微波消解电感耦合等离子体质谱法同时测定大黄鱼中12种无机元素含量

2021-02-26刘仙金

福建农业科技 2021年12期

摘要：采用HNO3H2O2酸消解體系对大黄鱼样品进行微波消解前处理，电感耦合等离子体质谱仪同时测定大黄鱼中Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd等12种无机元素含量。通过对电感耦合等离子体质谱仪器条件进行优化、选取合适的同位素、应用动能歧视模式克服质谱干扰，在线加入内标校正基体效应并补偿信号漂移，标准曲线法进行定量分析。结果表明：12种无机元素在一定的浓度范围内有良好的线性关系，相关系数r均大于0.999，加标回收率为88.0%～102.0%，相对标准偏差RSD≤5.9%，选用国家标准物质大虾（GBW10050）为质控样验证方法准确性，12种无机元素含量的测定值均落在证书值参考范围内。该方法具有检测快捷简便、检出限低、线性范围宽、准确度和精密度高、回收率好、可多元素同时测定的优点，能满足大批量的大黄鱼中多种无机元素含量的测定分析要求。

关键词：微波消解;电感耦合等离子体质谱法;大黄鱼;无机元素

中图分类号：S 917.4 文献标志码：A 文章编号：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

大黄鱼Larimichthys crocea（Richardson）又称黄鱼、黄瓜鱼、黄花鱼、黄金龙，属鲈形目，石首鱼科，黄鱼属，因其体色金黄、口唇朱红象征富贵，备受国民青睐，有“国鱼”之美誉[1-2]。大黄鱼肉质细嫩鲜美、蛋白质高、胆固醇低，含有维生素、矿物质元素，富含EPA、DHA等不饱和脂肪酸，是一种较为理想的动物性蛋白源[3-4];大黄鱼味甘咸、性平，入肝、肾二经，有益肾补虚、健脾开胃、益气填精、安神止痢的功效，是我国沿海传统的滋补海产品，为我国八大优势出口养殖水产品之一[5-6]。矿物质元素是人体的必需元素，在人体的新陈代谢过程中发挥重要作用，且在人体内不能合成，只能由外界供给，矿物质摄入不足或过量都会影响人体健康。近年来，随着工业化进程的加快，大量的工业废水排入海洋，海洋水体环境受到不同程度的污染，水产品的食用安全性也越来越受到人们的重视。因此对大黄鱼中的矿物质和重金属元素含量的测定分析，不仅能从矿物质角度评估其营养价值，也能从重金属污染方面分析其存在的潜在风险，对大黄鱼产品的品质评价具有重要意义。

目前，实现无机元素准确检测有两个关键环节：一是样品的消解前处理，二是合适的仪器分析方法以及试验条件。相比于传统的干法灰化和湿法消解，微波消解具有处理效率高、试剂用量少、空白值低、挥发性元素损失小、环境污染少等优点，被广泛地应用于食品检测行业[7-8]。无机元素常用的测定方法有原子吸收光谱法（AAS）、原子荧光光谱法（AFS）、电感耦合等离子体发射光谱法（ICPOES）和电感耦合等离子体质谱法（ICPMS）等[9]。经典的原子吸收光谱法和原子荧光光谱法1次只能测定1种元素，测定多种元素需要多次更换元素灯，耗时长，多种元素测定效率相对较低;电感耦合等离子体发射光谱法能同时测定多种元素，但对痕量元素的灵敏度不够、测定效果不够理想;电感耦合等离子体质谱法具有分析速度快、干扰少、检出限低、线性范围宽、可多种元素同时测定等优点，在食品分析领域得到广泛的应用[10-11]。本研究以闽东大黄鱼为研究对象，采用微波消解前处理样品，电感耦合等离子体质谱法测定其矿物质和重金属共12种无机元素含量，旨在为闽东大黄鱼产品的安全性评价和营养价值的分析提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

材料：大黄鱼样品采自福建省宁德市的大黄鱼生产企业。

试剂：Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd单元素标准储备液（1000 μg·mL-1，国家有色金属及电子材料分析测试中心）;内标储备液（100 μg·mL-1 的6 Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi）;硝酸（优级纯）;过氧化氢（优级纯）;重铬酸钾（分析纯）;实验室自制超纯水（电阻率≥18.2 MΩ·cm）。

试验所用器具、微波消解内罐及内盖均用20% 硝酸溶液浸泡过夜，用水反复冲洗干净，再用超纯水冲洗3次，晾干备用。

1.2 仪器与设备

Agilent 7700x电感耦合等离子体质谱仪（配同心玻璃雾化器）（美国Agilent公司）;Mars 6微波消解仪（美国CEM公司）;ME204E 电子天平[梅特勒托利多仪器（上海）有限公司];EHD24可调节电热板（北京东航科仪仪器有限公司）;MilliQ纯水系统（美国Millipore公司）。

