ICP-MS與測(cè)汞儀法測(cè)定水產(chǎn)品中汞元素含量的對(duì)比研究

◎ 黃冰洋，李 哲，陳景周，李秀英，楊東成，馮倬誠(chéng)

（1.廣州檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證集團(tuán)有限公司，廣東 廣州 511447；2.國(guó)家加工食品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心（廣東），廣東 廣州 511447）

汞（Hg）是常見(jiàn)有毒重金屬的一種，具有顯著的生物毒性，在生物體內(nèi)無(wú)法自行降解，會(huì)使蛋白質(zhì)激酶失去活性，造成慢性中毒，影響人的身體健康[1]。世界衛(wèi)生組織也將汞列為最需要關(guān)注的重金屬[2-4]。自然界的汞主要以元素汞、無(wú)機(jī)汞和有機(jī)汞3 種基本狀態(tài)存在，其進(jìn)入人體的途徑主要為食物鏈富集[5-6]。研究報(bào)道，長(zhǎng)期攝入可損害腸黏膜與腎臟，導(dǎo)致神經(jīng)功能缺損，對(duì)人體的臟器造成不可逆的傷害，降低生育能力，而胎兒長(zhǎng)期暴露在汞環(huán)境中會(huì)對(duì)其腦部發(fā)育有不良影響[3,7-9]。

目前，國(guó)內(nèi)食品中汞的分析方法主要是依據(jù)《食品中總汞及有機(jī)汞的測(cè)定》（GB 5009.17—2021）中規(guī)定的總汞測(cè)定方法，包括原子熒光光譜分析法（Atomic Fluorescence Spectrometry，AFS）、冷原子吸收光譜法[10]，AFS 法使用時(shí)間久遠(yuǎn)，技術(shù)成熟，儀器成本較低，是現(xiàn)行測(cè)定汞應(yīng)用最廣泛的方法，但前處理操作煩瑣，并伴有試劑污染[11-12]。隨著電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）的發(fā)展和普及，《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》（GB 5009.268—2016）中也將ICP-MS法作為汞的測(cè)定手段之一[13]，該方法靈敏度、準(zhǔn)確度高，可實(shí)現(xiàn)多元素同時(shí)測(cè)定，但儀器成本高，耗氣量大，應(yīng)用普及程度不及原子熒光光譜法，且ICP-MS 存在汞離子的記憶效應(yīng)干擾，測(cè)定結(jié)果稍微偏低[14]。直接測(cè)汞法可以直接測(cè)定食品等復(fù)雜基質(zhì)樣品中的汞，取樣量少，靈敏度高，回收率高，安全快捷，方便環(huán)保，同時(shí)減少人為誤差，大大提升分析效率[15-17]。本研究對(duì)比了超級(jí)微波消解-ICP-MS 與測(cè)汞儀法測(cè)定水產(chǎn)品總汞含量的結(jié)果，使用t檢驗(yàn)分析結(jié)果顯著性，通過(guò)計(jì)算檢出限、精密度和加標(biāo)回收率等數(shù)據(jù)來(lái)確認(rèn)方法的可行性。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

40 個(gè)市售水產(chǎn)品樣品購(gòu)買(mǎi)于實(shí)體超市和網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)；Hg 標(biāo)準(zhǔn)溶液（濃度1 000 mg·L-1，批號(hào)為18A010-3，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）；超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）為實(shí)驗(yàn)室自制；硝酸（BV-Ⅲ級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所）。

7900 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS，美國(guó)Agilent 公司）；Ultra Clave 超級(jí)微波化學(xué)平臺(tái)（意大利Milestone 公司）；DMA-80 全自動(dòng)測(cè)汞儀（意大利Milestone 公司）；A11 型粉粹機(jī)（德國(guó)IKA 公司）；粉碎機(jī)（九陽(yáng)股份有限公司）；Milli-Q 去離子水發(fā)生器（美國(guó)Millipore 公司）。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

取Hg 標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 mg·L-1，采用體積分?jǐn)?shù)為5%的HNO3逐級(jí)稀釋為低質(zhì)量濃度0 ～2.0 ng·mL-1標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.3 樣品前處理

1.3.1 超級(jí)微波-ICP-MS 法樣品前處理步驟

準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)粉碎混勻后的水產(chǎn)品樣品0.5 g（精確至0.000 1 g）于石英管中，加入8 mL 硝酸水溶液（HNO3∶H2O=1.00 ∶1.25，V∶V）。調(diào)節(jié)超級(jí)微波消解程序進(jìn)行消解，消解液冷卻至室溫后用水定容至25 mL，由ICP-MS 測(cè)定，同時(shí)制備空白樣品。

