固相萃取-電感耦合等離子質譜測定醬油中鉛和鎘

肖亞兵 ，何健 ，馬興 ，張靜 ，楊爽 ，鄭文杰

（1.天津出入境檢驗檢疫局，天津300461；2.淮安出入境檢驗檢疫局，江蘇淮安223001）

鉛、鎘作為公認的有毒有害金屬元素，是食品和食品添加劑需要重點監(jiān)控的安全衛(wèi)生項目，在日常檢測過程中，遇到諸如醬油等含鹽量高的樣品，現(xiàn)有的檢測手段往往無法準確定量，因為醬油屬于高鹽樣品，其中的氯化鈉基體對鉛、鎘檢測存在很大光譜和質譜干擾，影響準確定量。采用加大樣品稀釋倍數(shù)降低鹽含量也不可取，因為醬油中的鉛、鎘含量比較低，稀釋倍數(shù)太大同樣導致結果偏差。很多學者嘗試了多種辦法解決高鹽基體的干擾問題：楊文英等[1-3]以氯化鈀和硝酸銨為基體改進劑，陳漢斌[4]采用碳與硝酸銨聯(lián)合基體改進劑，直接測定醬油中的鉛。田澤涵[5]用基體匹配法，通過采用在標準溶液中添加相同濃度的氯化鈉來抵消氯化鈉對測定的干擾。張志等[6]研究了氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法（Hydride generation atomic absorption spectrometry，HG-AAS）測定醬油中鉛含量的分析方法。李曉紅等[7]采用混合酸對樣品進行消化處理后，在pH 2～2.8時，樣品溶液中鉛與加入的吡咯烷二硫代氨基甲酸銨1形成金屬絡合物，用甲基異丁基甲酮萃取，石墨爐原子吸收光譜法進行測定。曾祥程等[8]建立Mg（OH）2共沉淀和同位素稀釋及動態(tài)碰撞反應[9]電感耦合等離子體質譜法測定醬油樣品中的微量鉛。趙群、彭靜等采用電化學方法測定高鹽樣品中的鉛[10-11]。毛紅等[12]用進口固相萃取柱脫鹽-石墨爐原子吸收法測定醬油中鉛。肖亞兵等[13-14]采用螯合樹脂吸附分離高鹽基體，并檢測了高鹽樣品中的鉛、鎘和銅。蘇耀東等[15]用PAN-Ni（Ⅰ）體系共沉淀分離富集醬油消解液中的痕量鎘。鞠美庭等[16]用巰基棉富集原子吸收法測定醬油中的鉛、鎘。梁晶輝等[17-18]用基體改進劑石墨爐原子吸收法測定醬油中鎘。李敏等[19]采用電感耦合等離子體-質譜法測定醬油中鉛、鎘等，通過樣品基體稀釋、選取合適同位素、采用碰撞池He模式及內標校正等技術消除干擾。

然而實際檢測中發(fā)現(xiàn)，通過樣品稀釋，加入基體改進劑以及優(yōu)化儀器參數(shù)的方法是無法完全消除醬油中鉛鎘檢測的背景干擾的，而通過分離富集的手段，將鉛鎘離子與醬油的高鹽基體分開，再用原子吸收光譜儀（atomic absorption spectrometry，AAS）或電感耦合等離子體質譜儀（inductively coupled plasma mass spectrometry）檢測，不僅消除了基體干擾，還能保證檢測結果的準確性。文獻中的分離富集的方法也存在一些問題，比如有機溶劑萃取會影響操作人員的健康，對環(huán)境不友好；共沉淀法耗時比較長，無法滿足檢測周期需求；巰基棉法選擇性一般，材料自制，不易推廣。固相萃取法，因其不使用有機溶劑，環(huán)境友好，其柱中填料為商品化的吸附材料，性能穩(wěn)定，操作簡便等優(yōu)點，逐漸應用于重金屬的分離富集中[20-23]。

筆者采用多合一重金屬固相萃取柱，柱中填充的螯合樹脂可將樣品溶液中的鉛、鎘離子選擇性吸附，而鹽基體不被吸附，將鉛鎘離子與醬油的高鹽基體分離，去除基體干擾后，可以用電感耦合等離子體質譜儀準確檢測醬油中鉛鎘含量。

1 試驗部分

1.1 儀器

ICAPQc電感耦合等離子體質譜儀：賽默飛世爾公司；8通道固相萃取儀：淮安應天生物科技；MilliQ10超純水儀：默克密理博公司。

1.2 試劑

優(yōu)級純硝酸、過氧化氫：蘇州晶瑞化學有限公司；光譜純乙酸銨緩沖液（pH 6～7）：淮安應天生物科技有限公司；鉛、鎘標準儲備液（1 000 mg/L）：國家標準物質研究中心。

