微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測蝦中鉛含量

李倩云，周國燕，曹蕾

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海，200092)

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微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法檢測蝦中鉛含量

李倩云，周國燕*，曹蕾

(上海理工大學(xué) 醫(yī)療器械與食品學(xué)院，上海，200092)

摘要建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)測定蝦中鉛的方法。在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗分析研究H2O2量、HNO3量、微波消解時間對蝦中鉛提取量的影響，優(yōu)選蝦中鉛的提取條件。結(jié)果表明：在H2O2量為1.0 mL、HNO3量為5 mL、微波消解時間為13 min條件下，蝦中鉛含量可達到0.497 mg/kg。檢測國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10050(大蝦)進行方法驗證，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致。方法檢出限為0.01 μg /kg，平行測定RSD(n=6)小于5%。該方法能夠簡單、快速、靈敏和準(zhǔn)確地測定蝦中的重金屬鉛元素。

關(guān)鍵詞微波消解；電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)；蝦；鉛

水生動物對重金屬等微量元素具有較強的富集作用，蝦貝類對重金屬的富集能力明顯高于魚類，人類食用蝦后, 蝦體內(nèi)如果富集重金屬元素就會轉(zhuǎn)移并蓄積于人體的不同組織器官中, 引起慢性損傷[1-2]。目前我國很多地區(qū)魚類、貝類重金屬鉛、砷等含量都超標(biāo)[3-4]。鉛能損害動物及人體的血液系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)和腎臟等, 其中以對骨髓造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)的損害最為嚴(yán)重[5]。因此，研究快速、準(zhǔn)確測定蝦中鉛含量的方法具有重要的意義。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)具有檢測限低、動態(tài)范圍寬、干擾少、分析精度高、分析速度快、可進行多種元素同時測定等優(yōu)勢[6]。樣品的前處理方法是蝦中重金屬含量準(zhǔn)確測量的一個重要環(huán)節(jié)，它直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性、平行性[7]。近年來，微波消解因其消解時間短、樣品污染小、操作簡便等特點，與電感耦合等離子體質(zhì)譜儀配套，廣泛應(yīng)用于食品及包裝材料中重金屬等元素的檢測[8-11]。消解體系有HNO3-HCl體系[12]、HNO3-HF體系[13]、HNO3-H2O2體系等，其中國內(nèi)外最常用是HNO3-H2O2體系[14-15]，本文即采用HNO3-H2O2體系進行消解。由于原料不同， 研究中前處理條件也不盡相同。本文采用正交試驗設(shè)計對微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定蝦中鉛含量的條件進行優(yōu)化，確定微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定蝦中鉛含量的最佳工藝參數(shù)。

1材料與方法

1.1材料與試劑

南美白對蝦，上海東方國際水產(chǎn)中心；大蝦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10050，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；Pb標(biāo)準(zhǔn)儲備液( 1 000 mg /L)，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心; HNO3(優(yōu)級純)、H2O2(優(yōu)級純)，國藥集團化學(xué)試劑有限公司。

1.2儀器與設(shè)備

X series″型四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(配備同心霧化器和旋流霧室)，美國Thermo Fisher公司；MARS-6 型微波加速反應(yīng)系統(tǒng)，美國CEM 公司；超純水( 18. 2 MΩ·cm，由Molecula 純水儀制備),摩勒科學(xué)儀器有限公司。

1.3實驗方法

1.3.1ICP-MS工作條件

測試方法為CCT(碰撞反應(yīng)池)模式，射頻功率為1 200 W，采樣深度150 mm，樣品氣流0.86 L/min，輔助氣流速0.8 L/min，冷卻氣流速13 L/min。

1.3.2流程

將樣品蝦去頭、去殼，剔除蝦線，取可食部分勻漿，用分析天平準(zhǔn)確稱取0.25 g放于消解罐中，加入5 mL HNO3，0.5 mL H2O2，加熱進行預(yù)消解，然后采用一步升溫法用微波消解儀進行消解，升溫時間為20 min，保持15 min，最大功率1 000 W；消解完畢后冷卻至室溫，用超純水定容至25 mL容量瓶，同時做樣品空白溶液。所有容器使用前均以體積分?jǐn)?shù)30% HNO3浸泡12 h后以超純水反復(fù)沖洗。

