石墨消解-电感耦合等离子体质谱法快速测定动物肌肉中十种无机元素含量

王 晓，常晨阳，邵 丽，伦才智

（1.中华人民共和国枣庄海关，山东 枣庄 277000；2.中华人民共和国聊城海关，山东 聊城 252000；3.中华人民共和国临沂海关，山东 临沂 276034）

动物肌肉组织中含有大量的钠、钾、磷、硫、氯等常量元素，丰富的铁、铜、锰、锌、钴等微量元素，是居民膳食多种矿物质的主要来源［1］。逯晓娣等［2］预测指出，2030 年城镇居民和农村居民的畜肉平均摄入量与2018 年相比呈上升趋势，且高于膳食指南推荐量。但是，随着经济的快速发展，大量重金属废弃物排入环境中，通过食物链的累积效应，重金属残留成为影响畜禽肉产品安全性的主要因素之一，进而间接地对人体造成巨大危害［3，4］。为提高产品安全性，降低外源污染对消费者身体的损害，已有多个国家和组织制定了相关产品重金属限量标准［5］，其中畜禽产品也不例外。

在重金属前处理方法中，微波消解法［6-9］使用最为广泛，但其前处理效率不高。全自动石墨消解［10-15］采用石墨加热体，具有加热速度均一、重现性好等优点，操作上更加便捷、智能化，操作效率也更高，一次可处理上百个样品，时间只有微波消解法的1/3，同时操作安全性更高。杨春花等［16］建立了石墨消解-电感耦合等离子体质谱法，快速分析了海带中13 种无机元素，并且评价该方法简单、快速、准确、可靠。李文廷等［17］建立了石墨消解-电感耦合等离子体质谱法测定方便面调味料中10 种金属元素的方法，发现该方法具有操作便捷、检出限低、准确度高等特点。

本研究比较了石墨消解和微波消解2 种方法，通过优化石墨消解条件，结合电感耦合等离子体质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）［18-20］建立了一种快速分析动物肌肉组织中10 种元素的方法，旨在为检测常见畜禽肉中元素的含量方法提供基础数据，也有助于消费者选择安全的畜禽肉以供食用和合理膳食。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

铬（Cr）、锰（Mn）、铁（Fe）、钴（Co）、镍（Ni）、铜（Cu）、锌（Zn）、砷（As）、镉（Cd）、铅（Pb）单元素标准溶液（1 000 μg/mL），钢研纳克检测技术有限公司；Li、Y、Tl、Ce、Co 调谐液（10 mg/L），Sc、Ge、In、Bi 内标标准溶液（100 mg/L），美国安捷伦科技公司；65%HNO3（优级纯），德国默克股份有限公司；HClO4（优级纯）、30%H2O2（优级纯）、H2SO4（优级纯），国药集团化学试剂有限公司；国家标准物质芹菜（GBW10048）、大虾（GBW 10050），武汉睿辰标物科技有限公司；新鲜猪肉、牛肉、兔肉、鸡肉、鸭肉，市场采购。

1.2 主要仪器

7700X 型电感耦合等离子体质谱仪，美国安捷伦科技公司；Milli-Q Advantage A10 型超纯水仪，美国密理博公司；DTI-60TΠ 型全自动石墨消解仪，湖北鼎泰高科有限公司；XS603S 型电子分析天平，梅特勒-托利多仪器有限公司；ETHOS A 型微波消解系统，意大利迈尔斯通公司；VB24 Plus 型赶酸系统，北京莱伯泰科有限公司；GM200 型研磨机，德国莱驰公司。

1.3 方法

1.3.1 样品预处理 去除新鲜肉中的皮、骨、脂肪、血水等，取可食部分研磨机中粉粹、均质，放入样品袋中，冰箱冷藏备用。

1.3.2 微波消解前处理 称取预处理后的样品0.500 0 g（精确到0.001 g），置于100 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入4 mL HNO3、1 mL 30% H2O2溶液，加盖密封，放置0.5 h。将消解管对称放入微波消解仪中，开启通风，按设定好的微波消解程序进行消解。微波消解升温程序：1 500 W 下升温至140 ℃，保持15 min，最终升温至160 ℃，保持25 min。试样消解完全后置于赶酸架上，100 ℃条件下赶酸30～60 min，放冷。用去离子水定容至50 mL 容量瓶中，摇匀待测。同时做空白试验。

