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摘 要： 建立微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定新鮮食用菌中20種金屬元素（Li、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Se、Rb、Sr、Mo、Cd、Sn、Sb、Ba、Hg、Pb）。樣品經(jīng)HNO3-H2O2微波消解，采用ICP-MS法對(duì)食用菌中20種金屬元素進(jìn)行同時(shí)測(cè)定。等離子體射頻功率為1 550 W，載氣為氬氣，流量為1.0 L/min，以Ge、Rh、In、Re為內(nèi)標(biāo)，采用He碰撞動(dòng)能歧視模式，物理碰撞消除多原子離子干擾，利用標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量。20種金屬元素在各自質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與目標(biāo)元素質(zhì)荷比信號(hào)強(qiáng)度線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，檢出限為0.001～0.040 mg/kg，定量限為0.007～0.133 mg/kg。樣品加標(biāo)回收率為84.7%～115.0%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.6%～5.9%（n=6）。采用所建方法對(duì)菠菜和香菇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的目標(biāo)元素進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定平均值均在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)。該方法簡(jiǎn)單快速、準(zhǔn)確靈敏，可為新鮮食用菌中金屬元素含量評(píng)價(jià)提供方法參考和數(shù)據(jù)支撐。

 

關(guān)鍵詞： 新鮮食用菌； 金屬元素； 微波消解； 電感耦合等離子體質(zhì)譜

 

食用菌作為一種營(yíng)養(yǎng)豐富的天然食物來(lái)源，廣泛應(yīng)用于全球各地[1-2]。它們不僅味道鮮美，口感獨(dú)特，且富含多種營(yíng)養(yǎng)成分，如蛋白質(zhì)、維生素、礦物質(zhì)和膳食纖維等，具有抗氧化、抗腫瘤、免疫調(diào)節(jié)等多種生物活性。由于其營(yíng)養(yǎng)豐富且熱量低，食用菌已成為健康飲食的重要組成部分[3-5]。此外，除食用價(jià)值外，食用菌因其藥用保健價(jià)值，逐漸由食用擴(kuò)展到藥用研究開發(fā)[6-7]。食用菌作為人體礦物質(zhì)的良好來(lái)源，能夠補(bǔ)充人體日常所需的微量元素，然而研究表明，與其他綠色植物及部分動(dòng)物性食品比較，食用菌對(duì)金屬的富集作用更加顯著，重金屬污染風(fēng)險(xiǎn)也隨之增加[8-10]。由于環(huán)境的影響及基質(zhì)材料的濫用，使得食用菌中有害金屬的污染日益突出。重金屬不易被微生物降解，且易在生物體內(nèi)富集和轉(zhuǎn)化，最終通過食物鏈進(jìn)入人體。當(dāng)人體內(nèi)重金屬超過一定閾值時(shí)，會(huì)對(duì)身體造成明顯危害，因此國(guó)內(nèi)外監(jiān)管機(jī)構(gòu)對(duì)食用菌中重金屬含量制定了嚴(yán)格的限值標(biāo)準(zhǔn)，以保護(hù)公眾健康。

 

目前，食用菌中有害金屬元素的限值標(biāo)準(zhǔn)主要集中在Pb、As、Cd、Hg、Cr等元素，覆蓋范圍較窄。其他元素如Fe、Mn、Zn、Se尚未制定相關(guān)限度，關(guān)于新鮮食用菌中多元素測(cè)定報(bào)道較少，因此研究食用菌中金屬元素含量，對(duì)于食用菌安全監(jiān)管、營(yíng)養(yǎng)評(píng)估和產(chǎn)品開發(fā)具有重要意義。食用菌中金屬元素檢測(cè)方法主要包括原子熒光光譜(AFS)法[11-13]、原子吸收光譜(AAS)法[14-15]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP-OES)法[16-17]、電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法[18-19]等。AFS法測(cè)定的元素種類有限，AAS法難以多元素同時(shí)測(cè)定，ICP-OES法不適于痕量元素測(cè)定。相比之下，ICP-MS法具有快速、靈敏、精密度高、準(zhǔn)確度好及線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，適用于微量、痕量多元素同時(shí)檢測(cè)，因而在食品元素分析中應(yīng)用越來(lái)越廣泛。

 

