电感耦合等离子体发射光谱/质谱法测定蚝油中15种元素

郭利攀，章路，段晓婷，王荣慧，徐晓

(绿城农科检测技术有限公司，浙江 杭州，310052)

蚝油是以牡蛎(Ostreagigastnunb)为原料，经过蒸煮浓缩后加工精制而成的调味品。蚝油味道鲜美，富含多种人体必需氨基酸和微量元素，深受消费者喜爱[1]。牡蛎作为蚝油制作的主要原料，主要生活在近海地区，然而随着工业社会的发展，沿海生态环境受到一定程度的污染，而牡蛎对重金属具有极强的富集能力，容易导致其体内重金属超标[2-3]。赵鹏等[4]的研究结果表明，北部湾钦州港牡蛎对Zn、Cu、Cd、Cr富集严重，Cu总超标率为89%，As总超标率为11%；王增焕等[5]对华南沿海部分海域的近江牡蛎(Ostrearivularis)和太平洋牡蛎(Crassostreagigas)重金属含量进行监测分析，结果表明Cd含量超出无公害水产品质量标准限量值，超标率为48%。重金属经食物链的富集后进入人体，对健康造成威胁。因此对蚝油中的常量元素和重金属进行分析，既可以评估其营养价值，又能分析存在的健康安全风险，具有非常重要的现实意义。

目前国内外关于蚝油的研究重点，主要包括不同发酵期氨基酸成分变化[6]、血管紧张素转移酶抑制剂分离[7]、感官特性与品质评价[8-9]、品种识别[10]、加工工艺[11-12]、防腐剂检测[13-14]、重金属脱除吸附[15]、膳食摄入评估[16]等，关于蚝油中常见微量元素和重金属分析的报道还较少。水产品及其制品中元素分析的方法比较多，主要包括原子吸收光谱法[17]、原子荧光光谱法[18]、电感耦合等离子体发射光谱法[19]、电感耦合等离子体质谱法[20-21]、高效液相色谱-电感耦合等离子质谱法[22]等。原子吸收光谱法和原子荧光光谱法选择性强，光谱干扰小，但不能进行多元素同时分析；电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子质谱法具有分析速度快、测定范围广、检出限低、灵敏度高、准确度好、能进行多元素同时分析的特点，在元素分析领域应用广泛。本研究以蚝油为分析对象，建立微波消解-电感耦合等离子体发射光谱/质谱法检测K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se分析方法，采用国家标准物质扇贝(GBW 10024)验证方法的准确度，同时将建立的方法应用于实际样品检测，以评估蚝油的营养价值和可能存在的健康安全风险。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

UP级硝酸(质量分数65%)、过氧化氢(质量分数30%)，苏州晶锐化学股份有限公司；1 000 μg/mL K、Na、Ca、Mg、P、Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se单元素标准溶液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；1 μg/L Li、Co、In、U、Ce调谐液，美国赛默飞世尔公司；5 mg/L Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn和50 mg/L K波长校正液，美国安捷伦公司；1 000 μg/mL Ge、Rh、Re元素内标液，国家有色金属及电子材料分析测试中心；生物成分分析标准物质扇贝(GBW10024)，北京坛墨质检科技有限公司；蚝油样品，市售。

1.2 仪器与设备

iCAP Qc型 ICP-MS，美国赛默飞世尔公司；5100 ICP-OES，美国安捷伦公司；ETHOS ONE微波消解系统，美国麦尔斯通公司；Milli-Q超纯水仪，美国密理博公司；BSA224S电子天平，德国赛多利斯公司；DEENA Ⅱ全自动石墨消解仪，美国Thomas Cain公司；VB24Plus智能样品处理器，北京莱博泰科公司。

1.3 样品前处理

称取扇贝、蚝油样品0.5 g(精确至0.001 g)于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，1 mL过氧化氢，静置预反应1 h后置于微波消解仪中进行样品消解。微波消解最大功率为1 600 W，采用程序升温方式：第一阶段为120 ℃保持5 min；第二阶段为150 ℃保持10 min；第三阶段为180 ℃保持20 min。待消解结束后，取出消解罐，置于赶酸仪上，于150 ℃加热赶酸至0.5 mL左右，待消解液冷却至室温后，准确转移至50 mL容量瓶中，用超纯水定容。同时进行试剂空白试验。