1.3 方法

1.3.1 原理

醬油樣品處理液經(jīng)蠕動泵泵入重金屬固相萃取柱中，柱中填充的螯合樹脂可將樣品溶液中的鉛、鎘離子選擇性吸附，而鹽基體不被吸附，經(jīng)過淋洗，將柱中殘留的鹽基體洗去，最后用稀硝酸溶液將鉛、鎘離子洗脫，洗脫液用ICP-MS檢測。

1.3.2 標準溶液配制

分別移取1 000 mg/L的鉛和鎘標準溶液各10 mL至100 mL容量瓶中配制成100 mg/L的中間儲備液，并同樣逐級稀釋至10 mg/L，分別吸取10 mL鉛、鎘10 mg/L的中間儲備液至100 mL容量瓶中，配制成1 mg/L的混合標準溶液。再依次移取此溶液0.00、0.025、0.05、0.10、0.50、5.00 mL 至 100 mL 容量瓶中，配制成 0、0.25、0.50、1、5、50 μg/L 的混合系列標準溶液，用ICP-MS測定，計算標準曲線的回歸方程。

1.3.3 樣品處理

稱取約0.5 g樣品，加3 mL硝酸浸泡過夜，加3 mL過氧化氫，微波消解，消解后趕酸至體積少于1 mL，用光譜純緩沖液定容至50 mL。

1.3.4 過柱步驟

柱活化→上樣→淋洗1→淋洗2→洗脫→淋洗2→淋洗1→下一個樣品（重復）

其中，用5%（體積分數(shù)）硝酸水洗下可能吸附于柱上的金屬離子，然后用10 mL水分兩次洗下硝酸，完成柱活化。上樣體積10 mL，洗脫體積10 mL，洗脫液為5%（體積分數(shù)）硝酸水溶液。淋洗1為光譜純緩沖液5 mL，用于平衡柱床，淋洗2為純水10 mL，所有溶液均用固相萃取儀泵入重金屬固相萃取柱，流速均為5 mL/min。從上樣至洗脫完成耗時7 min，同步最多可以做8個樣品。

1.4 儀器參數(shù)

以 1.0μg/L 的 TUNE B 調諧液（Ba、Bi、Ce、Co、In、Li、U）對將儀器調諧至最優(yōu)狀態(tài)，RF功率1 550 W，冷卻氣14 L/min，輔助氣 0.8 L/min，霧化器流速 1.06 L/min，采樣模式KED。

2 結果與討論

2.1 線性范圍

將上述1.3.2系列標準溶液按上述1.4儀器參數(shù)進行測定，以CPS對濃度繪制標準曲線，結果呈現(xiàn)良好線性關系，鉛和鎘相關系數(shù)均為0.999，鉛檢出限0.02 mg/kg，鎘檢出限0.002 mg/kg，鉛和鎘的標準曲線見圖1。

圖1 鉛和鎘的標準曲線Fig.1 Standard curves of lead and cadmium

2.2 空白試驗

在試驗過程中，樣品消解結束后，使用約50 mL緩沖液定容，緩沖液用量較大，其中的重金屬背景必須關注。通過實測，空白消解液經(jīng)過趕酸、定容、過柱、洗脫等步驟后，洗脫液中鉛、鎘的含量分別為1.053、0.016 μg/L，說明購買的光譜純緩沖液中鉛鎘含量較低，能滿足檢測需求。

2.3 樣液pH值控制效果

該固相萃取柱建議的工作pH值范圍為4～7，該方法在樣品消解并趕酸結束后，采用緩沖液直接定容的方法來控制pH值，為了驗證緩沖液的緩沖效果，采取了在緩沖液中直接添加不同體積的濃硝酸，最終定容至50 mL，然后分別測定混勻后的溶液pH值，通過檢測，緩沖液緩沖效果如表1。

表1 緩沖液對不同體積的硝酸的緩沖效果Table 1 The effect of buffer on different volume of nitric acid

通過測試，趕酸體積需要控制在1 mL以下時，緩沖后的體系溶液pH值才能在柱的工作范圍內。

2.4 不同pH值對鉛和鎘的吸附效果

該固相萃取柱建議的工作pH值范圍為4～7，為了驗證在此范圍內，pH值對鉛和鎘的分離效果，在4個100 mL 容量瓶中，人工配制鉛（40 μg/L）、鎘（8 μg/L）的混合溶液，通過稀硝酸、氨水調節(jié)pH值，將pH值調為 4.07、5.11、6.05、7.03，定容后精密測定 pH 值，然后分別取10 mL過鉛鎘固相萃取柱，按程序淋洗洗脫，洗脫液體積10 mL，溶液過柱流速5 mL/min，收集洗脫液，用ICP-MS測定鉛鎘含量，計算回收率，試驗結果如表2。

表2 不同pH值對鉛和鎘的吸附效果Table 2 Adsorption effect of different pH values on lead and cadmium

