前处理方法对ICP-OES测定水产品中无机元素的影响

宁劲松，段元慧，尚德荣，李沂光，卢立娜，翟毓秀

(1．中国水产科学研究院黄海水产研究所；2．农业部水产品质量安全检测与评价重点实验室；3. 国家水产品质量监督检验中心：山东 青岛 266071)

前处理方法对ICP-OES测定水产品中无机元素的影响

宁劲松，段元慧，尚德荣，李沂光，卢立娜，翟毓秀*

(1．中国水产科学研究院黄海水产研究所；2．农业部水产品质量安全检测与评价重点实验室；3. 国家水产品质量监督检验中心：山东 青岛 266071)

样品的前处理方法直接影响到无机元素测定结果的准确性。本研究探讨了高压消解罐消解、微波消解和湿法消解等3种前处理方法对水产品中无机元素测定的影响，利用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)测定12种元素(钾、钠、钙、铁、镁、锰、铜、锌、钡、铝、磷、硼)含量，采用紫菜、扇贝和大虾等具有代表性的标准物质进行验证并与标准参考值进行了比较；对于标准物质和实际样品性状差异较大的扇贝和大虾，同时对其实际样品进行测定，进行加标回收率测试。实验结果表明，3种消解方法的消解效果均能满足日常检测工作需要，标准物质测定结果基本在参考值范围内，实际样品与标准物质的实验结果一致。但是微波消解法的测定结果在3种前处理方式中最为理想，不仅前处理过程所受环境干扰最小，同时测定结果更接近参考值，回收率在90%～102%之间。综合比较认为，微波消解法更适合扇贝、大虾、紫菜等水产品中无机元素测定的前处理要求。 [中国渔业质量与标准，2016,6(3):41-48]

微波消解；高压消解罐消解；湿法消解；电感耦合等离子体发射光谱法；水产品；无机元素

水产品作为重要的优质蛋白质来源，其质量安全与国民健康和生活水平的提高紧密相关。然而近年来，随着工农业的发展，由于环境污染而造成的水产品质量安全问题已经引起全世界的关注，其中重金属污染问题尤为突出[1-2]。通过近几年科技信息的不断普及，人们对重金属危害的认识也在不断增强[3]，重金属检测已经成为水产品质量安全监管工作的一项重要内容。受设备、标准方法的限制，目前国内常用的仍多为单元素测定，成本高、时效性差，不能满足监管工作的高效检测要求，因此，建立一种快速、高效、低耗的多元素分析方法成为无机元素分析的发展方向[4-7]。

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)是目前比较成熟的元素分析技术，不仅分析灵敏度高、稳定性好、抗干扰能力强，且能够多元素同时测定，分析所需时间较短，在水产品无机元素的分析中具有较强的实用性和可操作性[1]。目前搭配ICP-OES使用的前处理方法主要有微波消解、高压消解罐消解和湿法消解，不同的消解方法对检测无机元素含量的影响差异明显[8]，3种消解方法均存在各自的优缺点：湿法消解设备简单，操作简便，常用硝酸-高氯酸体系氧化性强且能够批量消解[9]，但其耗时长、物耗大，敞开式消解易造成污染和损失，对于高脂肪含量样品具有一定的危险性[9]；高压消解罐方法在常温湿法消化的基础上密封加压，利用外部加热，在密闭的消解罐内产生高温高压来达到快速消解物质的目的，减少了实验环境对测定结果的影响，但同样耗时长，对于难以溶出的元素消解效果不佳，且对设备耐受度要求高，同样存在一定的安全隐患[10]；微波消解是在密闭环境下以控温为主的内加热模式，不仅快速安全，减少了试剂消耗量和对实验室的污染，同时还避免了挥发性元素的损失，能快速有效地对样品中痕量元素进行完全提取[10]，但其过程繁琐，仅能小批量消解。

本次实验利用ICP-OES分析技术探究上述3种前处理方式在水产品中的应用情况。分别用3种消解方法处理紫菜、大虾、扇贝等具有代表性的国家水产品标准物质及实际样品，然后在ICP-OES仪器优化条件下测定其中的钾、钠、钙、铁、镁、锰、铜、锌、钡、铝、磷、硼等元素含量，探究水产品样品中多元素分析的最佳前处理方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