1.4 仪器工作条件

电感耦合等离子体发射光谱(inductively coupled plasma optical emission spectrometry, ICP-OES)工作条件：采用5 mg/L Al、As、Ba、Cd、Co、Cr、Cu、Mn、Mo、Ni、Pb、Se、Sr、Zn和50 mg/L K波长校正溶液，对仪器波长进行校正；在待机状态对仪器检测器进行校正，确保仪器处于最佳工作状态。优化后的仪器条件为：射频功率1 200 W；等离子体气流量12.0 L/min；雾化气流量0.7 L/min；辅助气流量1.0 L/min；蠕动泵速12 r/min；稳定时间15 s。待测元素K、Na选择径向观测方式，Ca、Mg、P选择轴向观测方式。

电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry, ICP-MS)：采用1 μg/L Li、Co、In、U、Ce调谐液对ICP-MS仪器状态进行调谐，使信号值Li≥50 000 cps，Co≥100 000 cps，In≥200 000 cps，U≥300 000 cps，双电荷(138Ba++/137Ba+)≤3.0%，氧化物(CeO/Ce)≤1.9%，59Co/51ClO≥28。优化后的仪器条件为：射频功率1 550 W；雾化气流量1.12 L/min；冷却气流量14.0 L/min；辅助气流量0.80 L/min；待测目标同位素为56Fe、55Mn、65Cu、66Zn、27Al、75As、208Pb、111Cd、52Cr、78Se。

1.5 标准工作曲线配制

根据样品中元素含量的高低，采用逐级稀释的方法，用5%的硝酸配制成不同梯度的工作曲线。K、Na、Ca、Mg、P元素分析标准系列浓度为0.25、0.5、1、2、4、8、16 mg/L；Fe、Al元素分析标准系列浓度为5、25、50、100、200、400、800 μg/L；As、Pb、Cd、Cr、Mn、Cu、Zn、Se元素分析标准系列浓度为0.1、0.5、1、2、5、10、20 μg/L。其中，K、Na、Ca、Mg、P元素含量采用ICP-OES分析测定，Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Pb、Cd、Cr、Se元素含量采用ICP-MS分析测定。

2 结果与分析

2.1 前处理条件的选择

样品的消解效果直接决定着检测结果的准确性。为了比较不同消解方式和消解体系对检测结果的影响，本研究采用快速石墨消解和微波消解2种方式，选择硝酸-盐酸和硝酸-过氧化氢2种消解体系进行样品的消解。快速石墨消解选择硝酸-盐酸消解体系：称取0.5 g样品，加入6 mL硝酸、2 mL盐酸，设置消解温度为180 ℃；微波消解选择硝酸-过氧化氢消解体系：称取0.5 g样品，加入4 mL硝酸、1 mL过氧化氢，按指定程序消解。结果表明，快速石墨消解速度快，但消解过程需补加硝酸和盐酸，且在ICP-MS分析过程会引入Cl-干扰；微波消解操作简便，试剂用量少，空白值低，消解过程中使用的硝酸-过氧化氢体系只存在H、O、N元素，不会引入其他元素形成多原子离子干扰。因此，本研究选择硝酸-过氧化氢消解体系，采用微波消解进行样品前处理。

2.2 干扰的消除

在ICP-OES分析过程中，应避免由于谱线重叠而产生的光谱干扰，分析线的选择应以灵敏度高、自吸收效应小、背景干扰低为原则。为确认最优分析谱线，本研究选择仪器谱线库中自带的3条元素谱线进行分析，对比标准溶液与样品溶液光谱图和信号值后进行谱线筛选，最终选择分析谱线分别为K:766.491 nm；Na:589.592 nm；Ca:396.847 nm；Mg:279.553 nm；P:213.68 nm。

在ICP-MS分析过程中，应避免由于等离子体产生的质谱干扰，待测同位素的选择应以丰度比高、多原子离子干扰小为原则。常见的多原子离子干扰包括40Ar35Cl对75As的干扰、40Ar38Ar对78Se的干扰、35Cl16O1H对52Cr的干扰等。为消除这些质谱干扰对检测结果的影响，本研究选择待测同位素分别为56Fe、55Mn、65Cu、66Zn、27Al、75As、208Pb、111Cd、56Cr、78Se，以He气为碰撞气，采用动能歧视模式(kinetic energy discrimination, KED)进行测定。同时，为降低样品黏度、雾化效率等引起的基体效应和信号漂移，采用在线加入内标的方式，分别选择Ge为Fe、Mn、Cu、Zn、Al、As、Cr的内标，Rh为Se、Cd的内标，Re为Pb的内标，对检测结果进行校正。

