周美麗，楊子秋，楊偉，楊春花，范曉旭，劉澤弘

(大理州食品檢驗(yàn)檢測(cè)院，云南 大理，671000)

螺旋藻(Spirulina)是一類低等、原核生物，由多細(xì)胞組成的絲狀體。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，螺旋藻具有獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)成分，包括人體必需的氨基酸、蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸、礦物質(zhì)、維生素和抗氧化物質(zhì)。具有減輕癌癥放療、化療的毒副作用，提高免疫功能，降低血脂等功效，引起人們的廣泛關(guān)注[1]。聯(lián)合國(guó)世界糧食會(huì)議宣布，螺旋藻是未來(lái)最好的食物，世界衛(wèi)生組織將螺旋藻描述為人類最好的健康產(chǎn)品，聯(lián)合國(guó)教科文組織稱，螺旋藻是最理想的未來(lái)食物[2]。

由于受養(yǎng)殖環(huán)境、農(nóng)藥、化肥和加工工藝的影響，螺旋藻產(chǎn)品極易受鉛、鎘等重金屬的污染。因此，快速、準(zhǔn)確地對(duì)螺旋藻中重金屬進(jìn)行定量分析顯得十分重要。AL-HOMAIDAN等研究了濕法消解-原子吸收光譜法測(cè)定螺旋藻產(chǎn)品中的總砷、錳和鉛等重金屬元素的含量[3]，AL-DHABI等報(bào)道了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定螺旋藻中的錳、鎳和汞等重金屬元素的含量[4]。電感耦合等離子質(zhì)譜法因具有檢出限低、線性范圍寬、耐高基體和多元素同時(shí)測(cè)定等諸多優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于食品和保健品分析[5-7]。

目前，傳統(tǒng)的食品和保健品中重金屬及有害元素測(cè)定的前處理方法主要有濕法消解法、干灰化法和微波消解法等。傳統(tǒng)的前處理方法需要對(duì)樣品進(jìn)行繁瑣的程序和操作以破壞有機(jī)基質(zhì)，增加了樣品污染和分析物損失的風(fēng)險(xiǎn)，濕法消解和微波消解過(guò)程需要使用大量的酸，污染環(huán)境，損害實(shí)驗(yàn)操作人員，存在耗時(shí)長(zhǎng)，成本高等問題。為建立簡(jiǎn)單、快速的前處理方法，超聲提取法、快速酸浸提法和酶水解法等被陸續(xù)報(bào)道[8-17]。本工作采用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進(jìn)行螺旋藻產(chǎn)品中鉛、鎘元素的測(cè)定，通過(guò)比較超聲提取法、水浴振蕩提取法與傳統(tǒng)的微波消解法對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響，建立了快速、簡(jiǎn)單、可靠、節(jié)能和環(huán)保的螺旋藻中鉛、鎘元素含量的測(cè)定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：Pb、Cd，10 mg/L(Agilent，Part﹟8500-6940)；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧溶液：Li、Y、Ge、Tl、Co，1 μg/L(Agilent，Part﹟5188-6564)；內(nèi)標(biāo)溶液：In、Lu，10 mg/L(Agilent，Part﹟5185-5959)；柑橘葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10020、胡蘿卜標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10047(地球物理地球化學(xué)勘查研究院)；HNO3(GR，德國(guó)Merck)；H2O2(GR，蘇州晶瑞)；鹽酸(GR，國(guó)藥試劑)；螺旋藻片(祥云巖松生物科技公司)。

1.2 儀器與設(shè)備

7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,美國(guó)Agilent公司；VB24 up趕酸儀,萊伯泰科公司；微波消解儀,意大利Mileston公司；AS系列超聲波清洗機(jī),天津奧特賽恩斯儀器公司；SHA-CA水浴恒溫振蕩器,金云市科析儀器公司；TDL-40B高速臺(tái)式離心機(jī),上海安亭科學(xué)儀器廠；渦旋振蕩器,美國(guó)Thermo公司；電子分析天平,METLER TOLEDO；XF-100固體樣品高速粉碎機(jī),杰瑞爾公司；UPH-IV-20T超純水機(jī),四川優(yōu)普超純科技公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理