实验所用的主要试剂和仪器见表1和表2。

表1 实验所用试剂

表2 实验所用的主要仪器

实验所用的器皿均用20%的硝酸浸泡24 h，一级水冲净晾干后备用。

1.2 消解方法

按照标准物质证书上的要求，将紫菜、大虾、扇贝等标准物质置于80 ℃烘箱中干燥4 h后恒重备用；大虾和扇贝实际样品取可食组织匀浆备用。

1.2.1 高压消解罐消解

称取干试样0.3～0.5 g(精确至0.000 1 g)、鲜试样1～2 g(精确到0.000 1 g)置于压力消解内罐中，加入硝酸5 mL浸泡过夜，然后旋紧外套，置于恒温干燥箱中，80 ℃保持2 h，120 ℃保持2 h，160～170 ℃保持4 h。消解完毕后冷却至室温，打开消解罐，置于电热板上将棕色气体赶尽后，用一级水将消化液转移并定容至25 mL，混匀备用[4]；同时做2组试剂空白实验。

1.2.2 湿法消解

称取干试样0.3～0.5 g(精确至0.000 1 g)、鲜试样1～2 g(精确到0.000 1 g)于消解管中，加入10 mL 硝酸和2.5 mL高氯酸浸泡过夜。置于具有通风橱的消化炉上，120 ℃保持1 h，升温至150 ℃保持2 h，升温到170 ℃至棕色气体消失，溶液变为无色透明，继续升温至210 ℃赶酸，直至剩下1～2 mL无色透明溶液。冷却到室温后用一级水定将消化液转移并容至25 mL，混匀备用[4]；同时做2组试剂空白实验。

1.2.3 微波消解

称取干试样0.3～0.5 g(精确至0.0001 g)、鲜试样1～2 g(精确到0.000 1 g)至消解罐内罐中，加入5 mL硝酸浸泡过夜后，再加入1 mL过氧化氢密封，然后置入微波消解系统，按表3设置程序进行消解[4, 11]。待消解结束，系统冷却后，将消解罐置于电热板上或超声水浴箱中，于100 ℃加热30 min或超声脱气2～5 min，用一级水将消化液转移并定容至25 mL，混匀备用[4]；同时做2组试剂空白实验。

表3 微波消解程序

1.3 回收率实验

分别向已称好的标准物质样品中加入一定水平的混合标准溶液，原则上加标量应与待测样品中的含量相近，但由于是多元素同时测定，且样品中各元素之间含量差别较大，仅能满足部分元素的加标量要求[12]。其中磷、硼标准溶液单独添加，分别加入磷1 mg、硼100 μg。分别利用上述高压消解罐法、微波消解法和湿法消解进行前处理，定容后上机测定，分别计算经3种消解方法处理后的加标回收率。每个加标回收做3次平行实验。

由于扇贝和大虾标准物质与实际样品性状差异明显，为验证前处理方法的适用性，对扇贝、大虾等实际样品同时进行3种方式的前处理实验。

1.4 仪器分析条件

等离子体发射光谱仪(ICP-OES)的优化工作条件如表4所示。

表4 ICP-OES实验参数

1.5 样品测定

1.5.1 元素分析谱线的选择

元素分析谱线一般选择相对干扰较少、灵敏度较高、丰度较大的谱线。样品待测元素的推荐谱线如表5 所示。

表5 待测元素推荐的分析谱线

1.5.2 测定

将混合标准溶液储备液用5%硝酸稀释成适当的浓度梯度的标准系列工作溶液，可依据样品溶液中元素质量浓度水平，适当调整标准系列各元素质量浓度范围；以5%硝酸溶液为空白溶液，分别注入电感耦合等离子体光谱仪中，测定待测元素分析谱线的强度信号响应值，以待测元素的浓度为横坐标，其分析谱线强度响应值为纵坐标，绘制标准曲线。将试样溶液注入电感耦合等离子体光谱仪中，测定待测元素分析谱线强度的信号响应值，根据标准曲线得到消解液中待测元素的浓度值(C)，平行测定3次。同时做空白实验。

