微波消解电感耦合等离子法检测桑叶中五种重金属元素的方法研究

赵光铃，田 霞，刘 畅，冉 俊，向春燕

（1.重庆市黔江食品药品检验所，重庆黔江 409000；2.重庆市工业学校，重庆渝中 400043）

桑叶为桑科植物桑（Morus ablaL.）的干燥叶［1］，是中医临床常用的中药材，许多古典医药著作中记载其味苦、甘，性寒，归肺、肝经，具有疏散风热、清肺润燥、平肝明目和凉血止血等功效［2］。桑叶中含有黄酮、生物碱、氨基酸等多种化学成分，具有很高的营养价值与功能效用，2002 年被卫生部列为药食同源的植物之一［3］，主要用于加工桑叶茶、桑叶面和桑叶菜等产品。重庆市黔江区是“中国蚕桑之乡”，桑树主要作为家蚕饲料而存在，随着桑产业的振兴，桑树的食用和药用价值也受到广泛关注，而黔江区桑树种植以农户为单位，分散性很大，土壤污染情况不明，直接导致入药和食用的桑叶品种混乱，质量参差不齐。

电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）在食品、中药材分析中得到广泛应用［4-6］。有关桑叶微量元素的分析测定方法已有文献报道［7-9］，而用微波消解-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）测定桑叶中的重金属元素的研究较少［10］。本研究采用微波消解进行样品前处理，ICP-MS 同时检测桑叶中的铬（Cr）、砷（As）、镉（Cd）、汞（Hg）、铅（Pb）5 种金属元素的分析方法，以期为居民日常食用桑叶及相关产品、政府相关部门质量安全监测提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验对象

桑叶采摘于黔江区桑叶主产区的乡镇，每个采样区随机采摘桑树靠近下端的桑叶，每批样品采摘约1 kg。共计采集桑叶196 批次。

1.2 仪器与试剂

ELGA 超纯水系统（Flex，威立雅水处理技术有限公司）；电感耦合等离子体质谱仪（NexION350X，美国PekinElmer 公司）；微波消解仪（MARS 6，美国CEM 公司）；赶酸器（EHD-40，北京东航科仪仪器有限公司）；电子天平（XPE204，梅特勒-托利多国际贸易有限公司）。梅特勒-托利多移液枪10～100 μL 和100～1 000 μL 各1 支［梅特勒-托利多国际贸易（上海）有限公司］。

铅、镉、铬、汞、砷单标储备溶液（浓度均为1 000 μg/mL）均来源于国家有色金属及电子材料分析测试中心，批号分别为GSB04-1742—2004、GSB04-1721—2004、GSB04-1723—2004（a）、GSB04-1729—2004、GSB04-1714—2004；内标元素铋、钪、铑（浓度均为1 000 μg/mL）均来源于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圆白菜GBW10014a（GSB-5a），中国地质科学院物理地球化学勘查研究所；大米粉中总砷质控样品（CFAPAQC202202A-8），大连中食国实检测技术有限公司；分析检测用质控样品菠菜粉（P51815B），广州谱恩科学仪器有限公司；超纯水，电阻率≥18.2 ΜΩ·cm；硝酸（GR），重庆川东化工集团有限公司；Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 调谐液（1 μg/L），美国PekinElmer公司。

1.3 方法

1.3.1 仪器的条件 微波消解升温程序：温度从室温到100 ℃，保持3 min，功率1 600 W；温度从100 ℃到150 ℃，保持3 min，功率1 600 W；温度从150 ℃到170 ℃，保持3 min ，功率1 600 W；温度从170 ℃到190 ℃，保持10 min，功率1 600 W。

ICP-MS 仪器参数：射频功率1 500 W；测试模式为KED Mode，等离子体气流速15 L/min；载气高纯氩气，流速1.04 L/min，辅助气流量1 L/min；进液速度0.30 r/s，进液时间35 s，稳定时间20 s，重复3 次。

1.3.2 样品前处理 将采摘的桑叶洗净，晾干，用高速匀浆机匀浆均匀，储于洁净的塑料袋中，并做好标记。准确称取该样品0.6 g（精确至小数点后0.000 1 g）于微波消解罐中，加入8 mL 硝酸，加盖放置1 h，旋紧罐盖，进行微波消解，冷却后取出，缓慢打开罐盖排气，用少量水冲洗内盖，将消解罐放在控温电热板上于100 ℃加热30 min，用水定容至50 mL，加入混合内标溶液，混匀备用，同时做空白试验，样液均含有混合内标溶液，浓度为50 μg/L。

1.3.3 标准曲线的配制 混合内标溶液：精密量取内标铋、钪、铑单标储备溶液各1 mL，置于100 mL 量瓶中，用5%硝酸定量稀释制成浓度为10 μg/mL 的溶液，即得。

