微波消解ICP-OES法测定香菇中微量元素

吴 标，吴雪雨，王耀耀，张乔丹，胡文涛，董玮玮，陶兆林

（蚌埠医学院，安徽 蚌埠 233030）

香菇又称冬菇、香蕈，是担子菌纲、伞菌目、香菇属的一种著名食用及药用真菌。香菇富含蛋白质、氨基酸和维生素，并富含多种微量元素，香菇不仅味道鲜美、营养丰富，还含有许多药用成分。例如，香菇多糖对肿瘤有较强的抑制作用，香菇多糖能显著降低血液胆固醇，DNA能促进干扰素、抗流感病毒的分泌[1-2]。香菇是栽培食用菌，产量仅次于双孢蘑菇，居世界第2位，人工栽培在中国已有800多年的历史。中国是世界香菇人工栽培的发源地，也是世界上最大的香菇生产国和消费国，随着香菇栽培技术的不断创新，我国香菇产量占全球香菇总产量的70%以上。可溶性糖主要是一些小分子糖和糖醇，为产生甜味的主要成分，其同游离氨基酸、核苷酸、有机酸等成分使香菇呈现出良好风味口感[3-4]。石墨炉原子吸收光谱法是国家标准食品中铬、镉、铅、汞和砷的测定方法之一，石墨炉法灵敏度高，但一次只能检测一种元素。测试和分析时间也很长，但由于样品成分组成复杂，容易受到背景干扰；另一种方法是用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），ICP-MS具有稳定性高、检出限低、灵敏度高等优点，但检测设备价格过高，大大增加了检测成本，限制了该方法的应用范围，且具有更多的光谱和非光谱干扰。因此，该仪器的干扰、检测灵敏度和投资等一系列因素，采用微波消解ICP-OES测定香菇样品中铬、镉、铅、汞、砷的含量，对试验条件、精度和精密度进行了研究[5-7]，为不安全香菇的准确识别建立一种简便易行的科学分析方法。

香菇中若含有大量的铬镉汞铅砷5种元素，对人体具有毒害作用，大量的铬被人体吸收，会使人体引起慢性中毒。铬是通过黏膜、皮肤、消化和呼吸系统进入人体，然后在人体的肾脏、内分泌和肝脏系统中积累。在严重的情况下，甚至可能导致死亡[8-10]。镉主要通过呼吸道和消化道进入人体，少量的镉在体内可被放大和积累，会对肺、骨、肾、肝、免疫系统和生殖器官造成一系列损害[9]。汞在食品中主要以离子的形态存在，无机汞盐毒性的根本原因是汞离子与酶蛋白相结合，抑制各种酶的活性，阻碍了细胞的正常功能[11]。铅能够损害人体的所有器官，其具体表现为影响人类智力发育和骨骼发育，引起消化不良和内分泌紊乱，导致贫血、高血压和心律失常，破坏肾脏和免疫性能[12-13]。砷污染的食物和水经口进入人体内，随着血液分布于全身各处。随砷含量在体内的蓄积，会引起不同程度的砷中毒现象（急性中毒和慢性中毒）。最容易引起的就是对皮肤的损害，表现为逐渐变得干燥、角质化严重、色素沉着异常；食用水中砷含量一旦达到50 mg/L时就会引发癌症；砷含量过多时人体的肺脏、肾脏、肝脏、神经系统、循环系统、呼吸系统、泌尿系统和消化系统均会受到不同程度的危害[14]。因此，为保障人民身体健康，研究香菇中的微量元素至关重要。

1 试验部分

1.1 样品来源

香菇选自安徽省内的市售花菇、冬菇、椴木花菇等共计15个样品，经粉碎机粉碎后放置塑封袋中待制样。

1.2 主要试剂

硝酸（65%优纯级），国药集团化学试剂有限公司提供；实验用超纯水；过氧化氢（30%优纯级），国药集团化学试剂有限公司提供，氩气（ω>99.999%）；As，Pb，Cd，Cr，Hg标准溶液，国家标准物质中心提供，1 000 mg/L。

