利用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)测定中华绒螯蟹中重金属镉的残留量

董欣悦，宋 超，汪 倩，张 聪，陈家长,

（1南京农业大学无锡渔业学院，江苏无锡214081；2中国水产科学研究院淡水渔业研究中心，江苏无锡214081；3农业农村部水产品质量安全环境因子风险评估实验室（无锡），江苏无锡214081；4农业农村部水产品质量安全控制重点实验室，北京100000）

0 引言

镉(cadmium,Cd)是一种对水产品具有严重毒性的重金属环境污染物，因具有极高的生物毒性，且在生态环境系统中具有很强的迁移性，现已被联合国环境规划署(UNEP)、世界卫生组织和美国农业委员会等列为优先关注污染物之一[1]。镉可以通过食物链的传递在生物体内进行富集[2]，其半衰期长达20年，并且难以生物降解。现有研究表明，重金属镉富集水平最高的动物是甲壳类，成年甲壳类动物体内镉的浓度是海水浓度的900～1600倍[3]。镉在人体中的富集不仅会引起心血管疾病、骨质疏松[4]，还会侵害免疫系统[5]，继而引发肿瘤，甚至癌症[6]。

中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)，又称河蟹，是一种在淡水中生长的洄游性甲壳动物，其肉味鲜美，营养丰富，此类甲壳类动物多喜栖居在江河湖泊的泥岸和滩涂上的洞穴里，或隐藏在这些水域的水草、石砾中，多数为杂食性动物。这种特殊的栖息水层和食性特点，导致其对重金属的富集能力明显高于鱼类[7]。全国食品污染物监测显示，当前水产品中铅、镉污染现象较为普遍，镉含量的平均值超出国家限量标准。GB 2762—2017食品中污染物限量中规定甲壳类水产动物的镉限量指标为0.5 mg/kg[8]。陈海槟等[9]对广州鱼市场进行了随机检测，结果表明，螃蟹中重金属镉的超标值为96.69%。尤炬炬等[10]对浙江省自然海区68个梭子蟹样品进行了镉含量的分析与测定。分析测定结果表明，重金属镉的含量为0.078～2.600 mg/kg，其中部分梭子蟹的镉含量超出国家限量标准。何佳璐等[11]对舟山市市售海产品镉的残留现状进行比较评价，结果表明舟山市受铅、镉、甲基汞3种重金属污染情况较低，只有甲壳类存在少量铅、镉轻度污染，超标率为0.26%。

实验过程中，样品的前处理结果是检验实验方法科学性和实验结果可靠性的重要标准，样品的前处理方法除了常规的干法灰化法和湿法消解法外，还可采用微波消解法、压力消解以及超声波辅助酸提取法等新型消解方法。微波消解是一种新的消解方式，因消解时间短、在密闭的环境中加热、试剂用量少、操作简单安全而得到广泛应用，同时减少了消解过程中对环境的污染，降低了实验的空白值，提高了方法的灵敏度和准确度，笔者采用常规的湿法消解法和微波消解法处理中华绒螯蟹样品。电感耦合等离子体质谱(ICPMS)[12-14]是一种新型的分析和检测技术，且应用广泛，与传统方法相比，具有灵敏度比较高、线性范围广、稳定性好、检出限低、能同时检测与分析多种重金属元素等优点，分析速度快，能够大大提高样品分析效率。

本研究旨在建立一种快速检测水产品中重金属镉的残留量方法，以电感耦合等离子体质谱法测定中华绒螯蟹性腺(G)、肌肉(M)及其两者混合的全部可食部分(B)3种基质中的镉为研究对象，通过采用不同的前处理方法，考察湿法消解法和微波消解法对测定结果的影响，并对不同的前处理方法依据回收率对比检验方法的可行性，旨在为中华绒螯蟹不同基质中重金属镉的检测提供更高效、准确的检测方法，同时为中国水产品质量安全管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 基质样品的预处理

将采集来的新鲜中华绒螯蟹洗净，用剪刀去壳、去鳃后，将整蟹可食部分全部取出，用绞肉机绞成匀浆，将性腺(G)、肌肉(M)及其两者混合的全部可食部分(B)分装于取样管中，备用。

