单模微波消解-ICP-MS法测定扇贝中的5种重金属元素

王冰 邵爱梅 朱娴 彭怀雪 王睿 徐勤

摘 要：目的：建立单模微波消解-电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）法测定扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素的方法。方法：采用普通微波消解法和单模微波消解法对扇贝标准物质GBW10024进行前处理，ICP-MS测定5种重金属元素的含量，对比两者的消解效果。结果：采用单模微波消解法前处理时，5种重金属元素在0～100.0 μg·L-1线性良好，相关系数均大于0.999，方法检出限为0.000 76～0.007 50 mg·kg-1，加标回收率为82.7%～102.6%，精密度为0.63%～2.80%。结论：单模微波消解-ICP-MS法操作简单、方便高效，且具有较高的精密度和准确度，适用于扇贝中重金属的检测。

关键词：单模微波消解法；重金属；扇贝；电感耦合等离子体质谱法

Determination of Five Heave Metal Elements in Scallop by Single Mode Microwave Digestion-Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry

WANG Bing， SHAO Aimei， ZHU Xian， PENG Huaixue， WANG Rui， XU Qin*

（Yangzhou Center for Disease Control and Prevention， Yangzhou 225009， China）

Abstract： Objective： To establish a method for the determination of five heavy metal elements， namely chromium， arsenic， cadmium， mercury and lead， in scallops by single-mode microwave digestion and inductively coupled plasma-mass spectrometry （ICP-MS）. Method： The common microwave digestion method and single mode microwave digestion method were used for the pre-treatment of scallop standard GBW10024， and the contents of the five heavy metal elements were determined by ICP-MS， and the digestion effects of the two methods were compared. Result： The linearity of the five heavy metal elements was good in the concentration range of 0～100.0 μg·L-1 with the correlation coefficients greater than 0.999， and the limits of detection of the method were in the range of 0.000 76～0.007 50 mg·kg-1， the spiked recoveries were in the range of 82.7%～102.6%， and the precision was in the range of 0.63%～2.80% when single mode microwave digestion was used for the pre-treatment of scallop standard GBW10024. Conclusion： The single-mode microwave digestion-ICP-MS method is simple， convenient and efficient， and has high precision and accuracy， which is suitable for the detection of heavy metals in scallops.

Keywords： single mode microwave digestion; heavy metal; scallop; inductively coupled plasma-mass spectrometry

重金属元素广泛存在于环境中，会通过水环境污染逐渐富集到海产品体内，對食用者的健康造成危害，因此海产品中重金属元素检测越来越受到重视[1-2]。目前，海产品中重金属的测定方法包括石墨炉原子吸收光谱法、火焰原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法和电感耦合等离子体质谱法等[3-7]。前处理大都采用普通微波消解法，其最高消解温度只能达到190 ℃，需要单独罐体密闭和泄压，消耗时间较长。相对于普通微波消解，单模微波消解简单易用、穿透力更强[8-9]。因此，本文采用单模微波消解-电感耦合等离子体质谱（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）法测定扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素，建立快速准确检测扇贝中5种重金属元素的方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

扇贝样品（5份）：购于本地市场。

硝酸：优级纯，美国Fisher；混合元素标准溶液（20 mg·L-1）：美国AccuStandard；汞标准溶液（1 000 mg·L-1）：国家有色金属及电子材料分析测试中心；Sc、Ge、In等内标混合液（100 mg·L-1）：美国Agilent；Li、Y、Ce、Tl、Co质谱调谐液（0.1 mg·L-1）：美国Agilent；扇贝标准物质GBW10024：中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所。

1.2 仪器与设备

电感耦合等离子体质谱仪：7900，美国Agilent；微波消解仪：EThos A型，意大利Milestone；Discover SP-D，美国CEM；电热板：EH20Aplus，北京LabTech；EHD-16，北京东航科仪；超纯水系统：明澈TM-D 24uv，美国millipore；电热恒温鼓风干燥箱：DHG-9101.1A型，常州普天；电子天平：XS205DU，美国Mettler Toledo。

1.3 方法

1.3.1 标准溶液的配制

准确吸取混合元素标准溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液逐级稀释为0 μg·L-1、0.1 μg·L-1、0.2 μg·L-1、1.0 μg·L-1、2.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、50.0 μg·L-1和100.0 μg·L-1的系列混合元素标准溶液；准确吸取汞标准溶液，用体积分数为2%的硝酸溶液逐级稀释为0 μg·L-1、0.05 μg·L-1、0.10 μg·L-1、0.20 μg·L-1、0.50 μg·L-1、1.00 μg·L-1、2.00 μg·L-1和4.00 μg·L-1的系列汞标准溶液。