1.3.3標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用體積分?jǐn)?shù)5%的HNO3制備質(zhì)量濃度分別為0,1.0,5.0,10.0,20.0 μg/L的鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進行測定，結(jié)果在0～20 μg/L內(nèi)工作曲線呈良好線性，回歸方程為y=9 954.81x+796.81，R2=0.999 9。

1.3.4單因素試驗設(shè)計

通過對HNO3、H2SO4、HCl的比較發(fā)現(xiàn)，HNO3提取效果最好[16]，HCl和H2SO4容易引入氯離子和硫離子。蝦中有機質(zhì)含量較高，消解時會產(chǎn)生大量氣體，為防止消解罐出現(xiàn)壓力過大，根據(jù)儀器工程師建議選擇試驗條件為：H2O2體積0.5 mL、HNO3體積5 mL、微波消解溫度180 ℃、微波消解時間15 min，在以上條件不變的情況下，進行單因素試驗，參考各因素對蝦中鉛提取量的影響。

1.3.5正交試驗設(shè)計

在單因素試驗的基礎(chǔ)上，選用L9(34)進行正交試驗設(shè)計，每個試驗重復(fù)3次。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法，利用SPSS 17.0版軟件進行單因素試驗方差分析和正交試驗方差分析。

2結(jié)果與分析

2.1單因素試驗結(jié)果

2.1.1H2O2體積對蝦中鉛提取量的影響

由圖1可知，H2O2體積對蝦中鉛的提取量有極顯著影響(P<0.05)，H2O2體積在0.5～1 mL內(nèi)，蝦中鉛的提取量隨著H2O2體積的增大而升高。

圖1　過氧化氫體積對蝦中鉛提取量的影響Fig.1　Effects of H2O2 volume on concentration of Pb in shrimp

由圖2可知，HNO3體積對蝦中鉛的提取量有極顯著影響(P<0.05)，HNO3量在4～6 mL內(nèi)，蝦中鉛的提取量隨著HNO3量的增大而升高，因為HNO3是一種強氧化劑，且所有金屬的硝酸鹽均為易溶鹽，有利于有機物的消解；當(dāng)HNO3量大于6 mL時，鉛的提取量降低，這是由于消解完畢后酸剩余過多，從而影響或干擾鉛含量的測定，因此選擇HNO3量為6 mL左右最為合適。

圖2　硝酸體積對蝦中鉛提取量的影響Fig.2　Effects of HNO3 volume on concentration of Pb in shrimp

2.1.3微波消解溫度對蝦中鉛提取量的影響

由圖3可知，微波消解溫度對蝦中鉛的提取量無顯著影響(P>0.05)，微波消解溫度在160～180 ℃范圍內(nèi)，鉛提取量隨著微波消解溫度的增加而升高，由于生物樣品中不含難消解的物質(zhì)，在180 ℃時已基本消化完全；微波消解溫度大于180 ℃時，提取量下降，當(dāng)微波消解溫度過高時，可能會產(chǎn)生瀉壓導(dǎo)致內(nèi)罐損壞，使內(nèi)罐杯口變形。因此選擇微波消解溫度為180 ℃左右最合適。

圖3　微波消解溫度對蝦中鉛提取量的影響Fig.3　Effects of microwave digestion temperature on concentration of Pb in shrimp

2.1.4微波消解時間對蝦中鉛提取量的影響

由圖4可知，微波消解時間對蝦中鉛的提取量有極顯著影響(P<0.05)，微波消解時間在11～15 min內(nèi)，隨著微波消解時間增大，樣品消化越來越完全，鉛提取量越來越大，當(dāng)微波消解時間達到15 min時鉛含量最大；微波消解時間大于15 min時，鉛提取量基本穩(wěn)定不變，時間過長會導(dǎo)致內(nèi)壓過大，超出消解罐的承受能力，造成消解罐破裂，溶液濺失。因此選擇微波消解時間為15 min左右最為合適。

圖4　微波消解時間對蝦中鉛提取量的影響Fig.4　Effects of microwave digestion time on concentration of Pb in shrimp

2.2微波消解條件的優(yōu)化試驗

2.2.1正交試驗

根據(jù)單因素試驗結(jié)果，選擇對鉛提取量有顯著性影響的H2O2體積、HNO3體積、微波消解時間3個因素，采用L9(34)正交設(shè)計，因素水平見表1。