筆者建立微波消解-ICP-MS法測(cè)定新鮮食用菌中20種金屬元素。以硝酸-過氧化氫為消解液，采用微波消解法進(jìn)行樣品處理，利用干擾方程、碰撞/反應(yīng)池技術(shù)，在動(dòng)能歧視模式下消除質(zhì)譜干擾，采用Ge、Rh、In和Re對(duì)目標(biāo)元素進(jìn)行內(nèi)標(biāo)校正，有效降低基質(zhì)效應(yīng)產(chǎn)生的非質(zhì)譜干擾。該方法準(zhǔn)確、靈敏、通量高，可為新鮮食用菌元素含量監(jiān)測(cè)提供技術(shù)支持。

 

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：iCAP RQ型，美國(guó)賽默飛世爾科技公司。微波消解儀：Mars 6型，美國(guó)培安公司。電子天平：XPE 205型，感量為0.000 1 g，瑞士梅特勒-托利多科技有限公司。超純水儀：Milli-Q direct型，德國(guó)默克公司。趕酸儀：BHW-09C型，上海博通公司。24種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：含有Al、As、B、Ba、Be、Bi、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Ga、Li、Mg、Mn、Ni、Pb、Sb、Sn、Sr、Ti、Tl、V、Zn，各元素質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)為GSB04-1767-2004，國(guó)家有色金屬及分析測(cè)試中心。Se、Sr、Mn標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)分別為GBW(E) 080215、GBW 08618、GBW(E) 081594，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。Cr、Zn、Fe、Ni、Cu、Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)分別為GBW 08614、GBW 08620、GBW 08616、GBW 08618、GBW 08615、GBW 08617，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。Mo、Rb標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為1 000 μg/mL，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)分別為GSB 04-1737-2004、GSB 04-2836-2011，國(guó)家有色金屬及分析測(cè)試中心。菠菜、香菇成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號(hào)分別為GBW 10015a、GBW 10197，中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。內(nèi)標(biāo)溶液：標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書編號(hào)為BWT 30017-100-N-100，Sc、Ge、Rh、In、Re、Bi質(zhì)量濃度均為100 μg/mL，壇墨質(zhì)檢科技股份有限公司。調(diào)諧溶液：Ba、Bi、Ce、In、Li、U混合溶液，質(zhì)量濃度均為1.0 μg/L，美國(guó)賽默飛世爾科技公司。硝酸：優(yōu)級(jí)純，美國(guó)西格瑪公司。雙氧水：優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。氬氣、氦氣：純度(體積分?jǐn)?shù))均為99.999%，杭州今工特種氣體有限公司。食用菌樣品，市售。實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 微波消解儀

程序升溫：初始溫度為室溫，以室溫加熱到120 ℃，加熱功率為1 600 W，保持5 min；以120 ℃加熱到160 ℃，加熱功率為1 600 W，保持10 min；以160 ℃加熱到200 ℃，加熱功率為1 600 W，保持20 min。

1.2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀

射頻功率：1 550 W；載氣：氬氣，載氣流量為1.0 L/min；等離子氣：氬氣，流量為15.0 L/min；輔助氣：氬氣，流量為0.90 L/min；碰撞氣：氦氣，流量為4.0 mL/min；霧化室溫度：2.70 ℃，蠕動(dòng)泵轉(zhuǎn)速：40 r/min；采樣錐與截取錐類型：均為鎳錐；采樣錐直徑：1.1 mm；截取錐直徑：0.5 mm。

1.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.3.1 溶液配制

16種元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取24種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%(體積分?jǐn)?shù)，下同)硝酸溶液稀釋成Li、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Cd、Sn、Sb、Ba、Pb質(zhì)量濃度均為1 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Se、Mo混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Se、Mo標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Se、Mo質(zhì)量濃度均為3 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Cr、Ni、Sr混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Cr、Ni、Sr標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Cr、Ni、Sr質(zhì)量濃度均為 4 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Rb混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Rb標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Rb質(zhì)量濃度為5 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Ba、Zn混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Ba、Zn標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Ba、Zn質(zhì)量濃度均為 9 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Mn、Cu、Fe混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Mn、Cu、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Mn、Cu、Fe質(zhì)量濃度均為19 000 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。Hg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：精密量取Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成質(zhì)量濃度為100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液。系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液：精密量取適量16種混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、Se、Mo混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、Cr、Ni、Sr混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、Rb混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、Ba、Zn混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液、Mn、Cu、Fe混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及Hg標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用1%硝酸溶液逐級(jí)稀釋，配制成Li、V、Co、As、Cd、Sn、Sb、Pb質(zhì)量濃度均分別為1、2、4、8、16、32、64 μg/L；Se、Mo質(zhì)量濃度均分別為4、8、16、32、64、128、256 μg/L；Cr、Ni、Rb、Sr質(zhì)量濃度均分別為 5、10、20、40、80、160、320 μg/L；Mn、Cu、Fe質(zhì)量濃度均分別為 20、40、80、160、320、640、1 280 μg/L；Hg質(zhì)量濃度分別為0.05、0.1、0.2、0.4、0.8、1.6、3.2 μg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，臨用現(xiàn)配。內(nèi)標(biāo)使用液：精密量取內(nèi)標(biāo)溶液適量，用1%硝酸溶液稀釋成Ge、Rh、In、Re質(zhì)量濃度均為20 μg/L的內(nèi)標(biāo)使用液，臨用現(xiàn)配。