1.3.2 測(cè)汞儀法樣品測(cè)定步驟

準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)粉碎混勻后的水產(chǎn)品樣品0.1 g（精確至0.000 1 g）于樣品舟中，樣品通過(guò)儀器自動(dòng)送入熱解爐中，經(jīng)加熱—干燥—高溫氧化分解，分解產(chǎn)物進(jìn)入催化管，經(jīng)催化還原后的產(chǎn)物進(jìn)入金汞齊化器，對(duì)Hg元素進(jìn)行選擇性吸附，儀器對(duì)金汞齊化器進(jìn)行迅速加熱，使其吸附的汞釋放出來(lái)，汞蒸氣隨載氣通過(guò)吸收池，在253.7 nm 處測(cè)定其峰高，得出汞含量。

1.3.3 加標(biāo)樣品處理

樣品中加入適量濃度的汞標(biāo)準(zhǔn)溶液，混合均勻后，按照上述樣品處理方法進(jìn)行處理并測(cè)定。

1.4 儀器條件

1.4.1 超級(jí)微波化學(xué)平臺(tái)程序升溫參數(shù)

步驟1：溫度110 ℃，升溫10 min；步驟2：溫度200 ℃，升溫15 min；步驟3：溫度220 ℃，升溫5 min；步驟4：溫度220 ℃，保持10 min。

1.4.2 ICP-MS 儀器參數(shù)

射頻功率1 550 W，同心圓霧化器，測(cè)定模式為He 模式，采樣深度8.0 mm，等離子體冷卻氣流速15.0 L·min-1，載氣流速1.0 L·min-1，補(bǔ)償 氣 流 速0.7 L·min-1，鎳合金采樣錐和截取錐，測(cè)量元素積分時(shí)間0.3 s，積分3 次。分析過(guò)程中，為校正補(bǔ)償樣品的基體效應(yīng)和信號(hào)漂移，選擇鉍（Bi）作為在線(xiàn)內(nèi)標(biāo)。

1.4.3 DMA-80 測(cè)汞儀程序升溫參數(shù)

升溫0 ～200 ℃，爬升10 s；干燥溫度200 ℃，保持60 s；分解溫度200 ～650 ℃，分解時(shí)間90 s；齊化溫度650 ℃，保持90 s。

1.4.4 DMA-80 測(cè)汞儀儀器參數(shù)

載氣為氧氣，純度為99.95%以上，載氣流量為200 mL·min-1，壓力為0.4 Mbar。檢測(cè)器為光電倍增管檢測(cè)器；檢測(cè)波長(zhǎng)253.7 nm；進(jìn)樣量100 μL。

2 結(jié)果與分析

2.1 工作曲線(xiàn)與檢出限

在實(shí)驗(yàn)確定的最佳條件下，采用ICP-MS 測(cè)定系列濃度為0 ～2.0 μg·L-1的 Hg 標(biāo)準(zhǔn)溶液，以其響應(yīng)值對(duì)其質(zhì)量濃度進(jìn)行線(xiàn)性回歸，得到線(xiàn)性方程Y=0.003 3X+0.049 5，相關(guān)系數(shù)為1.000 0。將樣品空白溶液重復(fù)測(cè)定11 次，計(jì)算樣品空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度即為Hg 的儀器檢出限（Instrument Limit of Detection，ILOD），結(jié)合前處理方法和稀釋倍數(shù)，計(jì)算得到方法檢出限（Method Limit of Detection，MLOD），計(jì)算結(jié)果顯示該方法檢出限為1.0 μg·kg-1。采用測(cè)汞儀測(cè)定質(zhì)量為0 ～20 ng 的Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液校正曲線(xiàn)，得到線(xiàn)性方程y=0.000 430 59+0.053 019 65x-0.000 895 27x2，相關(guān)系數(shù)為0.999 7。將樣品空白溶液重復(fù)測(cè)定11 次，以3 倍信噪比（S/N）確定檢出限，結(jié)合樣品的前處理過(guò)程，測(cè)汞儀法檢出限為0.05 μg·kg-1。

兩種方法均表明在相應(yīng)質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，Hg 的儀器響應(yīng)與其質(zhì)量濃度線(xiàn)性關(guān)系良好，測(cè)汞儀法檢出限比ICP-MS 法低得多，具有更高的靈敏度。