螺旋藻片在高速樣品粉碎機(jī)中粉碎，過(guò)80目的篩，將篩好的螺旋藻粉末置于干燥器中備用。

1.3.1.1 超聲提取法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于50 mL聚四氟乙烯材料的離心管中，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3- 1% HCl混合酸溶液定容至50 mL，置于渦旋混合器上混勻，室溫超聲20 min，搖勻，離心(4 000 r/min)10 min，取上清液，用0.22 μm水系針頭過(guò)濾器過(guò)濾后分析測(cè)定，同時(shí)做空白對(duì)照。整個(gè)處理過(guò)程約1 h。

1.3.1.2 水浴振蕩提取法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于50 mL聚四氟乙烯材料的離心管中，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3- 1% HCl混合酸溶液定容至50 mL，渦旋混勻，60 ℃水浴振蕩45 min后搖勻，以4 000 r/min離心10 min，取上清液，用0.22 μm水系針頭過(guò)濾器過(guò)濾，同時(shí)做空白對(duì)照。整個(gè)處理過(guò)程約1.5 h。

1.3.1.3 微波消解法

稱取螺旋藻樣品0.3 g(精確至0.000 1 g)，置于80 mL微波消解罐中，加入5.0 mL HNO3和2.0 mL H2O2，加蓋放置2 h，旋緊罐蓋，按(見表1)設(shè)定程序進(jìn)行微波消解，冷卻后用少量純水洗滌罐蓋合并至罐中，將消解罐置于趕酸儀內(nèi)140 ℃趕酸，罐內(nèi)溶液剩余0.5 mL左右取下冷卻至室溫，轉(zhuǎn)移至50 mL比色管中，用純水少量多次洗滌罐壁，定容至刻度，同時(shí)做空白試驗(yàn)。整個(gè)消解過(guò)程約8 h。

表1 微波消解儀工作條件Table 1 The working conditions for microwave digestion system

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線的測(cè)定

精密量取標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3逐級(jí)稀釋，配制成0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg/L的鉛、鎘元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。以質(zhì)量濃度為10 μg/L的115In、175Lu分別作為111Cd、208Pb的在線內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正。

1.3.3 ICP-MS工作條件

經(jīng)質(zhì)量濃度為1 μg/L(Li、Y、Ge、Tl、Co)的調(diào)諧溶液對(duì)儀器條件進(jìn)行自動(dòng)優(yōu)化，以靈敏度、檢出限、氧化物、雙電荷和背景噪音作為優(yōu)化指標(biāo)，使儀器達(dá)到最佳狀態(tài)。等離子體模式為高靈敏模式，He模式分析，經(jīng)優(yōu)化后儀器的最佳工作條件如表2所示。

表2 優(yōu)化后的ICP-MS工作條件Table 2 Optimized parameter of ICP-MS system

2 結(jié)果與討論

2.1 前處理?xiàng)l件的選擇

2.1.1 超聲提取法條件

在其他條件不變的情況下，分別用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3、1% HCl、1% HNO3-1% HCl混合酸溶液體系超聲提取螺旋藻中的鉛、鎘，發(fā)現(xiàn)用1% HNO3-1% HCl混合酸溶液超聲提取得到的回收率最佳，增加HNO3-HCl體積分?jǐn)?shù)時(shí)，回收率并無(wú)差異，但樣品空白值隨HNO3-HCl體積分?jǐn)?shù)的增加而增大，此外，超聲提取時(shí)間超過(guò)20 min后回收率無(wú)明顯差異，故選用1% HNO3-1% HCl混合酸溶液作為提取溶液，超聲提取20 min。

2.1.2 水浴振蕩提取法條件

水浴振蕩提取法酸溶液體系和酸溶液體積分?jǐn)?shù)的選擇測(cè)試結(jié)果和超聲提取法一致，鉛、鎘的回收率隨著提取時(shí)間和水浴振蕩溫度的增加而增大，但水浴溫度超過(guò)60 ℃、提取時(shí)間超過(guò)45 min后回收率無(wú)明顯差異，故選用體積分?jǐn)?shù)為1% HNO3-1% HCl混合酸溶液作為提取溶液，水浴振蕩提取溫度為60 ℃，提取時(shí)間為45 min。