1.3.3 石墨消解前处理 称取预处理后的样品0.500 0 g（精确到0.001 g），置于100 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入8 mL HNO3、2 mL HClO4，高强度混匀1 min，静置1 h 后，于全自动石墨消解仪上升温加热至120 ℃，保持40 min；加热至170 ℃保持120 min，直至消解液剩余1～2 mL，呈无色透明略带黄色。冷却20 min 后，定容至50 mL 容量瓶中。同时做空白试验。

1.3.4 溶液的制备 标准系列溶液的制备：量取铬、锰、铁、钴、镍、铜、锌、砷、镉、铅标准溶液适量，用3%HNO3稀释成系列标准混合溶液，其中铬、锰、钴、镍、铜、砷、镉、铅元素的质量浓度分别为0、10、50、100、300、500 ng/mL；铁、锌元素的标准系列浓度分别为0、10、100、300、500、1 000 ng/mL。

内标溶液的制备：量取内标标准溶液适量，用3%HNO3稀释成每毫升含1 μg的内标使用液。

1.3.5 仪器工作条件 ICP-MS 仪器工作条件：载气流量0.8 L/min；等离子体气体流量15 L/min；雾化室温度2 ℃；射频功率1 350 W；调谐氦模式；蠕动泵0.1 r/s；采集点3 个，重复3 次。

2 结果与分析

2.1 前处理优化

2.1.1 前处理方法的选择 分别按照“1.3.1”和“1.3.2”方法处理样品后，进行ICP-MS 测试。通过比较微波消解法和全自动石墨消解法对待测元素回收率的影响（表1），发现2 种消解方法消解效果均较好。微波消解法用酸量较少，消解时间短，但是不能加入HClO4，对脂肪含量高的样品消解不彻底，而且处理样品数量受限，赶酸过程需要有人监视，不利于人体健康。石墨消解法用酸量较大、消解时间长，但是处理样品数量多、操作简单，可设置程序自动加酸，必要时可进行补酸，而且易于观察样品的消解状况。考虑肉基体脂肪含量高的特点，本研究选择石墨消解法。

表1 微波消解与全自动石墨消解方法比较 （单位：%）

2.1.2 石墨消解参数的优化

1）混酸体系的选择。分别采用混酸1：HNO310 mL；混酸2：HNO39 mL，HClO41 mL；混酸3：HNO38 mL，HClO42 mL；混酸4：HNO38 mL，H2O22 mL，按照“1.3.2”消解程序进行处理，结果见表2。由表2 可知，采用HNO3+ HClO4（8∶2）体系，样品能够消解完全，消解液澄清透明、无混浊。

表2 混酸体系的比较

2）消解温度和时间的选择。考虑到HNO3的沸点为120 ℃左右，设定程序升温的第一步为120 ℃温度下预消解40 min 不变，通过改变程序升温第二步，制定3 个不同消解程序消解国家标准物质大虾（GBW 10050），考察消解情况。

消解程序1：120 ℃保持40 min，160 ℃保持150 min；消解程序2：120 ℃保持40 min，170 ℃保持120 min；消解程序3：120 ℃保持40 min，180 ℃保持120 min。

各元素测定结果与标准值对比情况见表3。从表3 可以看出，消解程序1 中只有Co、Ni、Cu 3 种元素在标准物质范围内；消解程序2 的所有元素含量均在标准范围内，消解程序3 相对于消解程序2，除Pb 元素相对稳定外，其他元素含量均有所降低。由此可见温度较低，样品不能消解完全，各元素测定值较低，延长消解时间效果不明显。随着温度升高，各元素能提取出来，但温度过高，元素有所损失，综合考虑选择消解程序2。