1.3 标准溶液的配制

分别移取适量的Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Cd单元素标准储备液，用2% 硝酸溶液配制成试验所需的混合标准母液，再2%硝酸溶液配制成混合标准系列溶液。其中含Mg、Ca元素浓度梯度为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元素浓度梯度为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元素浓度梯度为0、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0、10.0、15.0、20.0和25.0 μg·L-1;含Fe、Zn元素浓度梯度为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元素浓度梯度為0、2.0、4.0、6.0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100.0 μg·L-1。

Hg标准稳定剂：称取0.5 g重铬酸钾溶于（5+95，体积比）硝酸溶液中并定容至1 L，得到0.05%重铬酸钾的（5+95，体积比）硝酸溶液，用于Hg标准溶液的配制。用Hg标准稳定剂将Hg标准储备液逐级稀释配制成Hg标准母液，再2%硝酸溶液配制成Hg标准使用液，具体浓度梯度为0、0.1、0.2、0.3、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0和5.0 μg·L-1。

内标储备液用2%硝酸溶液配制成1 μg·mL-1的内标使用液。

1.4 试验方法

1.4.1 样品前处理采集的大黄鱼样品放置于-18℃冰柜冷冻备用，制样时取出，室温下自然解冻，除去鱼鳞、内脏、鱼鳃等，取全部可食肌肉去皮，粉碎均匀。在微波消解内罐中称取0.5 g粉碎均匀后的大黄鱼样品，加入5 mL硝酸，置于电热板上90℃加热30 min，冷却至室温，加入1 mL过氧化氢，静置15 min，装罐，置于微波消解仪中，程序升温法消解。消解步骤为：7 min内升温至120℃并保持6 min，5 min内升温至160℃并保持5 min，6 min内升温至190℃并保持25 min。消解结束后，冷却至室温，开罐，用少量超纯水冲洗内盖合并至微波消解内罐中，将内罐置于电热板上120℃赶酸至近1 mL。冷却至室温，用超纯水定容至50 mL，混匀备用。同时做空白试验。

1.4.2 ICPMS仪器工作参数待仪器开机稳定30 min后，用质谱调谐液对仪器进行调谐，使仪器灵敏度、分辨率、双电荷、氧化物等指标达到最佳测定条件，具体工作参数为：射频功率1550 W，等离子体气流量15 L·min-1，载气流量1.0 L·min-1，采用碰撞池技术的动能歧视KED模式，碰撞气为氦气，氦气流量4.5 mL·min-1，采样锥/截取锥类型为镍锥，采样深度8.0 mm，积分时间为0.3 s（其中Se为0.9 s），重复测定3次。

1.4.3 样品测定采用三通阀在线加入内标溶液，依次将混合标准系列溶液、空白溶液、样品溶液和质控样溶液引入ICPMS中进行测定，采用标准曲线法计算各元素含量。

2 结果与分析

2.1 消解体系的选择

无机元素测定前处理常用的酸消解体系有

HNO3、HNO3H2O2、HNO3HClO4等。大黄鱼样品的基质较复杂，含有一定的油脂，属于不易消解物质。采用纯HNO3对基体复杂样品消解不够完全，消解液澄清度不够;HClO4为强氧化性酸，分解能产生大量的气体副产品，在微波消解的密闭消解环境下使用存在一定的安全风险;H2O2是一种弱酸性氧化剂，氧化能力随介质酸度的增加而增加，其分解产生的高能态活性氧能加速有机物的消解[12]。HNO3H2O2体系氧化性较强，H2O2的加入能降低HNO3的用量，加速样品的消解，得到澄清的消解液，且体系中只含有H、O和N 3种元素，在测定过程中不会产生多原子离子干扰。本研究选用HNO3H2O2酸消解体系，用微波消解的方式对大黄鱼样品进行前处理。

2.2 干扰及校正

ICPMS的干扰分为质谱干扰和非质谱干扰。质谱干扰主要有双电荷离子干扰、多原子离子干扰和同量异位素干扰，可通过优化仪器条件降低双电荷离子干扰，用碰撞/反应池技术的动能歧视（KED）模式来消除多原子离子干扰，按照测定丰度大、干扰少的原则选择合适的同位素可最大程度地避免同量异位素干扰[11]。非质谱干扰主要为基体效应，会抑制待测元素的信号，可通过稀释样品、使用内标法校正等方式来克服非质谱干扰[13]。本研究通过优化仪器条件、选择合适的同位素、采用氦气碰撞池模式等方式来克服质谱干扰，选择测定元素的质量数为24Mg、44Ca、52Cr、55Mn、56Fe、63Cu、66Zn、78Se、88Sr、111Cd、202Hg、208Pb。在线加入内标溶液来校正樣品基体效应并补偿仪器信号漂移。