1.6 数据处理方法

样品中元素的含量计算见式(1)。

(1)

X表示样品中元素的含量(10-2或10-6),C表示测定用样品中元素的浓度；C0表示试剂空白浓度；V表示定容体积，m表示样品称样量，计算中根据标准证书的数量级单位换算其单位。

将根据公式(1)获得的大量实验数据进行列表归纳，求出7组平行消解实验结果的平均值，以及7次实验的相对标准偏差，参考标准物质的标准值和不确定度进行综合分析。

2 结果与讨论

2.1 标准物质的测定结果

采用扇贝国家标准物质对方法的准确性进行验证，每种消解方法进行7次平行实验，3次重复测定12种元素的含量，其测定平均值与标准值的比较如表6所示。

表6 3种消解方法对ICP-OES法测定扇贝标准品中12种元素含量的影响

3种消解方法的测定结果基本在参考值范围内，其中微波消解法的测定值更接近参考值，这与不同消解方式对火焰原子吸收法测定奶粉中Fe含量的影响实验结果相一致[13]。其次为高压罐消解法，高压密闭环境使得样品消解温度提高，有利于一些难溶解物质的消解，试剂用量大大减少，同时减小了样品空白，也避免了挥发性元素的损失[14]。王北洪等[15]利用高压消解罐对土壤样品进行消解，实验证明各元素均能完全消解，精密度和准确度较高。传统湿法消解为敞开式消解，受实验环境的影响较大，元素易受到污染和损失，且加热不均匀，酸用量较大，且精密度明显差于微波消解和高压罐消解[16]，尤其铁元素含量测定受到环境的干扰显著，硼元素的测定结果也相对不稳定。

同样对大虾、紫菜标准物质进行准确性验证，3种前处理方法分别进行7次平行实验，3次重复测定12种元素的含量，其测定平均值与参考值的比较如表7、表8所示。

表7 3种消解方法对ICP-OES法测定大虾标准品中12种元素含量的影响

表8 3种消解方法对ICP-OES法测定紫菜标准品中12种元素含量的影响

大虾和紫菜实验结果情况与扇贝的测定情况相一致，3种消解方法均能满足大虾和紫菜的前处理要求，测定结果也基本在参考值范围内，但由于紫菜无机盐含量较高，湿法消解后消化管底部有白色残渣，多次加酸继续消解后仍存在，可能是消解过程中生成难溶盐，尽管未对检测结果造成影响，但是在多元素检测的应用中存在一定的隐患。

通过对3种标准物质的多平行测定结果可以发现，微波消解结合了微波快速消解和密闭高压消解的优势，在消解水产品方面效果理想，测定结果也更接近标准值，检测精密度较好；其次为高压消解罐法；湿法消解相对其他两法偏差稍大[17]。同时可以发现，所测12种元素中Fe、Zn、B和K等元素受消解方法的影响较为明显。

2.2 回收率实验结果

扇贝、大虾、紫菜等标准物质的加标回收率测定结果如表9所示。

表9 标准物质加标回收率实验结果

3种标准物质经不同消解方法处理后的加标回收率在84%～109.9%之间，如图1所示，其中大部分在90%～102%之间，基本在可接受范围内。微波消解法的加标回收率在90%～102%之间的比例最大，达80%以上，与郭中宝等[18]的实验结果一致；高压消解罐法在此范围内的比例也较高，而湿法消解在此范围内所占比例不到50%，在小于90%、大于102%范围内的比例均高于其他两种消解方法，由此可见，湿法消解的加标回收率不如微波消解法和高压消解罐两种方法理想[13]。

扇贝和大虾实际样品的加标回收率测定结果如表10所示。其结果与扇贝、大虾标准物质的加标回收率结果一致，即微波消解法的回收率结果最为理想，回收率多集中在90%～105%之间，仅有镁元素的回收率小于90%，铁元素的回收率大于105%；高压消解罐消解效果次之，湿法消解结果的重复性相对较差，尤其铁元素明显受到实验环境的干扰。微波消解和高压消解罐均能避免样品损失和杂质的引入，而微波消解法受热更均匀，消解更彻底，重复性更好。