表3 消解程序的比较 （单位：mg/kg）

2.2 ICP-MS 的干扰及消除

ICP-MS 易受同质异位素重叠的干扰、氧化物离子干扰、双电荷离子干扰及基质干扰等质谱干扰［21，22］，在测量时尽量选择干扰小的同位素进行定量，同时基于样品基体所产生的多原子离子干扰可采用碰撞反应池使离子团分开。本试验所选的元素质量数见表4。

表4 待测元素质量数

基体效应的干扰会造成仪器信号抑制或增强，本试验通过在线添加内标物质来消除基体干扰。铬、锰、铁、钴、镍的内标元素为45Sc，铜、锌、砷的内标元素为72Ge，镉的内标元素为115In，铅的内标元素为209Bi。

2.3 方法学考察

2.3.1 标准曲线及方法检出限、精密度 采用优化好的仪器参数测定标准溶液系列浓度，仪器自动绘制标准曲线，其中横坐标（x）为元素质量浓度，纵坐标（y）为各元素与内标元素响应值的比值。连续测定空白样品溶液11 次，其3 倍标准偏差所对应的质量浓度为仪器检出限，10 倍标准偏差所对应的质量浓度为方法定量限。对100 ng/mL 的混合标准溶液连续测定6 次，考察仪器精密度（表5）。铬、锰、钴、镍、铜、砷、镉、铅8种元素在质量浓度为0～500 ng/mL水平上，铁、锌2 种元素在质量浓度0～1 000 ng/mL水平上相关系数均为0.999 9，表明线性关系良好；10 种元素方法检出限为0.002～1.000 mg/kg；RSD为0.15%～1.64%。

表5 元素线性方程、相关系数、检出限、定量限及精密度（n=6）

2.3.2 加标回收试验 在制备好的鸡肉样品中加入低、中、高3 个不同浓度的混合标准溶液，回收结果见表6。由表6 可知，各元素的平均回收率为88.5%～99.3%，说明该方法前处理损失较少，结果准确度高。

表6 10 种元素回收率试验结果

2.3.3 准确度试验 采用本研究优化好的石墨消解-ICP-MS 方法测定国家标准物质芹菜（GBW 10048），各元素测定值均在标准值标准偏差范围内，表明本方法准确、可靠。

2.4 实际样品测定

采用本研究所建立的方法对5 种动物肌肉样品中10 种元素进行测定，结果见表7。从表7 可以看出，不同种类的肉中各元素含量有差异。5 种肉中铬、砷、镉、铅4 种有害元素含量均比较低，低于国家标准《GB 2762—2017 食品中污染物限量》的指标要求；5 种肉中镍含量均比较低，在检出限附近，而且GB 2762—2017 对肉中镍含量没有限值；5 种肉中均含有人体必需的4 种微量元素锰、铁、铜、锌，其中锌、锰含量较为丰富，可以通过合理膳食来进行补充。

表7 5 种肉中10 种元素含量（x±s，n=3） （单位：mg/kg）

3 小结与讨论

本研究以动物肌肉组织为目标分析物，优化了石墨消解的关键参数，建立了硝酸-高氯酸体系-石墨消解法结合ICP-MS 测定肉中元素含量的方法，经方法学考察，该方法线性良好、精密度高、结果准确，适用于肉中的铬、锰等10 种元素的分析，可为动物肌肉中常见元素的质量监测提供数据支持。该方法采用石墨消解技术，安全、有效，简单、快捷，节省了人力和经济成本，在一定程度上优于GB 5009.268—2016 食品中多元素测定中常用的微波消解方法，应用前景广阔。测定市售猪肉、牛肉、兔肉、鸡肉、鸭肉5 种动物肌肉中的铬、砷、镉、铅4 种有害元素，发现均未超出《GB 2762—2017 食品中污染物限量》标准要求，且含有丰富的锰、铁、铜、锌等元素。