2.3 标准曲线与检出限

在优化好的仪器工作条件下，采用ICP-OES和ICP-MS进行多元素同时分析，测定标准系列溶液，得到各元素的标准曲线方程和相关线性系数。对空白溶液连续测定11次，以3倍标准偏差对应的质量浓度计算方法的检出限。各元素的标准曲线方程、相关系数、检出限见表1。由表1可知，方法线性良好，线性相关系数R2≥0.999，ICP-OES各元素的检出限范围为0.125～0.987 mg/kg，ICP-MS各元素的检出限为0.001～0.014 mg/kg，满足分析要求。

表1 各元素检出限与相关系数Table 1 The detection limits and correlation coefficient of elements

2.4 回收率与精密度

为验证方法的准确性和稳定度，选取1批次蚝油样品，在优化好的仪器条件下测定各元素的含量，根据元素含量范围进行3水平6平行加标回收实验。其中Na 3档加标浓度分别为20、100、400 mg/kg；K、Ca、Mg、P 3档加标浓度分别为5、20、80 mg/kg；Fe、Al 3档加标浓度分别为0.5、2、4 mg/kg；As、Pb、Cr、Mn、Cu、Zn 3档加标浓度分别为0.2、1、2 mg/kg；Cd、Se 3档加标浓度分别为0.02、0.1、0.2 mg/kg，加标回收实验结果见表2。结果表明，蚝油样品中各元素的平均回收率范围为87.2%～107.8%，相对标准偏差RSD为0.2%～3.7%，方法准确度与精密度良好，满足分析要求。

表2 各元素加标回收率(n=6)Table 2 Recoveries of elements(n=6)

2.5 准确度

为进一步考察方法的准确度和可靠性，本研究选择扇贝标准物质，在相同的前处理方法和仪器条件下进行分析，平行测定6次，检测结果见表3。结果表明，扇贝中各元素的测得值均在标准物质证书参考值范围之内，精密度为0.4%～2.8%，满足分析要求，方法准确可靠。

表3 扇贝标准物质测定结果(n=6)Table 3 Results of scallop reference materials(n=6)

2.6 实际样品分析

采用建立的方法，对10批次不同品牌的蚝油样品进行了检测，结果见表4。由表4可知，不同品牌蚝油中各元素含量均存在一定差异，可能与生产蚝油的牡蛎原料和加工工艺有关。蚝油中常量元素K、Na、Ca、Mg、P含量较高，可以作为人体必需元素的来源，具有较高的营养价值。其中，Na元素含量最高，为39 590～55 349 mg/kg；其次为K元素，为169～1 391 mg/kg；Ca、Mg、P元素含量相对丰富，分别为32.8～258.0 mg/kg、41.2～511.0 mg/kg、43.9～316.0 mg/kg。蚝油中含有一定量的微量元素，对人体健康具有积极意义。其中，Fe元素含量为3.28～21.90 mg/kg；Mn元素含量为0.217～1.730 mg/kg；Cu元素含量为0.023～0.273 mg/kg；Zn元素含量为0.252～2.480 mg/kg；Al元素含量为1.17～10.1 mg/kg；Se元素含量为0.004～0.126 mg/kg。蚝油中重金属元素As、Pb、Cd、Cr均有检出，但含量均低于GB 2762—2017食品中污染物限量要求，不存在健康安全风险。其中，As元素含量为0.011～0.834 mg/kg、Pb元素含量为0.009～0.046 mg/kg、Cd元素含量为0.001～0.050 mg/kg、Cr元素含量为0.033～0.175 mg/kg。

表4 不同品牌蚝油中各元素检测结果(n=3) 单位：mg/kg

3 结论

本研究建立了微波消解-ICP-OES/ICP-MS法测定蚝油中15种元素含量，样品回收率为87.2%～107.8%，相对标准偏差为0.2%～3.7%，方法检出限低，准确度高，精密度好，可应用于实际样品分析。多元素分析结果表明，蚝油中K、Na、Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn等常微量元素含量丰富，As、Pb、Cd、Cr等重金属元素含量低于限量要求。研究结果可以为蚝油中元素含量的科学评价提供数据参考。