1.3.2 樣品處理

稱取粉碎后的食用菌樣品0.5 g，置于聚四氟乙烯消解管中，加入6 mL硝酸，靜置1 h，加入1 mL 過氧化氫，蓋上內(nèi)塞，旋緊外蓋，置于微波消解儀內(nèi)進(jìn)行消解。消解完全后，冷卻至室溫，將消解管置于趕酸儀中，于110 ℃加熱趕酸至消解管內(nèi)溶液約0.5～1.0 mL，用水將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中并定容至標(biāo)線，搖勻，作為樣品溶液。同法制備試劑空白溶液、菠菜及香菇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液。

1.3.3 樣品測(cè)定

檢測(cè)前用調(diào)諧溶液對(duì)儀器進(jìn)行調(diào)諧，使儀器的穩(wěn)定性、靈敏度達(dá)到最佳水平，雙電荷離子產(chǎn)率138Ba++/Ba+<3%，氧化物離子產(chǎn)率140Ce16O/140Ce<2%，采用氦氣碰撞動(dòng)能歧視模式。在1.2儀器工作條件下，在線引入內(nèi)標(biāo)溶液，依次測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液、系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液、試劑空白溶液與樣品溶液。每一樣品定量需三次積分，取平均值。以各目標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，目標(biāo)元素與內(nèi)標(biāo)元素的響應(yīng)強(qiáng)度比值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量。

 

2 結(jié)果與討論

2.1 消解方法的選擇

目前，食品常用的消解方法主要有干灰化法、濕法消解和微波消解法等[20-22]。干灰發(fā)化法試劑用量少、空白值低，適合富集非揮發(fā)元素。但是對(duì)于易揮發(fā)性元素如As、Hg、Se，該方法容易造成揮發(fā)性損失，導(dǎo)致測(cè)定結(jié)果偏低。濕法消解的不足之處在于某些礦物的分解能力較弱、消解時(shí)間較長(zhǎng)，且消耗酸液過多，部分組分可能因揮發(fā)而逸失。微波消解法在高壓密閉條件下進(jìn)行，結(jié)合微波快速加熱的優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)樣品的快速消解和徹底分解，且具有較高的回收率，因此選擇微波消解法作為樣品處理方法。進(jìn)一步考察了4種消解液體系的消解效果，其中消解液I為5.0 mL硝酸、消解液 II為5.0 mL硝酸-1.0 mL過氧化氫混合溶液、消解液III為6.0 mL硝酸-1.0 mL過氧化氫混合溶液、消解液IV為6.0 mL硝酸-2.0 mL過氧化氫混合溶液。結(jié)果表明，消解液I和II消解后的樣品溶液顏色為淺棕色，殘?jiān)^多，表明樣品未消解完全。隨著酸量增加，消解液III和IV得到的樣品溶液澄清透亮，雖然也有少量殘?jiān)?，但較消解液I和II顯著減少。綜合考慮消解效果和環(huán)保節(jié)能，選擇6.0 mL硝酸-1.0 mL過氧化氫混合溶液作為樣品消解液。

2.2 干擾及校正

ICP-MS法的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾[23-24]。質(zhì)譜干擾主要由同量異位素、雙電荷離子和多原子離子引起，可通過質(zhì)譜調(diào)諧、使用干擾方程和碰撞反應(yīng)池技術(shù)等方法來(lái)減少質(zhì)譜干擾。選擇測(cè)定同位素時(shí)應(yīng)遵循豐度大、干擾少的原則。而非質(zhì)譜干擾主要源于樣品中大量有機(jī)質(zhì)在微波消解過程中產(chǎn)生的有機(jī)碳?xì)埩?，這種累積會(huì)導(dǎo)致采樣錐孔變小，從而引起分析信號(hào)漂移和檢測(cè)誤差。因此，在檢測(cè)過程中在線加入內(nèi)標(biāo)以校正儀器分析信號(hào)的漂移和一般基體效應(yīng)。此外，食用菌樣品常含有 ICP-MS常用內(nèi)標(biāo)元素鈧、鉍，故選用鍺、銠、銦、錸為內(nèi)標(biāo)，結(jié)合干擾方程實(shí)時(shí)校正測(cè)定結(jié)果，以達(dá)到消除干擾的目的。