1.3 仪器

微波消解仪，德国莱伯泰科Milestone ETHOS UP产品；ICAP-7400型电感耦合等离子体光谱仪，意大利赛默飞产品；电热板和离心仪器；试验中聚四氟乙烯（TFM）与所有玻璃容器、塑料容器用10%硝酸浸泡过夜后经自来水、超纯水洗涤后，烘干、备用。

1.4 微波消解仪程序优化

经烘干后的样品在食品多功能机粉碎成粉末并过筛，筛孔为100目，备用。准称量0.2~0.5（±0.000 1）香菇标准物质放入改性聚四氟乙烯（TFM）消解罐中，再向盛有样品的消解罐中分别加入硝酸4 mL，H2O21 mL，最后加盖。

将消解罐按顺序放进上述大微波消解仪中准备进行微波消解。程序运行完毕后，冷却20 min，移至电热板上赶酸（注意赶酸过程电热板温度不能超过150℃），8 min左右停止赶酸，冷却，定容至50 mL，然后稀释到刻度线，振荡摇匀准备测试，同时做该样品的试剂空白作为对照。

微波消解程序见表1。

表1 微波消解程序

1.5 ICP-OES仪器设备

ICP-OES仪器设备中包括辅助器、高频发生器、等离子体炬管、载气、观测高度与冷却气等。

高频发生器为耦合线圈和等离子体提供高频能量的高频功率源；等离子体炬管用于ICP维持稳定放电（由3层石英管组成的装置），通过外管进入冷却器，然后通过中管进入辅助气，最后通过内管进入载气；观测高度为等离子炬曝光部位的高度。即从观测区中心到耦合线圈上端的距离；冷却气是炬管最外层管与中间管之间的气流，其作用为冷却炬管和维持等离子体；辅助气是炬管中层管与中心管之间的气流，其作用是点燃等离子体，并且使高温的ICP-OES的底部与中心管、底部和中层管保持一定的距离，然后维护中心管与中层管的上端，尤其是中心管口不能被烧熔化或者过热而导致的中心管损坏，能够降低气溶胶所带有盐分过多积淀在中心管口周围。除此之外，还可起到提升ICP、改变等离子体观察度的作用。

1.6 ICP-OES仪器的工作原理

香菇消解后定容的溶液通过载气带入雾化器雾化后，以气溶胶方式进入等离子体的轴向通道，在高温与惰性气体中被完全电离、激发、原子化与蒸发，发射出的所含元素的独特光谱线通过分光系统进入光谱检测器，光谱检测器依据独特的光谱进行定性、半定量、定量的分析方法。试验是为测量香菇中的微量元素，所用分析方法为定量分析。

1.7 定量分析

定量分析法分为标准曲线法、内标矫正标准曲线法和标准加入法。

试验所用方法为标准曲线法。在已设置好的仪器条件下，按顺序检测相应的发射光谱强度值，以配置好的各个元素的标准溶液的质量浓度（ng/mL）为横坐标，然后以ICP-OES仪器检测到的各个元素的光谱强度值为纵坐标，制作标准曲线进行线性拟合。通过标准曲线，可以查出试样溶液中所需要测定元素的质量浓度，再计算所需要检测元素含量的多少。

1.8 ICP-OES仪器的工作条件

ICP-OES工作条件见表2。

2 试验步骤

2.1 标准溶液的配置与测定

配制标准溶液的质量浓度见表3。

表2 ICP-OES工作条件

表3 配制标准溶液的质量浓度

2.2 样品前处理

准确称取粉碎后的香菇约0.2~0.5 g（保留4位有效数字）于聚四氟乙烯消化管中，然后放入4 mL优级纯硝酸和1 mL优级纯30%的双氧水，然后加盖拧紧后放入微波消解仪中，按照表1中的消解条件对香菇样品消解。消化结束后，冷却至室温，然后取出消化管，打开消化管的盖子，在通风处中利用赶酸仪器进行赶酸。由于考虑到所测元素在高温下易挥发，所以赶酸的温度不宜过高。赶酸结束后，消化管冷却至室温，将消化管中的剩余溶液用超纯水转移到50 mL容量瓶中，然后用超纯水至少3次冲洗消化管，然后将冲洗液转移到容量瓶中，然后定容至50 mL，摇匀等待检测，与此同时做该样品的空白。空白中加入4 mL优级纯硝酸和1 mL优级纯30%的双氧水。

