两种消解方法对ICP-MS测定大米中铅、镉、铬、镍元素影响的研究
作者: 姚丽君
摘 要:目的:测定大米中铅、镉、铬及镍元素的含量。方法:分别采用微波消解法和湿法快速消解法对样品进行消解处理,分析两种消解法的消解效果和对检测结果产生的影响。结果:微波和湿法快速消解两种方法测定值相近,铅、镉、铬和镍检出限分别为0.02 mg·kg-1、0.002 mg·kg-1、0.004 mg·kg-1和0.003 mg·kg-1,回收率为96.36%~104.00%,相对标准偏差为4.57%~6.08%,两种方法对大米铅、镉、铬和镍元素的测定值均在标准范围内,且测定值无明显差异。结论:测定大米中铅、镉、铬及镍元素时,微波消解和湿法快速消解均可以作为电感耦合等离子体-质谱法的预处理方法。
关键词:微波消解;湿法快速消解;电感耦合等离子体-质谱法;大米
Influence of Two Digestion Methods on Determination of Lead, Cadmium, Chromium and Nickel in Rice by ICP-MS
YAO Lijun
(Yingkou Testing Center for Food and Drug Control, Yingkou 115000, China)
Abstract: Objective: To determine the contents of lead, cadmium, chromium and nickel in rice. Method: Microwave digestion and wet rapid digestion were used to digest the samples, and the digestion effects of the two digestion methods and their effects on the test results were analyzed. Result: The determination values of microwave and wet digestion methods were similar. The detection limits of lead, cadmium, chromium and nickel were 0.02 mg·kg-1, 0.002 mg·kg-1, 0.004 mg·kg-1 and 0.003 mg·kg-1, respectively. The recovery rate was 96.36%~104.00%, and the relative standard deviation was 4.57%~6.08%. The determination values of lead, cadmium, chromium and nickel in rice were within the standard range, and there was no significant difference between the two methods. Conclusion: Microwave digestion and wet rapid digestion can be used as pretreatment methods for ICP-MS in the determination of lead, cadmium, chromium and nickel in rice.
Keywords: microwave digestion; wet fast digestion; inductively coupled plasma-mass spectrometry; rice
大米是人们日常饮食中重要的主食之一,东北地区作为大米主要种植地,具有“粮仓”的美誉,且东北大米因具有独特的口感广受人们青睐。东北地区大米米粒圆润,长宽比约为1.6∶1,胶质率高、腹白少,米色清亮透明,截至目前,东北大米的种植面积已经超过500万hm2[1]。近些年,随着我国国民经济的发展,人们的生活质量和生活水平不断提高,在满足日常饮食的基础上,越来越多的人开始关注食品安全问题,发展绿色农业也已成为农业发展的主要趋势[2]。因此,为保证大米的食用安全,需对其中铅、镉、铬和镍元素进行测定,常用方法为电感耦合等离子体-质谱法(Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry,ICP-MS),但在测定前需对样品进行消解处理,本文分别采用微波消解和湿法消解法对样品进行预处理,寻找最佳消解条件,从而提高ICP-MS法测定结果的准确性,确保大米的质量和安全。
1 材料与方法
1.1 仪器、材料、试剂
1.1.1 仪器
石墨消解仪,济南海能仪器股份有限公司;电感耦合等离子体质谱仪,美国PerkinElmer公司;微波消解仪,德国Analytik-jena公司;有谱超纯水制造仪,四川优普超纯科技有限公司;分析天平(量程0.1 mg~210 g,最低分度值0.000 1 g),瑞士METTLER TOLEDO公司。
1.1.2 材料
市场常规销售大米:提前对选用大米颗粒进行粉碎性预处理,保证粉碎均匀性,装入样品袋中留存备用;大米:研究所用大米均符合国家标准,由国家标准物质研究中心提供。
1.1.3 试剂
硝酸,德国Merck公司;氦气、氩气,广西国信气体研究有限公司;30%过氧化氢,广东光华科技有限公司;高氯酸,广东光华科技股份有限公司;无机元素混合标准溶液,中国计量科学研究院;浓度为50 mg·mL-1的混合标准溶液,国家有色金属及电子材料分析测试中心。
1.2 方法
1.2.1 配制标准曲线
