微波消解-电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)法测定鲢鱼肌肉中的19种矿物元素

2019-03-12魏永生侯雅慧张国伟

中国无机分析化学 2019年1期

魏永生侯雅慧张国伟

(咸阳师范学院化学与化工学院，陕西咸阳 712000)

前言

鲤形目，鲤科鱼类鲢鱼(拉丁学名Hypophthalmichthysmolitrix，英文名Silver carp)，俗称白鲢、水鲢、鲢子等，因其生长快、疾病少、产量高，是我国主要的人工饲养淡水养殖鱼，也是我国著名的四大家鱼之一。鲢鱼肉营养价值高，含有丰富的蛋白质、氨基酸、矿物元素以及是大多数淡水鱼中含量较少的EPA、DHA等多不饱和脂肪酸[1-4]。人的机体是由许许多多的元素组成的一个有机体，现代研究在人体中检测出81种元素，其中碳、氢、氧、氮是构成有机体的主要元素，除了这4种之外的元素通称为矿物质或矿物元素[5]。食材中的矿物元素组成也是评价其营养价值和安全性的重要因素，依据各种不同的元素在机体中所占比重的不同，分为常量元素及微量元素[6]。常量元素共11种，分别为碳、氢、氧、氮、钙、磷、钾、硫、钠、氯、镁等，其余在人体内含量小于0.01%的化学元素是微量元素。而微量元素又分三类：1)具有特殊生理功能，适当的含量对维持生命活动不可缺少的必需微量元素，包括铁、锌、铜、镍、锡、碘、钴、硒、锰、钼、氟、钒、铬、锶等14种；2)在机体中微量存在就会引起毒性反应的毒性元素，如镉、汞、铅、砷等；3)尚未发现有特殊生理功能或毒性反应的非必需微量元素。关于鲢鱼矿物元素含量的测定，有文献应用石墨炉原子吸收光谱法或原子荧光光谱法测定了鲢鱼中有害重金属元素铅、镉、汞、砷等的含量，并对其进行了风险评价[7-9]。有关鲢鱼肉中矿物元素组成的全面详细分析少见文献报道，本文拟采用当前矿物元素组成测定领域中具有明显技术优势的微波消解制样技术以及全谱直读电感耦合等离子体发射光谱测定技术(inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy，缩写：ICP-OES)[10-12]，对鲢鱼肌肉中的矿物元素组成进行较为全面的测定与分析，为相关研究提供参考数据。

1 材料与方法

1.1 实验材料及前处理方法

鲢鱼从西安、咸阳不同的三个菜市场随机采购，每个市场分别采购三条鲢鱼，洗净后取其可食用肉质部分，纯净水清洗，滤纸吸干表面水分，分别按四分法缩减至250 g，真空冷冻干燥机中冷冻干燥48 h，干燥后的鱼肉再用家用食品粉碎机粉碎后密封冷藏，作为测试样品待用(通过测定干燥前后的质量，新鲜鲢鱼肉平均含水率78.0 g/100g)。

鲢鱼样品微波消解前处理方法：按文献方法进行[13-14]。

1.2 试剂与标准溶液

K、Na标准溶液(100 μg/mL，GSB04-1763-2004)，Ca标准溶液(1 000 μg/mL，GSBG62012-90)，多元素标准溶液(Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn均为100 μg/mL，GSB04-1767-2004)均为国家钢铁材料测试中心出品，S标准溶液(1 000 μg/mL，GBW(E)080994)， P标准溶液(1 000 μg/mL，GBW(E)080988)， Mg标准溶液(1 000 μg/mL，GBW(E) 080976) 均为济南众标科技有限公司出品。浓硝酸、过氧化氢购自Thermo Fisher Scientific公司。超纯水电阻率≥18.2 MΩ.cm。

1.3 仪器与工作条件

VARIAN 715-ES全谱直读电感耦合等离子体发射光谱仪(美国瓦里安公司)；MDS-6微波消解仪，ECH-1电控加热台(上海新仪微波化学科技公司)；SCIENTZ-18N冷冻干燥机(宁波新芝冻干设备公司)；arium 611UV超纯水制备仪(德国Sartorius公司)；HR1844四合一搅拌榨汁机(珠海飞利浦公司)；Pipet-Lite PL可调移液器(梅特勒-托利多公司)。

ICP仪器工作条件：VARIAN ICP ExpertTMII中文操作系统；炬管：垂直观测，观察高度10 mm；高频发生器：功率1.00 kW，射频RF频率40.68 MHz；雾化器：雾化气压力200 kPa，等离子气流量15.0 L/min，辅助气流量1.5 L/min；进样系统：进样时蠕动泵速15 r/min，一次读数时间5 s，读数3次平均。

1.4 元素定性鉴定

在VARIAN ICP ExpertTMII操作系统中，有一个应用程序Worksheet 715，一次扫描可以分析69种矿物元素。应用该程序对鲢鱼样品溶液进行分析，可以得到69种元素测试结果的光谱轮廓描记图、信背比以及相对标准偏差(RSD)等参数。从光谱轮廓描记图可以直观地观察到每一种元素响应信号的情况，含量高的信号强，含量低的信号弱，而那些信号淹没在基线背景中的元素可以认为不存在或者利用该法无法检测。以钾、锌、钴三种元素的检测为例，ICP发射光谱图如图1所示。图1中，钾元素和锌元素的信号很强，可以利用本法定性定量，而钴元素则无法检测。另外，利用ICP操作系统检测时给出的RSD数据，也可以判断是否能够检测某种元素。例如，检测上述三种元素的RSD值分别为：钾2.7%，锌2.2%，钴7.1%；很明显，利用该法可以准确定量鲢鱼中的镁元素、锌元素，对于钴元素则无法检测。