2.2 加標(biāo)回收率和精密度

為驗(yàn)證分析方法的準(zhǔn)確性和可靠性，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的條件下對(duì)2 種水產(chǎn)品樣品分別添加適量濃度的Hg 標(biāo)準(zhǔn)工作液，按照1.3 和1.4 的方法分別平行測(cè)定6 次，計(jì)算回收率和精密度。ICP-MS 法的回收率在92.2%～98.6%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（Relative Standard Deviation，RSD）不超過(guò)3.44%。采用測(cè)汞儀法同樣對(duì)2 種水產(chǎn)品樣品中總汞測(cè)定進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，回收率在101.7%～109.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差不超過(guò)6.45%，數(shù)據(jù)詳見(jiàn)表1。結(jié)果表明兩種檢測(cè)方法精密度較好，測(cè)汞儀法因取樣量比超級(jí)微波消解-ICP-MS少，測(cè)定的數(shù)據(jù)浮動(dòng)性相對(duì)較大，但均滿(mǎn)足樣品中總汞的測(cè)定要求。

表1 水產(chǎn)品中回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=6）

2.3 實(shí)際樣品的測(cè)定

為驗(yàn)證方法的實(shí)用性，采用兩種不同方法對(duì)從市場(chǎng)購(gòu)買(mǎi)的40 個(gè)水產(chǎn)品樣品進(jìn)行測(cè)定。樣品類(lèi)別包括魚(yú)類(lèi)（26 個(gè)）、貝類(lèi)（2 個(gè)）、魷魚(yú)干類(lèi)（2 個(gè)）、蝦類(lèi)（8 個(gè)）和蟹類(lèi)（2 個(gè)），表2 為40 個(gè)水產(chǎn)品樣品Hg含量的測(cè)定結(jié)果統(tǒng)計(jì)?！妒称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）規(guī)定水產(chǎn)品中甲基汞制定的限量指標(biāo)為0.5 mg·kg-1，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，水產(chǎn)品中汞的含量低于甲基汞限量指標(biāo)，污染指數(shù)低，基本滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.4 t 檢驗(yàn)分析討論

對(duì)表2 結(jié)果采用雙樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行分析，以判斷兩種方法的測(cè)定結(jié)果是否存在差異。經(jīng)查表可知，t0.05(38)=2.024。最終計(jì)算結(jié)果離差t為0.013，小于該臨界值，說(shuō)明兩種方法對(duì)40 種水產(chǎn)品中Hg 含量的測(cè)定結(jié)果的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表2 不同水產(chǎn)品樣品中Hg 含量表（n=3）

2.5 基準(zhǔn)物質(zhì)的方法驗(yàn)證

為驗(yàn)證方法的正確性、穩(wěn)定性及可行性，按1.3和1.4 的條件對(duì)扇貝（GBW10024）進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示，ICP-MS 法檢測(cè)結(jié)果為39.4 μg·kg-1，測(cè)汞儀法檢測(cè)結(jié)果41.1 μg·kg-1，兩個(gè)方法測(cè)定結(jié)果均在質(zhì)控樣參考值（40±7）μg·kg-1的范圍內(nèi)，進(jìn)一步驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性和可行性。

3 結(jié)論

本研究對(duì)比了ICP-MS 與測(cè)汞儀兩種方法測(cè)定水產(chǎn)品中汞含量的結(jié)果。兩種測(cè)定方法在其濃度范圍內(nèi)均有較好的線(xiàn)性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)R均大于0.999。ICP-MS 和測(cè)汞儀的精密度分別為2.71%～3.44%和4.63%～6.45%，加標(biāo)回收率分別為92.2%～98.6%和101.7%～109.3%，兩種方法的精密度和加標(biāo)回收率均較好，均符合痕量分析的標(biāo)準(zhǔn)。通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，兩種檢測(cè)方法的準(zhǔn)確度和可行性高，同時(shí)雙樣本t檢驗(yàn)結(jié)果表明，兩種方法檢測(cè)結(jié)果并無(wú)顯著差異。

兩種方法準(zhǔn)確率高、線(xiàn)性關(guān)系良好、加標(biāo)回收率高、檢出限低，均能快速有效測(cè)定水產(chǎn)品中的汞元素含量，適用于各種水產(chǎn)品中汞元素的檢測(cè)。ICP-MS和測(cè)汞儀相比較，ICP-MS 測(cè)定分析速度快適用于大量水產(chǎn)品中汞元素的測(cè)定，而測(cè)汞儀不需要樣品前處理，直接取樣檢測(cè)，取樣量小，適用于少量的水產(chǎn)品中汞元素的快速測(cè)定。本文通過(guò)對(duì)比ICP-MS 和測(cè)汞儀對(duì)水產(chǎn)品中汞元素含量的測(cè)定結(jié)果，有利于建立高效準(zhǔn)確的分析方法，為水產(chǎn)品中汞元素含量的測(cè)定提供技術(shù)支撐，對(duì)保障消費(fèi)者的飲食健康安全具有重大意義。