通過試驗發(fā)現(xiàn)，在pH值為4～7之間，重金屬固相萃取柱的對鉛和鎘的吸附效率均在90%以上，接近中性時吸附效率最高。

2.5 基體分離效果

用含 0.5%氯化鈉的溶液配制鉛（40 μg/L）、鎘（8 μg/L）標準溶液，在原子吸收光譜儀檢測，并使用基體改進劑（5 μg鈀+3 μg硝酸鎂），結果發(fā)現(xiàn)有很大的背景吸收，鉛的吸收信號偏小，鎘已不成峰形，基體改進劑效果不明顯。試驗結果見圖2。

將此兩份含0.5%氯化鈉標準溶液分別取10mL過鉛鎘固相萃取柱，按程序淋洗洗脫，洗脫液體積10 mL，取洗脫液進行原子吸收光譜儀檢測，試驗結果如圖3，背景吸收信號正常，鉛、鎘原子吸收信號與正常配制標準溶液無異，見圖3。

2.6 柱穿透試驗

根據(jù)柱說明書提供的柱參數(shù)，鉛鎘固相萃取柱的最大吸附容量為800 μg，即最大能吸附800 μg的鉛或鎘。柱穿透試驗采用10 μg/mL的鉛和鎘標準溶液分別過柱，流速5 mL/min，每分鐘收集1次，收集液用ICP-MS檢測鉛和鎘，結果50 mL溶液過柱后都沒有檢出鉛和鎘，說明柱沒有穿透。將鉛和鎘標準溶液濃度調整為 100 μg/mL，過柱流速 5 mL/min，每毫升收集 1次，第7毫升收集液中檢測鉛和鎘，試驗結果說明，該柱的吸附容量達到 700 μg。

圖2 0.5%氯化鈉基體對鉛和鎘測定的光譜干擾Fig.2 The spectral interference of 0.5%sodium chloride substrate to Pb and Cd

圖3 分離氯化鈉基體后的鉛鎘的原子吸收光譜圖Fig.3 Atomic absorption spectra of lead and cadmium after separation of sodium chloride matrix

2.7 固相萃取柱重復性試驗

該多合一重金屬固相萃取柱可以重復使用，因此有必要進行重復性試驗。用8根鉛鎘固相萃取柱同步進行試驗，使用八通道固相萃取儀對每根柱子進行20次重復試驗，試驗的溶液為50 μg/L的鉛和10 μg/L的鎘混合標準溶液，試驗中溶液流速均為5 mL/min，每次的洗脫液用ICP-MS檢測鉛和鎘，8根柱每根20次重復試驗共計160次試驗結果：鉛回收率91.8%～99.7%，變異系數(shù)3.7%，鎘回收率90.5%～98.4%，變異系數(shù)3.5%。經(jīng)過試驗證明，不同柱之間吸附性能一致，固相萃取柱活化后能穩(wěn)定吸附鉛和鎘。

2.8 添加回收率和精密度

稱取醬油樣品9份，稱樣量約0.5 g，分別為：0.501、0.503、0.507、0.505、0.503、0.502、0.505、0.501、0.503 g，其中3份作為對照，6份做添加，鉛鎘添加量均為0.25 μg，微波消解后，趕酸至約 1 mL，樣品定容至50 mL，相當于樣品溶液中添加濃度為5 μg/L。樣品的稱樣量比較一致，對回收率計算影響可以忽略，因此直接使用樣品溶液中測定的濃度來計算回收率。3份對照樣定容至50 mL后，其中的鉛濃度分別為0.235、0.195、0.217 μg/L，平均值為 0.216 μg/L。鎘濃度分別為0.081、0.099、0.092 μg/L，平均值 0.091 μg/L。5 份添加試驗結果如表3。

表3 醬油樣品的添加回收試驗數(shù)據(jù)Table 3 Recovery test（n=6）of soy sauce samples

2.9 鎘回收率偏低的原因

2.8中鎘添加平均回收率82.8%，有點偏低。參考2.3樣液pH值控制效果，估計與趕酸時剩余的酸量有關，該柱建議的工作pH值范圍為4～7，接近中性吸附最穩(wěn)定，效率最高。本次試驗中趕酸剩余體積約1 mL，定容結束后，實測溶液的pH值為4.30，雖在范圍內，但是離中性稍遠。且試驗中為了提高過柱效率，流速為5 mL/min，有點偏快，也會對回收率有影響，后續(xù)試驗將進一步驗證。

2.10 樣品檢測結果

對3種品牌的各兩個批號共6份醬油樣品用重金屬固相萃取柱分離富集后，用ICP-MS進行了檢測，檢測結果如下表4。

表4 醬油樣品檢測結果Table 4 Test results of soy sauce samples

3 結論

重金屬固相萃取柱法能夠有效實現(xiàn)醬油樣品中鉛鎘的分離富集，解決基體干擾問題，分離富集效率較高，萃取柱性能穩(wěn)定可重復使用，分析成本較低。此方法需注意必須控制好消解液趕酸的量，通過緩沖液調節(jié)控制溶液pH值在萃取柱有效工作pH值范圍。綜上所述，固相萃取-電感耦合等離子體質譜法能夠滿足高鹽食品中重金屬元素的準確檢測需要。

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