图1 ICP检测钾、锌、钴元素光谱图Figure 1 Spectrograms of potassium, zinc and cobalt by ICP

1.5 元素定量分析

对于通过上述方法鉴定在鲢鱼中存在的元素，首先确定其ICP-OES定量测定发射光谱分析线，通过VARIAN ICP ExpertTMII操作系统自带的图示选择界面，可以看到每种待测元素各个发射光谱分析线的信号强度，干扰元素的信号位置、强度、波长等参数。结合鲢鱼中共存元素的情况，选择信号强度高、干扰低的发射光谱线作为待测元素的分析线。具体定量分析时，对每一种待测元素配制合适浓度的系列标准溶液，利用ICP-OES仪器测定发射光谱强度，以信号强度对浓度作图，得工作曲线。同法测定待测元素发射光谱强度，利用工作曲线，外标法定量。

2 结果与分析

2.1 鲢鱼中矿物元素定性分析结果

按定性鉴定方法，可以对鲢鱼中的19种矿物元素定性，分别为：K、Ti、Al、Ga、B、Ba、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、Mg、Mn、Na、P、Pb、S、Sr、Zn等。对于这19种元素，按元素定量方法进行定量分析。

2.2 19种元素的定量分析线与检测限

按元素定量方法确定的各待定元素的发射光谱分析线见表2，同法测定11个空白溶液中19种矿物元素的发射光谱强度，计算每种元素测定结果的标准偏差，以标准偏差的3倍作为各待测元素的检测限，结果见表1。19种分析元素中，Ti、B、Ba、Cd、Cr、Fe、Mn、Sr等元素的检测限极低，在1 μg/L以下，K、P、S等元素的检测限较高。

2.3 标准工作曲线

按1.5方法制备各待测元素标准工作曲线及相关参数见表2。结果显示，ICP-OES定量分析的线性范围宽，都在2个数量级以上，而且其线性相关系数都在0.999以上。

表1 鲢鱼中19种矿物元素定量分析线与检测限Table 1 Quantitative analysis line and detection limit of 19 mineral elements in silver carp

2.4 加标回收实验

通过在样品中加入标准的方法，分别测定了P、S、K、Ca、Mg、Na、Al、Zn、Fe等鲢鱼中含量较高元素的加标回收率。准确称取0.352 1 g鲢鱼肉样品至消解罐中，分别吸取S、P、Ca元素标准溶液各1 mL，K、Na混合标准溶液5 mL，稀释10倍后的GSB04-1767多元素混合溶液1 mL以及稀释10倍后的Mg元素标准溶液0.9 mL也加入消解罐中，在电热板上蒸干溶液，再加入硝酸和双氧水，同法消解并测定各元素的回收量，平行三次实验，计算加标回收率，见表3。回收率测定结果显示，元素的加标回收率都在93.0%～113%。

表2 鲢鱼中19种定量分析矿物元素标准工作曲线及参数Table 2 Standard working curves and parameters for quantitative analysis of mineral elements in 19 silver carp

注：表中C代表溶液中待测元素含量，μg/L；Int代表相应元素发射光谱强度。

表3 加标回收实验结果Table 3 Experimental results of recovery rate

2.5 鲢鱼中矿物元素定量结果

鲢鱼肉中19种元素定量分析结果见表4。

2.6 结果分析

3个不同市场采购鲢鱼样品中矿物元素平均含量之比较以及其标准偏差分别用图示表示，常量元素见图2，微量元素见图3、图4。测定结果显示：常量元素中含量最高的是硫元素和磷元素，较低的是钠和镁元素，但它们的含量也比微量元素中最高的铝元素高出11倍；不同市场采购鲢鱼中，磷元素和钙元素含量差异较大，而钠和镁元素的含量差异极小。微量元素中，铝、锌、铁等元素的含量较高，而铅、铜、铬、硼、镉、钛等元素的含量甚微；不同市场采购鲢鱼中，微量元素含量相对偏差较大的是锰、钡、锶、铝等元素，而锌、铁、铅、镉、铜等元素含量的相对偏差较小。

表4 鲢鱼肉中矿物元素定量结果(干燥鲢鱼肉)Table 4 Quantitative results of mineral elements in silver carp(dry)

图2 常量元素平均含量之比较Figure 2 Comparison of the average contents of the constant elements.

图3 微量元素平均含量之比较(I)Figure 3 Comparison of the average contents of trace elements (I).

图4 微量元素平均含量之比较(II)Figure 4 Comparison of the average contents of trace elements (II) .

关于有害重金属元素的含量，在国家标准《食品中污染物限量》(GB 2762—2017)中规定，鱼类中铅要小于0.5 mg/kg，镉小于0.1 mg/kg。测定结果显示，铅的平均含量0.75 mg/kg，但这是干燥鱼肉的含量，若换算为新鲜鱼肉，含量为0.165 mg/kg，则低于国家标准限量。镉的测定结果为0.028 mg/kg，换算为新鲜鱼肉为0.006 16 mg/kg，远低于国家标准限量。铝元素虽然是鲢鱼肉中含量最高的微量元素，但也没有超过国家标准限量中面制品铝含量小于100 mg/kg的规定。因此，从有害元素含量方面考察，市售鲢鱼食用安全。

关于测定结果的精密度和准确度，57个相对标准偏差(RSD)测定结果和9个元素回收率测定结果统计分析见图5。在57个测定结果的RSD值中，小于2%的有27个，2%～5%的有8个，5%～10%的有13个，大于10%的有9个。RSD测定结果较大的元素都是一些在鲢鱼中含量极低、低至方法检测限附近的元素，如B、Pb、Cd等。元素加标回收率测定结果都在93%～113%。