2.1.3 微波消解法條件

螺旋藻中含有豐富的蛋白質(zhì)，高達(dá)60%～70%，不容易消解，雙氧水具有強(qiáng)氧化性，故采用硝酸-雙氧水體系進(jìn)行消解。

2.2 ICP-MS干擾及校正

ICP-MS的干擾可分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾(基體效應(yīng))，質(zhì)譜干擾主要是由同量異位素、多原子離子、雙電荷產(chǎn)生的，實(shí)驗(yàn)中通過(guò)同位素選擇(111Cd、208Pb)、優(yōu)化儀器條件(氧化物156/140≤0.923%，雙電荷70/140≤1.060%)、八級(jí)桿氦氣碰撞反應(yīng)池濾除干擾離子和四級(jí)桿質(zhì)量分析器濾除非質(zhì)荷比分析離子等方法減少質(zhì)譜干擾。非質(zhì)譜干擾主要源于基體效應(yīng)，超聲提取法、水浴振蕩提取法可快速提取螺旋藻中的鉛、鎘，但提取液中可能含有部分無(wú)機(jī)鹽和有機(jī)物基體。實(shí)驗(yàn)中通過(guò)HMI氣溶膠稀釋降低總?cè)芙夤腆w物，冷凝霧化減小基體效應(yīng)，≦0.46 mm的截取錐使耐基體度提高，Omega二次90°偏轉(zhuǎn)徹底濾除中性降低背景噪音和在線內(nèi)標(biāo)元素進(jìn)行校正等方法克服基體效應(yīng)。

2.3 線性關(guān)系與檢出限

線性回歸方程及檢出限如表3所示。對(duì)3種不同前處理方法的試劑空白溶液進(jìn)行連續(xù)11次測(cè)定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度計(jì)算檢出限。超聲提取法和水浴振蕩提取法對(duì)酸的需求量少，樣品溶液不容易被污染，試劑空白值低，由表3可以看出超聲提取法和水浴振蕩提取法具有更低的檢出限。

表3 線性回歸方程及檢出限Table 3 The linear regression equation and detection limit

2.4 測(cè)定結(jié)果及重復(fù)性試驗(yàn)

按照3種不同的前處理方法，對(duì)螺旋藻樣品各進(jìn)行6份平行樣試驗(yàn)，分別測(cè)定鉛、鎘元素，計(jì)算含量及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果(表4)表明，3種方法的測(cè)定結(jié)果具有較好的一致性，超聲提取法、水浴振蕩提取法的測(cè)試結(jié)果與微波消解法差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05)。計(jì)算得到的RSD值在1.2%～4.8%，3種不同的前處理方法測(cè)得的結(jié)果均有較好的重復(fù)性。

表4 三種不同前處理方法樣品測(cè)定的結(jié)果及精密度(n=6)Table 4 The determination results of samples and precision by three different preparation methods(n=6)

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

分別取上述螺旋藻樣品，進(jìn)行鉛、鎘元素加標(biāo)回收試驗(yàn)，結(jié)果見表5，超聲提取法的加標(biāo)回收率在91.7%～99.4%，水浴振蕩提取法加標(biāo)回收率在97.2%～98.4%，微波消解法加標(biāo)回收率在91.0%～102.3%。采用3種不同的前處理方法測(cè)定螺旋藻中的鉛、鎘元素均有較好的回收率。

表5 三種不同前處理方法樣品的加標(biāo)回收率(n=4)Table 5 Recovery rate of samples by three different preparation methods(n=4)

2.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證

為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，對(duì)GBW10020柑橘葉、GBW10047胡蘿卜2種生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果顯示(表6)，3種前處理方法測(cè)定生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鉛、鎘的測(cè)定值均在參考值范圍內(nèi)。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果(n=4)Table 6 Analytical results for standard material(n=4)

3 結(jié)論

采用超聲提取法、水浴振蕩提取法和微波消解法3種前處理方法-電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定螺旋藻中鉛、鎘元素含量，測(cè)定結(jié)果具有較好的一致性，具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。3種方法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10020，GBW10047)進(jìn)行處理，鉛、鎘的測(cè)定結(jié)果均在參考值范圍內(nèi)。與傳統(tǒng)的微波消解法相比，超聲提取法和水浴振蕩提取法操作簡(jiǎn)單，用酸量少，分析處理時(shí)間短，具有節(jié)能、環(huán)保、可靠等優(yōu)點(diǎn)，降低了樣品污染和分析物損失的風(fēng)險(xiǎn)，具有更低的樣品空白值和方法檢出限。因此，超聲/水浴振蕩提取-電感耦合等離子體質(zhì)譜法適用于螺旋藻中鉛、鎘元素的快速測(cè)定。