的吸附容量达到 700 μg。

图2 0.5%氯化钠基体对铅和镉测定的光谱干扰Fig.2 The spectral interference of 0.5%sodium chloride substrate to Pb and Cd

图3 分离氯化钠基体后的铅镉的原子吸收光谱图Fig.3 Atomic absorption spectra of lead and cadmium after separation of sodium chloride matrix

2.7 固相萃取柱重复性试验

该多合一重金属固相萃取柱可以重复使用，因此有必要进行重复性试验。用8根铅镉固相萃取柱同步进行试验，使用八通道固相萃取仪对每根柱子进行20次重复试验，试验的溶液为50 μg/L的铅和10 μg/L的镉混合标准溶液，试验中溶液流速均为5 mL/min，每次的洗脱液用ICP-MS检测铅和镉，8根柱每根20次重复试验共计160次试验结果：铅回收率91.8%～99.7%，变异系数3.7%，镉回收率90.5%～98.4%，变异系数3.5%。经过试验证明，不同柱之间吸附性能一致，固相萃取柱活化后能稳定吸附铅和镉。

2.8 添加回收率和精密度

称取酱油样品9份，称样量约0.5 g，分别为：0.501、0.503、0.507、0.505、0.503、0.502、0.505、0.501、0.503 g，其中3份作为对照，6份做添加，铅镉添加量均为0.25 μg，微波消解后，赶酸至约 1 mL，样品定容至50 mL，相当于样品溶液中添加浓度为5 μg/L。样品的称样量比较一致，对回收率计算影响可以忽略，因此直接使用样品溶液中测定的浓度来计算回收率。3份对照样定容至50 mL后，其中的铅浓度分别为0.235、0.195、0.217 μg/L，平均值为 0.216 μg/L。镉浓度分别为0.081、0.099、0.092 μg/L，平均值 0.091 μg/L。5 份添加试验结果如表3。

表3 酱油样品的添加回收试验数据Table 3 Recovery test（n=6）of soy sauce samples

2.9 镉回收率偏低的原因

2.8中镉添加平均回收率82.8%，有点偏低。参考2.3样液pH值控制效果，估计与赶酸时剩余的酸量有关，该柱建议的工作pH值范围为4～7，接近中性吸附最稳定，效率最高。本次试验中赶酸剩余体积约1 mL，定容结束后，实测溶液的pH值为4.30，虽在范围内，但是离中性稍远。且试验中为了提高过柱效率，流速为5 mL/min，有点偏快，也会对回收率有影响，后续试验将进一步验证。

2.10 样品检测结果

对3种品牌的各两个批号共6份酱油样品用重金属固相萃取柱分离富集后，用ICP-MS进行了检测，检测结果如下表4。

表4 酱油样品检测结果Table 4 Test results of soy sauce samples

3 结论

重金属固相萃取柱法能够有效实现酱油样品中铅镉的分离富集，解决基体干扰问题，分离富集效率较高，萃取柱性能稳定可重复使用，分析成本较低。此方法需注意必须控制好消解液赶酸的量，通过缓冲液调节控制溶液pH值在萃取柱有效工作pH值范围。综上所述，固相萃取-电感耦合等离子体质谱法能够满足高盐食品中重金属元素的准确检测需要。

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