2.3 标准曲线与检出限

按上述方法对混合标准系列溶液进行测定，以各元素浓度（X，μg·L-1）为横坐标，以待测元素的CPS值与内标元素CPS值的比率Ratio为纵坐标（Y），绘制标准曲线。按照IUPAC的方法，对空白溶液进行11次平行测定，以所得标准偏差SD的3倍计算仪器检出限[13]。结果见表1。

从表1可知，12种无机元素在一定的浓度范围内有良好的线性关系，线性相关系数r均大于0.999;各元素的检出限在0.03～5.0 μg·L-1，检出限低，满足大黄鱼中常量和微量元素的测定

要求。

2.4 精密度与加标回收率

平行称取6份大黄鱼样品，按上述方法进行6次独立试验，得到各元素含量的本底平均值，并计算其相对标准偏差RSD。取同一大黄鱼样品，平行称取3份，加入一定量的混合标准母液，静置15 min，使之充分接触，按1.4的方法进行测定，做样品的加标回收试验，得到各元素含量的加标后平均值，并计算其加标回收率，结果见表2。

从表2可知，12种无机元素的加标回收率为88.0%～102.0%，相对标准偏差RSD≤5.9%，回收率和精密度均符合GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范食品理化检测》的相关规定[14]，表明该方法有良好的回收率和精密度，满足测定要求。

2.5 标准物质分析

为验证方法的准确性，选用国家标准物质大虾（GBW10050）作为质控样，平行称取3份，按1.4的方法对其进行微波消解前处理后，ICPMS测定其12种无机元素含量，结果见表3。

从表3可知，国家标准物质大虾（GBW10050）中12种无机元素含量的测定值均落在证书值参考范围内，表明该方法准确可靠，可用于大黄鱼中12种无机元素含量的测定。

2.6 样品分析

应用该方法对福建省宁德市采集到的25份大黄鱼样品中的12种无机元素含量进行测定，结果见表4。

从表4可知，大黄鱼中矿物质元素含量顺序为Ca>Mg>Zn>Fe>Sr>Se>Cu>Mn，根据GB 28050-2011《食品安全国家标准预包装食品营养标签通则》以及中国营养学会发布的关于营养素参考值（NRV，100 g食品中营养素的含量占该营养素每日摄入量的比例）日推荐摄入量标准的规定[15]，所测大黄鱼样品中的Ca、Mg、Zn、Fe、Se、Cu、Mn元素的营养素参考值（NRV）分别为5.1%、10.1%、3.3%、2.0%、68.8%、1.1%、0.5%。根据GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》的规定[16]，鲜、冻大黄鱼的Cr、甲基汞（水产动物可先测汞，当总汞水平不超过甲基汞限量时，不必测甲基汞）、Cd、Pb指标分别为2.0、1.0、0.1、0.5 mg·kg-1，所测大黄鱼样品中的Cr、甲基汞、Cd、Pb含量均未超标。从以上数据可知，大黄鱼含多种人体必需矿物质元素，富含的Se元素有助于清除人体代谢产生的自由基，提高身体免疫力。本研究所选取的大黄鱼具有较好的营养价值和较高的食用安全性。

3 结论

本研究选择HNO3H2O2为酸消解体系，采用微波消解前处理样品，电感耦合等离子体质谱法同时测定大黄鱼中的Mg、Ca、Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr、Pb、Cr、Hg、Cd等12种无机元素含量。通过方法的检出限、精密度、加标回收率、准确度试验对测定方法进行考察，结果表明该方法检出限低、线性范围宽、准确度和精密度高、回收率好、可多元素同时测定，适用于大黄鱼中多种无机元素含量的快速批量测定。大黄鱼含人体必需的常量元素Mg、Ca，微量元素Fe、Cu、Zn、Se、Mn、Sr，其中Se元素NRV值高达68.8%，而污染物重金属元素Cr、甲基汞、Cd、Pb含量均符合国家标准要求，属于低风险食品。矿物质元素对人体的新陈代谢、生长发育等方面起到重要作用，人们可根据自身矿物质元素情况合理食用大黄鱼食品进行膳食补充。本研究有助于了解大黄鱼的营养价值和食用安全性，可为大黄鱼产品的质量控制和综合利用提供参考。

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