样品质量见表4。

表4 样品质量/g

2.3 干扰消除

在微波消解中会遇到一些干扰，比如消解液中含有固体小颗粒、消解液呈黄色或蓝色。这些问题可能是因为时间、温度、压力、加入硝酸的量或者受到污染所致。根据上述情况采取以下几个方案：

方案一：若遇到时间、温度或压力问题，可以通过修改问题元素二次对已消解的样品进行消解。

方案二：若遇到已消解的溶液中含有固体小颗粒问题，通过二次消解排除方案一中的问题，若二次消解还是浑浊，则是样品或试验器材问题，可以通过离心的方法对消解液进行过滤。

方案三：若遇到元素颜色干扰问题，首先查阅资料确定是否为试验所测元素。例如，Cu元素，首先将对样品污染方面的问题进行排除，①在粉碎样品的过程中，粉碎机刀片带有的，采用研磨的方法对样品粉碎；②消解管在生产的过程中未清洗彻底，采用设置2组空白进行空消，以消除该问题所受到的干扰。

方案四：若溶液有颜色且不是元素干扰，经过查资料是含氮的有色化合物溶于液体中形成的酸的颜色，采用把消解液放在加热板上进行赶酸处理。

根据以上4个方案可以将微波消解所带的干扰消除，以便于在ICP-OES仪器中进行测试。

2.4 ICP-OES对香菇的测试结果

各元素分析线见表5，国标GB 2762—2017中香菇各个元素污染限量标准见表6，测试香菇微量元素含量结果见表7，标准样品回归方程和相关系数见表8。

表5 各元素分析线

表6 国标GB 2762—2017中香菇各个元素污染限量标准

3 ICP-OES的方法检出限和回收率

3.1 方法检出限

用刚配好的2%的稀硝酸配置7个梯度为10，20，50，100，200，500，1 000μg/L各个元素校准曲线，用ICP-OES连续测定15次超纯水空白后，再测定25次消解空白，最后计算出标准偏差（SD），以3倍SD计算仪器检出限IDE[3]。

各元素的方法检出限见表9。

表中数据为零的数据并不代表检出限为零，而是含量太低，仪器未检测到。

3.2 加标回收试验

在称取6组一定量的香菇样品置于消解管中，向其中3组中分别加入现配的质量浓度均为1 000 ng/mL的铬、砷、汞、镉和铅元素的混合标准溶液5 mL，然后上述优化好的方法进行前处理，得到6个样品溶液，然后用ICP-OES仪器对这6个样品进行测定，得到加标前和加标后溶液中的待测元素的质量浓度，根据加标回收率的公式即可计算出结果[15-17]。这里取一个样品，均称取约0.300 0 g的香菇样品进行测定，3组加标，3组不加标。

表7 测试香菇微量元素含量结果/mg·kg-1

表8 标准样品回归方程和相关系数

表9 各元素的方法检出限

加标前质量浓度见表10，加标后质量浓度见表11，ICP-OES加标回收试验结果见表12，回收率范围见表13。

表10 加标前质量浓度/ng·mL-1

根据GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范》对于加标回收的要求（见表13），此方法检测香菇中的微量元素是比较灵敏的，更加验证了用微波消解ICP-OES法测香菇中微量元素的可行性[18-20]。

表11 加标后质量浓度/ng·mL-1

表12 ICP-OES加标回收试验结果

表13 回收率范围

4 结论

试验采用微波消解电感耦合等离子体发射光谱法检测香菇中的铬、砷、汞、镉和铅微量元素的含量，通过微波消解电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-OES）所得到的方法检出限和加标回收率都比较好，所以该方法在检测香菇中所含的铬、砷、汞、镉和铅量时均能够满足检测要求[21]。对其可能超标的微量元素进行监测，建立了目前市售食用香菇鉴别的安全稳定的检测技术方法。为不安全香菇的准确识别建立一种易行的科学分析方法，也为国家食品药品监督管理部门对香菇有效监督管理提供可靠的科学有效的鉴定方法。试验数据中可以看出，所购买的部分市售香菇所测的重金属含量超出了国家标准，同时食用菌标准缺少国家对铬的限量，希望国家尽快出相应限量的标准。