微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定克氏螯虾中10种重金属元素

＊徐祥云 禹莲玲 姚泽 郑丽 周瑾瑾 彭君*

（1.曲靖医学高等专科学校 云南 655000 2.湖南省地质实验测试中心 湖南 410007）

克氏螯虾是高蛋白的水产品，富含铜、锌、钼等多种人体必需的微量元素。随着人们生活水平的逐渐提高，百姓生活的多样化，克氏螯虾逐渐走上了大众的餐桌，越来越成为受人喜爱的餐桌食品。伴随着我国工业化不断地加快进程，越来越多的重金属污染物通过各种不为人知的方式被排放到了水体、土壤等大自然中，再通过降水、运输、洋流、食物链等方式进入到生物圈。由于水生生物特别是螯虾类对重金属元素有较强的富集作用，重金属元素可通过食物链进入到人体生物，威胁健康[1-2]。因此，有必要建立一种低耗、快速、高效检测克氏螯虾中重金属元素含量的分析方法。

水产品样品的前处理和检测仪器是影响重金属元素测定结果准确性的关键环节。微波消解、干法灰化、湿法消解和高压密闭消解四种预处理方法是目前测定重金属元素使用最为广泛的处理方法[3-4]。四种预处理中微波消解是将样品在密闭环境下通过程序升温进行内加热，样品在高能微波下分子迅速极化，样品被破坏，最终彻底软化消解。该过程全程封闭，需要的样品量少、消解时间短并有高回收率，整个操作过程简单、环境封闭、污染少，整个测定过程简便快速、测量结果重现性好。同时密闭空间对易挥发元素减少的损失等特点，越来越得到广泛运用[5]。示波极谱法、原子吸收光谱法（AAS）和原子荧光光谱法（AFS）等为近年来常用的重金属元素的测定方法[6]，检测周期长且要求样品量大。随着近年来国家对生态环境保护的重视，现有的分析方法已不能满足快速测定水产品中重金属元素含量的需求。电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）作为一种检测水产品中重金属离子的方法，具有稳定性好、抗干扰能力强、检测灵敏度高、测量范围广的优点，可以实现多元素的同时测定，极大地提高了样品分析效率[7-8]。

本文以岳阳地区的克氏螯虾为研究对象，将克氏螯虾去头，腹部肌肉和外壳分别进行处理，通过硝酸-过氧化氢-水体系对样品使用微波消解对样品进行消解，采用ICP-MS法测定样品中的重金属元素。建立了ICP-MS同时测定克氏螯虾中汞、铬、镍、镉等10种重金属元素的方法，并进行一系列方法进行验证。根据国家食品安全标准对水产品中污染物的限量要求和居民膳食营养摄入量进行评价，为居民日常选购水产品、合理膳食提供有用的参考数据。

1.使用仪器及检测方法

（1）使用仪器设备与实验试剂。MARS Xpress型微波消解仪；ICAP-RQ型电感耦合等离子体质谱仪（美国热电公司）；BSA22S型电子分析天平；CF15RX II型离心机；DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥机；恒温加热器；PMT塑料量瓶；Retech GM200型研磨机；Milli-Q Intergral型超纯水机。10种常见重金属离子（铜、锌、镉、铬、汞、硒、砷、钼、镍、铅）的标准储备溶液为：1000mg/L，采用2%硝酸稀释至1mg/L备用。根据需要配制成合适浓度的标准溶液。锗、铟、铋内标储备液：1000mg/L。硝酸、过氧化氢为优级纯，实验室用水为超纯水。实验所用到的器皿均用15%硝酸溶液浸泡24h，超纯水冲净晾干后备用。

（2）仪器参数与条件。Icap-RQ型电感耦合等离子体质谱仪（美国热电公司），主要参数如下：1550W的射频功率；等离子体气流速15.0L/min；载气流速0.8L/min；辅助气流速0.4L/min；氦气流速4mL/min；雾化气流速1.0L/min；进样泵速80r/min；进样冲洗时间25s；扫描方式为跳峰。微波消解程序见表1。

表1 微波消解程序

（3）样品微波消解处理。将整个克氏螯虾用刷子将壳刷洗干净、去头，然后将肉和壳分离分类，分别用滤纸擦干表面水分，研磨混匀，制成均匀样品，冷冻备用。准确称取克氏螯虾肉和壳样品0.2500g至洗净的消解罐中，加入5mL浓硝酸，然后摇匀冷消解。约12h后加入1mL H2O2密封，使用微波消解系统消解，严格按照微波程序升温进行消解[9]（120℃保温5min，150℃保温10min，180℃保温15min）。至溶液呈清亮无色，在石墨炉赶酸仪上进行赶酸，稍冷，取下转移到50mL比色管中，加水至刻度，摇匀、静置，待测上机。

