微波消解-ICP-AES法测定坛紫菜中重金属及近年坛紫菜金属污染调查

娄永江， 丁仲仲， 赵一霖， 郭婷婷， 刘 志

（宁波大学 海洋学院，浙江 宁波 315211）

坛紫菜（Porphyra haitanensis）属于红藻类，原产于福建，现广泛分布于福建、浙江、江苏等沿海，是中国沿海地区出口的主要特色农产品之一[1-3]。坛紫菜具有很高的营养价值，是一种高蛋白质、低脂肪、富含多种矿物质的天然的海洋保健食品，因富含膳食纤维，越来越受到大家的喜爱[4-5]；且坛紫菜具有一定的保健功能，现代医学研究表明，其具有降血脂、防治慢性咽喉炎及甲状腺肿大的功效[6-7]。但由于近年来工业污水等的排放，近海海域海洋环境污染严重，坛紫菜中重金属含量超标，成为影响紫菜产品质量安全的主要因素，这严重影响了坛紫菜的国内和出口销售[8]。

近来，由于国内外食品销售和质量控制的要求，对重金属高效、快速的检测方法越来越受到重视[9-11]。20世纪80年代发展起来的超痕量、多元素分析测定的电感耦合等离子元素分析技术 （ICPAES），因具有低检出限、高灵敏度、分析快速、抗干扰性好、多元素分析测定和线性范围宽等优势被广泛使用[12-13]。作者采用微波消解处理坛紫菜样品，电感耦合等离子发射光谱法（ICP-AES）测定2008年到2012年这5年每年的头水坛紫菜及2012年不同嫩度坛紫菜中的重金属含量，以期为坛紫菜的重金属污染提供监测方法和治理依据。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

体积分数65%硝酸（优级纯）、超纯水、混合标准溶液，高速超微粉碎机，美国SPEX公司产品；摩尔元素型超纯水机，上海摩勒科学仪器有限公司制造；CEM MARS5密闭式微波消解仪，美国培安公司制造。

1.2 样品的采集

坛紫菜样品，均采自东海海域某紫菜养殖场。

1.2.1 保存方法 将坛紫菜样品洗净至无泥沙，风干（水分质量分数均不超过40%）后均分别采用食品塑料袋塑封，并置于-20℃冰柜中。

1.2.2 不同时间取样 分别取自2008—2012年该养殖场头水的坛紫菜。

1.2.3 不同嫩度取样 坛紫菜一般可以分4次收割，第一次收割为头水，故坛紫菜因嫩度不同分为头水、二水、三水、四水，四水以下的一般不宜食用。本实验取材自2012年该养殖场不同嫩度的坛紫菜。

1.2.4 取样方式 将该养殖场均分成6块，每一块取一定的样品，然后均匀混合。

1.3 实验方法

1.3.1 样品前处理 将采集后的样品参照GB5009.3-2010方法进行干燥处理。干燥后的样品经高速粉碎机粉碎，40目过筛后放置于干燥皿中备用。

1.3.2 样品消解 准确称取0.2000 g的坛紫菜样品至高压消解罐中，加入体积分数65%的硝酸6 mL，静置1～2 h后将消解罐放入微波消解仪中进行消解处理，按照表1中的消解程序进行消解[14]。样品经消解后，冷却15 min至40℃以下，取出消解罐。将消解品转移至25 mL的容量瓶中，用超纯水定容、摇匀、静置过夜，即为待测溶液，重复测定3次。

以超纯水为空白试剂做对照实验。见表1。

表1 微波消解仪工作程序及参数Table 1 Work program and parameters of microwave digestion

1.3.3 样品的测定 将经过前处理的待测样品和空白对照组采用电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES），在选定的工作条件下进行重金属含量的测定。选用的ICP-AES工作参数条件见表2[15]。

表2 ICP-AES仪器工作参数Table 2 Working parameters of ICP-AES

1.4 数据处理

所有数据利用Microsoft Excel进行统计处理，用SAS 9.2进行ANOVA分析，不同平均值之间利用LSD法进行差异显著性检验。

2 结果与讨论

2.1 各元素分析工作曲线及检出限确定

选择的分析线波长是否恰当直接影响测量结果的准确性以及该方法的稳定性。元素分析线的选择是根据该元素的谱线特征、各个元素间的干扰情况，以及仪器对该种元素的检测灵敏度确定。选择发射净强度大、信噪比高、背景低、共存元素干扰少、强度匹配的谱线为待测元素的分析谱线[16-18]，详细如表2所示。