1.2 仪器与试剂

Agilent 7800 ICP-MS（美国安捷伦科技有限公司）；Ethos D微波消解仪（莱伯泰科有限公司）；Digi Block-ED54微机控温电热板（北京莱伯泰科仪器股份有限公司）；Master-Q UT水纯化系统（上海和泰仪器有限公司）。

10.0 mg/L混合标准储备液（美国安捷伦科技有限公司），用2%硝酸逐级稀释配制成不同浓度混合标准溶液；100.0 mg/L内标溶液（美国安捷伦科技有限公司）；1.00 μg/L质谱调谐液（美国安捷伦科技有限公司）。

实验过程中所用各种酸及试剂均为优级纯；所有玻璃器皿均用5%硝酸浸泡过夜并用纯水冲洗干净备用；实验室用水均由超纯水机提供。

1.3 样品的消解

1.3.1 湿法消解法 准确称取处理好的匀浆样品(0.5±0.01)g，放入消解管中，用移液管准确量取8 mL HNO3、2 mL高氯酸加入到消解管中。其中，1～3号加标浓度为5 μg/L，4～6号加标浓度为20 μg/L，7～9号加标浓度为100 μg/L，10～12号为空白对照。然后将消解管摇匀，室温下放置过夜，进行预消解。第二天将预消解的样品放到微机控温电热板上缓慢加热，设定温度为120℃，消解5～6 h，观察颜色的变化，待颜色变为淡黄色或者无色时取出，冷却，然后加入超纯水定容到50 mL，摇匀过滤，备用。

1.3.2 微波消解法 准确称取处理好的匀浆样品(0.5±0.01)g，放入消解罐中，用移液管准确量取5 mL HNO3、2 mL H2O2、1 mL超纯水加入到消解罐中，注意移液管不可以与消解罐的内壁接触。其中，1～3号加标浓度为5 μg/L，4～6号加标浓度为20 μg/L，7～9号加标浓度为100 μg/L，10～12号为空白对照。打开微波消解仪电源，在控制面板上设定消解程序和参数（表1）进行操作，消解约2 h。微波消解结束后待其自然冷却至室温，并将消化液用超纯水定容至50 mL，摇匀过滤，备用。

表1 微波消解体系的建立

1.4 仪器操作条件的选择

开机之前，先进行碰撞反应池维护和样品引入维护，同时打开冷却水，调节进样管，将仪器的进样管和内标管都放入调谐液中，依次对矩管位置、雾化气流速、透镜等进行日常调谐，得到最佳的灵敏度，最低的氧化物、双电荷干扰以及较好的分辨率。优化后的仪器操作条件见表2。

1.5 数据处理

数据统计、绘图在Excel 2010软件中完成，配对样本t检验在SPSS 20.0中完成。数据结果以平均值±标准差表示，以P＜0.05作为差异显著水平。在进行多重比较时，2组之间有相同字母则表示差异不显著；反之，则表示差异显著。

2 结果与分析

2.1 仪器和方法的检出限

2.1.1 镉标准曲线的绘制及线性回归方程 将10.0 mg/L混合标准储备液稀释为0.5 mg/L的混合标准中间液，由混合标准中间液稀释为标准曲线混合工作系列，混合标准曲线工作溶液中元素浓度分别为0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0 µg/L。

将仪器的各项参数调试到最佳状态，采用ICP-MS分析方法中内标校正定量分析方法测定。待仪器稳定后，测定镉标准系列混合溶液0.0、5.0、10.0、15.0、20.0、25.0、100.0µg/L的响应值，读取软件画面中显示的相关系数R是否符合不小于0.995的要求[15]，要求采集3次数据，取3次测量的平均值，RSD小于10%，以测定元素标准溶液的含量和对应的离子强度为横纵坐标，绘制重金属镉的标准曲线，计算直线回归方程，相关信息见表3。