1.3.2 普通微波消解

取扇贝标准物质GBW10024于80 ℃电热恒温鼓风干燥箱干燥4 h后，准确称取0.5 g参考GB 5009. 268—2016[10]中消解方法加入8.0 mL HNO3，冷消化过夜，次日加入1.0 mL H2O2，按以下的消解条件进行消解：120 ℃升温5 min，160 ℃升温5 min，190 ℃保温20 min。程序结束后，140 ℃脱硝30 min，用水定容至50.0 mL待测。

1.3.3 单模微波消解仪消解

取扇贝标准物质GBW10024于80 ℃电热恒温鼓风干燥箱干燥4 h后，准确称取0.5 g加入5.0 mL HNO3，冷消化15 min后，按照180 ℃升温5 min，保温10 min进行消解。程序结束后，140 ℃脱硝30 min，用水定容至50.0 mL待测。

1.3.4 仪器条件与参数设置

射频功率：1 550 W；等离子气体流量：15 L·min-1；辅助气流速：1.0 L·min-1；载气流速：1.05 L·min-1；采样深度：8.0 mm；碰撞气体流速：4.5 mL·min-1；仪器满足使用所要求的背景、氧化物、灵敏度、双电荷、稳定性等各项指标。

2 结果与分析

2.1 工作曲线及检出限

采用单模微波消解与普通微波消解对扇贝标准物质GBW10024进行前处理，ICP-MS测定铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素含量，所得各元素线性方程及相关系数见表1。结果显示，各元素在0～100.0 μg·L-1线性良好，回归系数均大于0.999。

将两种消解法的样品空白溶液各测定11次，计算标准偏差得检出限（Limit of Detection，LOD），定量限（Limit of Quantification，LOQ）为3.3倍检出限。单模微波消解法LOD为0.000 76～0.007 50 mg·kg-1，LOQ为0.002 5～0.025 0 mg·kg-1；普通微波消解法LOD为0.008 10～0.018 00 mg·kg-1，LOQ为0.027 0～0.060 0 mg·kg-1。与普通微波消解法相比，单模微波消解法前处理有更低的检出限，主要是因为单模微波消解法用酸量比普通微波消解法少，样品空白溶液的背景值会更低，可获得更好的分析灵敏度。

2.2 方法准确度与精密度

对扇贝标准物质GBW10024采用普通微波和单模微波前处理，选择质控样品验证和加标回收进行方法准确性评价，加标浓度为低、中、高3个浓度。测定值、精密度（n=6）及加标回收率见表2，结果显示，普通微波消解法和单模微波消解法的测定值均在定值范围内，普通微波消解法加标回收率为82.1%～103.8%，RSD为1.55%～4.07%；单模微波消解法加标回收率为82.7%～102.6%，RSD为0.63%～2.80%。因此，对于扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素的测定，两种前处理方法均可接受，但单模微波消解法具有更佳的准确度和精密度。

2.3 单模微波消解法与普通微波消解法的对比

与普通微波消解法相比，单模微波消解法用于扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素的测定时具有3方面的优势：①单模微波消解采用了定向耦合、高能量聚焦腔和快速涡流等技术，在几分钟内便可完成消解，还包括了冷却时间，极大程度地缩短了消解时间；②单模微波消解加酸量为5 mL，而普通微波消解加酸量至少为8 mL，较少的加酸量在降低成本、减少污染的同时，还能获得更佳的分析检出限；③单模微波消解法操作简便，仅需安装、去除消解盖即可，无须像普通微波消解一樣逐一拆装聚四氟乙烯消解管，减少了操作步骤，提高了效率。

2.4 实际样品检测

检测的5份扇贝中，Cr、As、Cd、Pb、Hg的含量分别为0.105～0.456 mg·kg-1、0.231～1.082 mg·kg-1、0.163～0.501 mg·kg-1、0.002 27～0.036 90和0.064 9～0.377 0 mg·kg-1，中位数分别为0.272 mg·kg-1、0.545 mg·kg-1、0.208 mg·kg-1、0.012 1 mg·kg-1和0.194 mg·kg-1。

3 结论

本文建立了一种单模微波消解-ICP-MS测定扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素的方法，方法学评价显示5种重金属元素在0～100.0μg·L-1具有良好的线性关系；检出限低、灵敏度高、操作简便，节约了分析时间，提高了分析效率；利用标准物质进行验证，检测结果均在可接受范围内。因此，单模微波消解ICP-MS法可以满足扇贝中铬、砷、镉、汞和铅5种重金属元素的检测需求。

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