图1 3种消解方法的加标回收率区间分布Fig.1 The recovery interval distribution of three kinds of digestion methods

n=3,%

3 小结

微波消解属于密闭高压体系，其在消解过程中减少了环境因素对测定结果的影响。使用微博消解测定的标准物质结果更接近参考值，而且测定重复性较好，相对标准偏差均小于10%，加标回收率基本在90%～102%之间。同时微波消解法相对于湿法消解和高压消解罐法更节省时间和能源[15]。高压消解罐消解虽保证了密闭高压体系，减少了环境对测定结果的影响，但其前处理过程是微波消解的近10倍，在一定程度上抵消了检测准确度较高的优势，实验结果也证明其重复性结果和加标回收率均没有微波消解法理想。湿法消解存在的试剂用量大、消解时间长以及敞开式消解易引起污染或损失的问题在现阶段尚未有较好的解决方法。尽管通过本次实验证明标准物质的湿法消解测定结果仍在参考值范围内，但是其加标回收率在90%～102%之间比例不足50%的问题还需要进一步研究解决。综上所述，相比于高压罐消解和湿法消解，微波消解法更符合目前无机元素测定前处理快速、高效、低耗的要求，是ICP-OES测定水产品种中无机元素的最佳前处理方法。通过今后仪器设备的不断普及，微波消解连同ICP-OES同时测定水产品中多种元素的方式将会成为保障水产品质量安全监管工作高效开展的一项重要手段。

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Effect of different digestion methods on the determination ofinorganic elements in aquatic products by ICP-OES

NING Jinsong, DUAN Yuanhui, SHANG Derong, LI Yiguang, LU Lina, ZHAI Yuxiu*

(1.Yellow Sea Fisheries Research Institute, Chinese Academy of Fishery Sciences;2. Key Laboratory of Testing and Evaluation for Aquatic Product Safety and Quality, Ministry of Agriculture,P.R.China;3. National Aquatic Product Quality Supervision and Inspection Center: Qingdao 266071, China)

The preprocessing method of the sample directly affects the accuracy of the results of the determination of inorganic elements. In this paper we studied the effects of three kinds of pretreatment methods such as high pressure closed-vessel digestion, microwave digestion and wet digestion, on the determination of inorganic elements in aquatic products. We tested twelve types of elements (K, Na, Ca, Fe, Mg, Mn, Cu, Zn, Ba, Al, P, B) by Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectrometry (ICP-OES) of three kinds of national standard reference material such as laver, scallop and prawn, and compared the result of each element with the reference value. Due to the character differences between the standard material and actual sample, the actual samples were measured at the same time, and the standard addition recovery experiments. The results suggested that three kinds of digestion methods can meet the deeds of daily testing work, the testing value of three methods brought into correspondence with standard value in certified reference material. But the results of the microwave digestion were the most ideal among the three methods. It suffered minimal environmental interference, the measured value was closer to the reference value. And the recovery was also substantially between 90%～102%, which was preferable. In conclusion, the microwave digestion method was more suitable for the determination of the inorganic elements in the aquatic products such as scallop, prawn, laver and so on.[Chinese Fishery Quality and Standards,2016,6(3):41-48]

microwave digestion;high pressure closed-vessel digestion；wet digestion; inductively coupled plasma optical emission spectrometry；aquatic products; inorganic elements

ZHAI Yuxiu, zhaiyx@ysfri.ac.cn

2015-08-18；接收日期：2015-11-30

国家标准制定项目(20110929-T-326)；现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-50)

宁劲松(1979-)，男，硕士，助理研究员，研究方向为水产品质量安全与控制，ningjs@ysfri.ac.cn 通信作者：翟毓秀，研究员，研究方向为水产品质量安全，zhaiyx@ysfri.ac.cn

S94

A

2095-1833(2016)03-0041-08