通过表3可以看出，湿法消解法和微波消解法的相关系数均符合R≥0.995的要求，微波消解法的相关系数比湿法消解法的相关系数要更高、更稳定。

2.1.2 2种前处理方法的检出限比较 由表3可以看出，湿法消解法的检出限为0.0025～0.0045µg/g，微波消解法的检出限为0.0012～0.0027µg/g，微波消解法的检出限更低。梁淑轩等[16]利用ICP-MS测定水系沉积物中的9种重金属元素时，重金属镉的检出限为0.019µg/L。温中海等[17]利用ICP-MS测定水系沉积物中多种重金属元素时，重金属镉的检出限为0.01 mg/kg。方芳等[18]利用ICP-MS研究太湖过滤水和表层沉积物中重金属时，重金属镉的检出限为0.03µg/L，本实验检出限符合要求，结果可靠。

2.1.3 2种前处理方法准确度与精密度比较 在样品的测定过程中，每个样品采集3次数据，取3次测量的平均值，仪器自动扣除样品空白，3次测量结果的相对标准偏差均小于10%。从表3可以看出，湿法消解法的相对标准偏差为0.35%～9.0%，微波消解法的相对标准偏差为0.59%～9.0%，两者差距不明显，均符合RSD＜10%的要求。蒋天成等[19]利用电感耦合等离子体质谱法测定北部湾海产品中重金属的含量时，重金属镉的RSD为1.4%～8.8%。李艳丽等[20]利用ICP-MS测定沉积物中4种重金属元素时，重金属镉的相对标准偏差为2.67%～5.58%。实验测量结果符合《水环境检测规范》[21]中的规定，即所用的测定方法对重金属镉的测定具有较高的精密度。

表3 回归方程与检出限

图1 湿法消解法处理下3种基质的回收率比较

图2 微波消解法处理下3种基质的回收率比较

在实验测量的开始和结束时，都要进行重金属镉已知浓度溶液的测定，以确保整个实验过程的稳定性。

2.2 同一前处理方式下各基质的回收率的比较

用上述方法测定螃蟹样品，并对其做回收率实验，结果见图1～2。样品溶液中化合物响应值均应在仪器测定线性范围内。林少美等[22]利用电感耦合等离子体质谱法测定梭子蟹时，重金属镉的回收率为96%～103%。谭秀慧等[23]利用电感耦合等离子体质谱法测定水产品中重金属的含量，重金属镉的回收率在96.6%～102%之间。说明本次实验结果可靠。

从图1可以看出，湿法消解法处理3种基质的回收率均达到要求。但是，3种基质相比，M（肌肉）组的回收率更高，且与G（性腺）、B（两者混合的全部可食部分）组存在显著差异(P＜0.05)；G（性腺）组回收率与B（两者混合的全部可食部分）无显著差异(P＞0.05)。从实验结果可以看出，湿法消解法更有利于处理蟹肌肉。

从图2可以看出，微波消解法处理3种基质的回收率达到要求。3种基质相比，G（性腺）组的回收率更高，且与B（两者混合的全部可食部分）组和M（肌肉）均存在显著差异(P＜0.05)；而B（两者混合的全部可食部分）组和M（肌肉）组无显著差异(P＞0.05)。说明微波消解法能更好地处理性腺，这可能与中华绒螯蟹中性腺的组成有很大关系。

2.3 各基质在不同前处理下回收率的比较

考察不同前处理方式下各基质的回收率结果（图3）可知，采用湿法消解法、微波消解法处理基质G（性腺）时，回收率分别为96.24%、104.76%，两者差异显著(P＜0.05)；采用湿法消解法、微波消解法处理基质B（两者混合的全部可食部分）时，回收率分别为94.74%、91.85%，两者无显著差异(P＞0.05)；采用湿法消解法、微波消解法处理基质M（肌肉）时，回收率分别为99.93%、92.38%，湿法消解法处理基质M（肌肉）时的回收率比微波消解法高8.17%，但两者亦无显著差异(P＞0.05)。总的看来，湿法消解法更有利于处理蟹肌肉，微波消解法更有利于处理性腺，而两者混合的全部可食部分2种方法均可，无明显差异。