将仪器设定到最佳参数条件0、0.5、1.0、4.9、9.9 mg/kg的混合标准进行测定，绘制每个元素的标准曲线，通过线性回归方程的计算得到相关系数R值。在同样的实验条件下，连续测定20个空白样品，计算其平均值和标准偏差，然后以3倍的空白的标准偏差除以斜率，从而计算得到每个元素的检出限。详见表3。

表3 ICP-AES测定波长、回归方程、R和检出限Table 3 Analytical wavelengths、Working curves、R and detection limits of the ICP-AES method

2.2 样品的加标回收实验

为验证测定方法的精密度[19]，将2012年头水坛紫菜样品进行加标回收实验，表4为坛紫菜样品中各金属加标回收实验结果。按照GB/T27404-2008中对回收率实验的要求，本实验设置了三水平实验，分别取测定底限、MRL（最高残留限量）和测定值附近的合适点（表4中分别以A、B和C表示）。可以看出，各金属元素的加标平均回收率分布于95.63%～105.3%之间，说明该方法回收率高，具有操作简便、测定快速、准确性和精密度高的特点，并且检测过程用酸量少，无环境污染，因此该方法能够应用于坛紫菜重金属元素的快速检测和脱除技术研究。

表4 2012年头水坛紫菜中各种金属加标回收实验测定结果Table 4 Results of recovery test of the first samples in 2012 （mg/kg，n=3）

2.3 坛紫菜成熟度对重金属含量的影响

表5为对2012年象山海域所养殖的不同嫩度的坛紫菜中部分金属含量的定量分析结果 （RSD＜1.89%）。可以看出，各金属元素的测定量随坛紫菜的嫩度降低呈显著的降低趋势（P＜0.05），说明坛紫菜对金属元素的吸附能力与嫩度有正相关性。虽然各金属检测量随嫩度的降低呈下降的趋势，但是四水紫菜中所有检测的金属元素，除金属Zn、Cu外，其余元素都严重超出国家标准限量。因此，说明2012年该地区坛紫菜受到了严重的金属污染。

表5 不同嫩度的紫菜中重金属含量及RSD值Table 5 Contents of contaminated metals and RSD of different tenderness samples mg/kg

2.4 浙江象山海域所养殖的头水坛紫菜中重金属含量演变趋势

表6为近5年象山海域所养殖的头水坛紫菜中部分有毒金属含量的分析结果（RSD＜1.89%）。可以看出，近5年该海域的坛紫菜均受到不同程度的污染，可能的原因是近海海域海水的严重污染导致紫菜重金属超标较严重。在各个金属元素的测定量中，除金属元素Al外，前两年各金属元素的检测量均小于国家标准限量，由于各金属元素在5年中呈显著的上升趋势 （P＜0.05），在2009年后，除金属Zn、Cu外，其余元素都超出国家标准限量。其中增长量最多的为Al，由原来的 188.171 mg/kg（RSD=1.82%），5 年 后 上 升 到 270.437 mg/kg （RSD=1.32%）。Al虽然未被要求而且并非重金属，但是Al对人体大脑神经的伤害不可忽视，2008年其超标率为88.17%。增长倍数最多的为Cd，由原来的0.055 mg/kg（RSD=1.13%）累积到 2.735 mg/kg（RSD=0.94%），增长了约50倍，2012年超出国家标准 10.5 倍。 另外，Cr、As、Pb 都有显著的（P＜0.05）累积，都超出了国家标准限量。

表6 近5年坛紫菜中重金属含量及RSD值Table 6 Metal contamination and RSD of the past five years samples mg/kg

3 结语

以加标回收率为检测结果，验证实验方法的精密度。坛紫菜中各金属加标回收率为95.63%～105.3%，说明该方法具有较高的回收率和精确度，可以应用于对坛紫菜重金属元素的快速检测。

各金属元素检出结果表明，近几年来坛紫菜的金属污染呈显著上升趋势（P＜0.05，RSD＜1.89%），并且同年不同嫩度的紫菜中金属污染含量呈现头水＞二水＞三水＞四水的现象（P＜0.05，RSD＜1.89%）。

研究表明，坛紫菜重金属超标相当严重，应引起足够的高度关注。建议尽快研究出简单、快速、经济的方法，脱除坛紫菜中超标的重金属。

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