與對照組比較，BV模型組小鼠子宮組織中MMP-9蛋白表達量顯著增加（P＜0.01），不同劑量黃柏堿與加替沙星可減少小鼠子宮組織中MMP-9表達。黃柏堿（20、40 mg/kg）與加替沙星均可有效降低小鼠子宮組織中MMP-9表達量，與模型組比較差異顯著（P＜0.05、0.01）。結(jié)果見圖2。

表1　正交試驗因素水平表

2.2.2正交試驗結(jié)果及分析

正交試驗結(jié)果見表2，方差分析見表3。

表2　正交試驗結(jié)果及方差分析

表3　正交試驗方差分析

由表2可知，3 個因素對鉛提取量的影響順序為B>C>A，即HNO3體積>微波消解時間>H2O2體積，其中HNO3體積對鉛提取量的影響最強。由表3可知，在0.05顯著性水平上HNO3體積、微波消解時間對鉛提取量的差異顯著，H2O2體積對鉛提取量的影響不顯著。極差分析所得的最佳測定條件為A2B1C2，與試驗最佳測定條件吻合，即H2O2體積1 mL、HNO3體積4 mL、微波消解時間13 min，鉛含量為0.497 mg/kg，比單因素初始條件下鉛含量0.413 mg/kg提高了20.3%。

2.2.3驗證實驗

按照最佳測定條件A2B1C2進行驗證實驗，取3個樣本，平行測定3次蝦樣品中鉛的含量，取平均值0.497 mg/kg，與正交表中的最大值一致。

2.3方法性能評價

2.3.1精密度、檢出限

針對同種蝦樣品平行測定6 次，獲得測定結(jié)果精密度RSD 為2.72%。在優(yōu)化的實驗條件下，取樣品的試劑空白溶液，進行11 次平行測定，采用國際通用的IUPAC計算檢出限，獲得檢出限為0.01 μg/kg，低于文獻中[18]的0.06 μg/kg。

2.3.2加標(biāo)回收率

取蝦樣品作為本底，平均測量值為0.497 mg/kg，鉛元素加標(biāo)量為0.25，0.5，1.0 mg/kg，測定加標(biāo)回收率，回收率在98.2%～101.7%之間(表4)。

表4　蝦中鉛元素加標(biāo)回收率(n=6)

2.3.3標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證

大蝦標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鉛元素的標(biāo)準(zhǔn)值為(0.2±0.05) mg/kg，平行測定3次，平均測量值為(0.23±0.02) mg/kg，在標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)。

3結(jié)論

為建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定蝦中鉛的方法，在單因素試驗基礎(chǔ)上，通過正交試驗進一步優(yōu)化H2O2量、HNO3量、微波消解時間對蝦中鉛提取量的影響。結(jié)果表明，在H2O2量為1.0 mL、HNO3量為5.0 mL、微波消解時間為13 min條件下，所獲得的蝦中鉛的提取量最高，達到0.497 mg/kg。經(jīng)優(yōu)化條件后，方法檢出限在0.01 μg/kg，測定大蝦標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)的結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致。優(yōu)化后的微波消解法具有操作簡便快速、污染損失少、靈敏度高、準(zhǔn)確度好等優(yōu)點。

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Determination of lead in shrimps by microwave digestion and inductively coupled plasma mass spectrometry

LI Qian-yun, ZHOU Guo-yan*, CAO Lei

(University of Shanghai for Science and Technology College of Medical Equipment and Food, Shanghai 200092，China)

ABSTRACTA method was established for the analysis of Pb in shrimps by using microwave digestion and inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). Based on the single-factor test analysis，the orthogonal array design methods were applied to analyze the influence of three factors (H2O2 volume, HNO3 volume and microwave digestion time) and their effect on the extraction of Pb. The experimental results showed that the contents of Pb reached at 0.497 mg/kg when H2O2 volume was 1.0 mL, HNO3 volume is 5.0 mL and microwave digestion time was 13 minutes and 46 seconds. Contents of Pb that was determined in GBW10050 (big shrimps) had the same results with standards values. Method limit of detection was 0.01 μg /kg，the RSD was less than 5%. These results showed that this is a simple, rapid, sensitive and accurate method for the determination of Pb in shrimps.

Key wordsmicrowave digestion; inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS); Pb; shrimps

收稿日期：2015-06-11，改回日期：2015-10-21

DOI:10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201604035

第一作者：碩士研究生(周國燕副教授為通訊作者)。