图3 不同前处理方式对中华绒螯蟹3种基质回收率的影响

3 讨论

3.1 消解方法的选择

准确测定微量元素含量的关键步骤之一是样品的消解是否完全。分别采用湿法消解法和微波消解法处理样品，并且依次测量样品计算回收率。根据前处理方式的不同，对2种前处理方法的基本参数进行了比较，结果如表4。

表4 2种前处理方法的基本参数比较

从表4可以看出，无论是从样品的消解时间还是试剂的用量，微波消解法要明显好于湿法消解法。这是因为微波消解系统处于一个密封的系统，利用高温高压将样品与酸充分接触，加速了样品的消解。而湿法消解法虽然消解的样品个数多，可以进行大批量的样品消解，但是，样品消解时间长，试剂的需要量多，一次消解需要13～20 mL的试剂，而且由于是敞口式的消解，对环境污染相对较大，整个操作过程费时费力。李万杰等[24]利用石墨炉原子吸收法检测海产品中的重金属时，采用微波消解法，并且认为微波消解法具有高效、节约试剂、操作简单、消解完全等优点。傅春玲等[25]利用冷原子荧光光谱法测定中华绒螯蟹中汞的含量时，也是采用微波消解法，说明微波消解法方便快速，是前处理方法的优先选择。

3.2 不同前处理方式消解中华绒螯蟹机理的探究

中华绒螯蟹的蟹肉与性腺的组成成分存在差异，主要体现在醇类、芳香类、烷烃类和含硫类化合物的组成上。中华绒螯蟹的蟹肉内蛋白质占80%[26]，其中包括大量的游离氨基酸、呈味核苷酸和呈味无机离子，而脂肪的含量很少[27]，并且蟹壳和蟹爪内含有大量的碳酸盐[28]。湿法消解法设定温度为120℃，不会破坏蟹肌肉中的氨基酸，在进行消解的过程中，湿法消解用硝酸和高氯酸，高氯酸属强酸，可以与蟹肉内的碳酸盐更充分的发生反应，消解彻底；而在中华绒螯蟹的性腺中，脂肪的含量高达90%[29]，广义上的性腺包括肝胰腺和性腺2个部分，且性腺中包含有大量的脂肪酸，脂肪酸中不饱和脂肪酸(UFA)高达75%左右，而且油酸和棕榈油酸为优势脂肪酸，且在加热的过程中，油酸、亚油酸、亚麻酸等变化明显[30]，微波消解是在高温高压密闭的环境下进行消解，能更好地消解性腺中的油脂，而湿法消解属于敞口式消解，在消解过程中酸以及各类营养物质均会有一定的损耗，导致消解不完全。

4 结论

以电感耦合等离子体质谱法测定中华绒螯蟹中的镉为依据，通过湿法消解法和微波消解法基本参数和回收率对比得知，2种前处理方式均有较好的精密度和准确度，G（性腺）组别中微波消解法比湿法消解的精密度、准确度以及回收率略高，M（肌肉）组别湿法消解法比微波消解法的精密度、准确度以及回收率要高，而B（两者混合的全部可食部分）组别并无显著性差异。且2种前处理方法的相对标准偏差为0.35%～9.0%，回收率90%～110%，测定结果准确可靠，2种方法均可以作为ICP-MS的前处理方法。相对于湿法消解法，微波消解法处理样品速度快，测定标准样品的准确度高、相对标准偏差小，而且自动化程度高，操作方便，便于掌握，是一种非常好的前处理方法，但是需要配置微波消解仪；湿法消解法对仪器要求很简单，而且能大批量处理样品，但是样品前处理时间长，处理过程中对环境的污染稍重，待测元素损失较大。因此，在样品数量少的情况下，应选择微波消解法作为前处理方法。

通过实验建立了ICP-MS法测定中华绒螯蟹中镉的残留量，样品的前处理方法以微波消解法为最佳消解体系，确立了实验的最佳条件，通过对国家标准物质的分析，本次实验的精密度、准确度可达到测试要求，证实方法可行，可以作为中华绒螯蟹中重金属镉的一种可靠的检测方法，实验结果可以为水产品的重金属检测提供有效帮助。