2.3 線性方程和檢出限

將20種金屬元素系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按照1.2.2儀器工作條件由低到高依次導(dǎo)入電感耦合等離子體質(zhì)譜儀中進(jìn)行測(cè)試，在線加入內(nèi)標(biāo)使用液。以目標(biāo)元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，目標(biāo)元素與內(nèi)標(biāo)元素響應(yīng)強(qiáng)度比值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。對(duì)空白溶液重復(fù)進(jìn)樣測(cè)定11次，計(jì)算11次測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差值對(duì)應(yīng)的樣品中目標(biāo)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為方法檢出限，以10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差值對(duì)應(yīng)的樣品中目標(biāo)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)作為方法定量限[25]。20種元素質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限見表1，由表1可知，各待測(cè)元素在各自質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與目標(biāo)元素質(zhì)荷比信號(hào)強(qiáng)度線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999，方法檢出限為0.001～0.040 mg/kg。

表1   20種元素質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)、檢出限及定量限

Tab. 1   20 Linear ranges, linear equations, correlation coefficients, detection limits, and quantification limits of elemental mass concentrations

 

2.5 準(zhǔn)確度試驗(yàn)

采用所建立的方法，對(duì)菠菜和香菇標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的目標(biāo)元素含量進(jìn)行測(cè)定，考察方法的準(zhǔn)確度，準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果見表2。由表2可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定值均在標(biāo)準(zhǔn)值不確定度范圍內(nèi)，表明該方法具有良好的準(zhǔn)確度，適用于食用菌中20種目標(biāo)元素的定量測(cè)定。

表2   準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

Tab. 2   Results of accuracy tests

注：“-”表示標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)未指定該組分的含量。

 

2.4 樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)

稱取食用菌樣品約0.5 g，添加低、中、高3個(gè)濃度水平，按1.3.2方法制成加標(biāo)樣品溶液，每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6次，在1.2儀器工作條件下測(cè)定，計(jì)算樣品加標(biāo)回收率及測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，試驗(yàn)結(jié)果見表3。由表3可知，樣品的加標(biāo)回收率為84.7%～115.0%，測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.6%～5.9%(n=6)，表明該方法的準(zhǔn)確度和精密度均較好。

表3   樣品加標(biāo)回收與精密度試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

Tab. 3   Results of sample spiked recovery and precision test(n=6)

注：“NA”表示低于方法檢出限。

 

3 結(jié)語(yǔ)

建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定新鮮食用菌中20種金屬元素。鑒于食用菌中富含有機(jī)化合物，采用優(yōu)化后的硝酸-過氧化氫混合液作為消解液體系。在檢測(cè)過程中，避開所含目標(biāo)元素為內(nèi)標(biāo)，以校正儀器信號(hào)漂移。同時(shí)，通過干擾方程和碰撞反應(yīng)池技術(shù)有效消除質(zhì)譜干擾。該方法具有簡(jiǎn)單快速、高通量、環(huán)境友好的優(yōu)點(diǎn)，并經(jīng)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證，其精密度和準(zhǔn)確度滿足實(shí)際檢測(cè)需求，為食用安全性評(píng)價(jià)及營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的了解提供了技術(shù)參考。

 

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20 馬合勤，張家烙，黃嘉敏，等.不同消解方法對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定食品中6種金屬元素的影響［J］. 質(zhì)量安全與檢驗(yàn)檢測(cè)，2025，35（2）： 5.
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22 吳歡.淺析食品重金屬測(cè)定中的幾種樣品消解方法［J］.計(jì)量與測(cè)試技術(shù)， 2016，43（5）： 64.
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23 古行乾，曾志平，張征蓮，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定硅錳冶煉渣中8種重金屬元素［J］. 中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2022， 12（2）： 1.
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24 楊永建， 夏莎莎， 李紅華， 等. 微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定茶葉中的砷、鎘、銅、鉛［J］. 中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué)，2024，14（12）： 1 611.
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25 邢培哲，習(xí)佳林，王春慧，等.微波消解電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定肥料中16種稀土元素［J］. 農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量與安全，2020（6）： 69.
    XING Peizhe， XI Jialin， WANG Chunlin， et al. Determination of 16 rare-earth elements in fertilizersby inductively coupled plasma mass spectrometry withmicrowave digestion［J］. Quality and Safety of Agro-Products， 2020（6）： 69.