混合标准溶液的制备：精密量取铅、镉、铬、汞、砷单标储备溶液各适量，用5%硝酸溶液定量稀释成含铅、镉、铬、砷浓度分别为0、1、5、10、30、40 μg/L，汞浓度分别为0、0.1、0.5、1.0、1.5、2.0 μg/L 的混合标准系列溶液，加入适量混合内标溶液，使得混合标准工作曲线均含混合内标溶液，浓度为50 μg/L。

2 结果与分析

2.1 干扰及消除方法的选择

ICP-MS 的干扰分为质谱干扰和非质谱干扰（基体效应）［11］。质谱干扰主要分为同量异位素干扰、氧化物和双电荷干扰、多原子离子干扰，解决办法主要通过优化仪器条件参数、选择无干扰同位素、干扰校正方程、冷等离子体技术、碰撞/反应池技术等［12］。消除非质谱干扰的方法主要有内标校正法和适当稀释法［13］。研究表明，添加内标能够有效消除或降低标准溶液中其他元素的干扰［14］。本试验通过惰性气体氦气碰撞反应，选择合适的同位素来避免多原子离子干扰。为减少仪器信号漂移和基体干扰的影响程度，选用加入混合内标元素Sc（45）、Rh（103）、Bi（209）（浓度50 μg/L）进行定量，通过校正补偿样品的基体效益和信号漂移改善各待测元素的准确性和稳定性［15］。

2.2 线性关系试验及检出限、定量限

将混合标准溶液注入电感耦合等离子体质谱仪中，测定待测元素和内标元素的信号响应值，以待测元素的浓度为横坐标，待测元素与所选内标元素响应信号值的比值为纵坐标，绘制标准曲线。结果表明，5 种元素线性相关系数均在0.999 9 以上，标准曲线线性良好。重复测定样品空白溶液11 次，测得各元素信号的响应值，以3 倍测量值标准偏差（SD）所对应的浓度值为检出限，10倍所对应的浓度值为定量限，因此该方法的检出限在0.000 50～0.003 30 mg/kg，定量限在0.001 7～0.011 0 mg/kg，符合国家标准相关要求，详见表1。

表1 各元素内标元素、检出限、定量限和线性关系

2.3 加标回收率及精密度

选择一桑叶样品，按照“1.3.2”方法处理，称取0.6 g 左右（精确至小数点后0.000 1 g），将微波消解后的样品定容，采用前述方法进行元素含量的测定，然后进行加标回收率试验。参考GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范食品理化检测》［16］的要求，未制定最高残留限量（MRL）的元素，选择在方法测定低限、常见限量指标，选一合适点进行三水平试验；对已经制定MRL 的，选择方法测定低限、MRL、选一合适点进行三水平试验。按照表2 设计的3 个水平加标，平行制备样品6 份，结果见表2。本试验加标回收率为84.2%～107.9%，相对标准偏差（RSD）为1.35%～8.83%，表明该检测方法具有较好的精密度和准确度，符合GB/T 27404—2008 的要求。

表2 加标回收率及精密度

2.4 标准物质的方法验证

选择相同的试验方法对标准物质圆白菜GBW10014a（GSB-5a）、大 米 粉 中 总 砷 质 控 样 品（CFAPA-QC202202A-8）、菠菜粉（P51815B）进行测定，标准物质的测定值和证书值见表3。使用万分之一天平称量标准物质，按照“1.3.2”的方法，做3 个平行样品。结果表明，标准物质的测定值均在证书要求范围内，说明该方法准确性和重现性较好。

表3 圆白菜、大米粉、菠菜粉证书值与测定值 （单位：mg/kg）

2.5 样品的测定

将黔江区各乡镇采摘到的196 组样品按照“1.3.2”的方法进行微波消解，消解结束后定容进行测定，通过测定结果可以看出，检测的5 种元素，除了镉未检出，其他元素均有检出，其中铬检出率为96.94%，含量在0.060 4～0.399 4 mg/kg；铅检出率为95.41%，含量在0.029 2～0.370 5 mg/kg；汞检出率为76.02%，含量在0～0.020 5 mg/kg；砷检出率为26.53%，含量在0～0.014 5 mg/kg。

3 小结

建立的微波消解对桑叶进行消解处理，ICP-MS检测Cr、As、Cd、Hg、Pb5 种元素的含量测定方法，线性关系良好，检出限均符合国家要求，检测方法灵敏度高；采用标准物质验证，检测结果均在不确定度范围内，说明该方法具有较好的准确度和精密度。检测了196 批次桑叶，除了镉未检出，其他4 种元素均有检出。《中华人民共和国药典》中并未针对桑叶有害元素进行限量规定，参考其他植物性中药材的规定，Pb、Hg、As 均低于药典限量值［17］。本研究建立的检测方法以及测定结果可以为桑叶食用药用产品的安全性评估提供借鉴。