2.结果与讨论

（1）测量同位素的选择。采用电感耦合等离子体质谱法，潜在的质谱干扰较多且复杂，选择合适的测量同位素能有效避开相关干扰，提高待测元素的准确度。根据测量同位素自然丰度大、灵敏度大、无干扰或干扰小的选择原则，待测元素的测量同位素分别为63Cu、208Pb、66Zn、111Cd、52Cr、95Mo、60Ni、202Hg、82Se和75As。

（2）选择内标元素的原则。内标元素选择尤为重要，对内标元素以下几点原则进行选择[9]：①为保证稳定的测量结果，元素的质荷比必须相近；②样品中含量几乎为零或待测元素含量为零，不能对测量结果进行影响；③待测元素与样品需互不反应；④本法采用ICP-MS测定样品中重金属的含量，为保证两者对空间电荷具有相同的影响力，必须内标元素有相似的质量。按以上条件，本实验选取的内标元素为74Ge、115In、209Bi，内标溶液的质量浓度为20μg/L。52Cr、60Ni、63Cu、66Zn、75As、82Se以74Ge为内标，95Mo、111Cd以115In为内标，202Hg、208Pb以209Bi为内标。

（3）仪器测定条件的选择。为保证高灵敏度，首先用调谐液将低、中、高质量数调谐到具有较高灵敏度状态，其次进行测定。实验使用了氦气碰撞池的模式，既大大降低了质谱干扰，又有效地提高了测定结果的准确度，同时对仪器的污染减少程度较大。因此，选择KED碰撞池模式进行测定分析样品。

（4）标准曲线与检出限。各元素标准溶液系列用（3%）硝酸溶液进行配制，以各元素的浓度为横坐标，以信号强度为纵坐标绘制标准曲线。以样品空白溶液连续进行11次的平行测定，计算三倍标准偏差（3SD）作为检出限。各元素的线性相关系数均达到0.999以上，检出限在0.0001～0.0006μg·L-1之间。各元素的线性参数和检出限详见表2。

表2 线性参数及检出限

（5）方法精密度和回收率。按照以上实验方法对本文两个实际样品进行了分析，实验平行制备测定6次并做加标回收实验，测量结果见表3。由表3可知，样品各元素的测定值标准偏差（RSD）在0.15%～6.25%之间，回收率在89.5%～105%之间，说明该分析方法准确、可靠。

表3 精密度和回收率试验结果（n=6）

表3数据表明克氏螯虾肌肉和外壳的重金属元素含量存在显著差异。虾壳中的绝大部分重金属元素的含量远比虾肉中含量高，表明水产品克氏螯虾中的重金属元素主要富集在虾壳中；Cu和Zn元素在虾肉和虾壳中的含量相当；但有害元素Hg和有益元素Se在虾肉中的含量却比虾壳中的含量高得多，说明虾肉更容易富集Hg和Se元素。

按实验方法测定来自岳阳地区的一批克氏螯虾，每批样品做两份平行检测，利用标准曲线上获得样品溶液的浓度，减去相应空白溶液的浓度，得到样品中各待测元素的含量，根据实际测量，所有样品待测元素含量与表3中各元素含量相对变化一致。本实验测定结果表明，选取的本批次克氏螯虾中富含对人体有益Se、Mo等微量元素，还有许多其他微量元素，是营养价值较高的水产品。

经过本实验测定结论，本批次克氏螯虾样品中虾肉中的各重金属元素含量均未超过国家相关标准规定（NY 5073—2006《无公害食品水产品有毒有害物质限量》：Hg＜0.5mg/kg，As＜0.5mg/kg，Pb＜0.5 mg/kg，Cd＜0.5mg/kg）。但根据美国的重金属残留限量标准规定，每日每人的摄入量安全范围在As＜130μg，Cd＜55μg，Pb＜75μg。因此，尽管克氏螯虾已成为街头巷尾的一道普通美食，但也要适量食用。

3.结论

本文采用方便快捷的微波消解和灵敏度较高的ICP-MS测定法测定克氏螯虾中10种重金属元素，对实际样品做了多次平行试验和加标回收试验，结果验证了方法的可行性，该方法检出限低、灵敏度高、线性范围宽，可准确、快速测定水产品中多种重金属元素，为水产品的质量评估提供了参考，为科学合理食用克氏螯虾提供了理论依据。