取50 mg·mL-1混合标准溶液,对标准溶液进行100倍稀释,得到500 μg·mL-1的标准储备液,取8个容量为50 mL的容量瓶,分别向每个容量瓶中加入0.05 mL、0.10 mL、0.20 mL、2.00 mL、4.00 mL、6.00 mL、8.00 mL和10.00 mL标准储备液,再加入1 mL硝酸,最后加入超纯水,瓶内溶液体积达到50 mL后摇匀备用,得到浓度为0.5~100.0 μg·mL-1的系列标准工作溶液。
1.2.2 样品预处理
(1)微波消解法。称取0.5 g样品于微波消解罐中,再加入8 mL硝酸,盖盖后浸泡,拧紧罐盖,封存24 h,根据微波消解仪使用说明书和操作标准对样品进行消解,消解标准如表1所示。
消解后的样品进行冷却,缓慢拧开罐盖排气,使用超声水浴箱或控温电热板,将温度设置为120 ℃,超声脱气2~5 min,加热30 min,处理完成后转移至25 mL比色管中定容,混匀后留存备用待检,同步做空白试验。
(2)湿法快速消解。称取0.5 g标准样品于试验用立式离心管中,再加入5 mL硝酸配制标准样品,将制备好的标准样品放入石墨消解仪中,石墨消解仪设定温度为120 ℃,在恒温状态下,消解1.5 h,完成消解后,直接在石墨消解仪中进行赶酸处理,直至管中标准样品颜色澄清、透明,冷却离心管后定容,混匀待检,做空白试验。
1.2.3 仪器操作
仪器操作标准如表2所示。
1.3 测定
当仪器达到真空标准后,调整仪器相关参数,具体做法如下。取1 μg·L-1的调谐液,分别校准仪器灵敏度、双电荷、氧化物和分辨率等,确保其符合测定标准和要求,根据待检测元素的性质选择内标元素,分别将标准系列、空白样品等溶液用蠕动泵管引入ICP-MS仪中,分析内标元素质谱信号、待检测元素色谱信息强度,并对待测元素的浓度做定量分析[3]。
1.4 评价标准
铅、镉、铬和镍相关的具体标准和限值要求见表3[4]。
2 结果与分析
2.1 确定消解条件
消解过程中很多因素都会影响最终的测定值,应选择最佳消解条件。
2.1.1 确定消解温度
分别称取4等份样品于离心管中,再向其中加入等量硝酸,分别将其放置在80 ℃、100 ℃、120 ℃和140 ℃的条件下进行消解,消解完成后进行赶酸处理,最后定容分析结果。结果表明,不同温度条件下,大米中铅、镉、铬和镍元素的检测结果具有一定差异,其中以120 ℃温度消解条件下测定结果最高,见图1。分析原因,可能是温度过高造成元素溢出,也可能因温度过低造成待测离子无法提取,导致待测元素含量偏高或偏低。因此,消解温度应控制在120 ℃,避免待测元素不被完全消解或消解过度,确保检测结果的准确性[5]。
2.1.2 确定消解时间
分别称取4等份样品于离心管中,再向其中加入等量硝酸溶液,石墨消解仪温度设置为120 ℃,在恒温状态下,分别消解0.5 h、1.0 h、1.5 h和2.0 h,消解完成后进行赶酸处理,最后定容分析结果。结果表明,在相同温度下,不同消解时间大米中铅、镉、铬和镍元素的检测结果具有一定差异,见图2,其中以1.5 h消解时间下测定结果最高。消解时间过长或过短均会影响元素含量的测定,消解时间过短可能导致部分元素无法被消解导致元素含量偏低[6]。
2.2 标准曲线与方法检出限
在标准条件下,取标准样品空白试剂,对其进行11次重复测定,检出限为3倍信号标准差下样品浓度值,标准曲线回归方程和方法检出限见表4。
2.3 加标回收率
以加标试验的方法计算样品加标回收率,判断测定结果的可用性。每组设置3次重复,铅、镉、铬和镍回收率分别为96.36%~98.88%、98.40%~104.00%、101.36%~102.56%和96.90%~99.80%,回收率较高,见表5。
2.4 相对标准偏差
称取6等份样品,分别采用微波消解和湿法快速消解对铅、镉、铬和镍元素进行测定,结果见表6。测定和计算结果表明,两种消解法的相对标准偏差均<10%,精密度良好,稳定性较高。
2.5 微波消解和湿法快速消解处理方法对比
为验证微波消解和湿法快速消解的可行性,比较分别采用两种消解方法后,大米中铅、镉、铬和镍元素含量,对每份样品进行3次平行试验,取均值。结果表明,两种消解方法的元素测定值均符合标准,相对标准偏差较小,因此,两种消解方法适用性均较高,见表7。
3 结论
本研究采用ICP-MS法对大米中铅、镉、铬和镍元素进行测定,为提高测定值准确性,选用微波消解和湿法消解两种方法进行对比。结果表明,大米中铅、镉、铬和镍检出限分别为0.02 mg·kg-1、0.002 mg·kg-1、0.004 mg·kg-1和0.003 mg·kg-1,回收率为96.36%~104.00%,相对标准偏差为4.57%~6.08%。微波消解和湿法快速消解对大米中铅、镉、铬和镍元素的测定值均在标准范围内,且两种消解方法的测定值相近,符合国家标准的要求,说明两种消解方法在大米中铅、镉、铬和镍重金属元素测定中可行性较高。
参考文献
[1]姚小云,蒋琪,杨滨银,等.电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定大米中20种元素[J].甘肃农业大学学报,2023,58(4):245-251.
[2]李谦,杨建兴,蒋媛,等.固相萃取-电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定高盐食品中重金属元素的方法研究[J].粮食与油脂,2023,36(8):158-162.
[3]吴志刚,曹璨.ICP-MS法分析不同培养基培育蛹虫草及制品中23种元素[J].食品与发酵科技,2023,59(3):96-102.
[4]柳溪,申雷,李莹.悬乳液进样-ICP-MS法测定奇亚籽中的铅、镉、砷、铬[J].食品工业,2023,44(5):324-327.
[5]黄韵霖,谭凯燕,雷向荣,等.ICP-MS法测定姜中铅含量及其污染评价与膳食风险评估[J].现代食品,2023,29(9):198-201.
[6]李营.ORS-ICP-MS法测定膨化食品中10种金属元素[J].食品与机械,2023,39(4):61-64.
作者简介:姚丽君(1979—),女,辽宁盖州人,本科,高级工程师。研究方向:食品检验工作粮油。