电感耦合等离子体质谱法测定畜禽肉中10种微量元素

摘要：采用电感耦合等离子体质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）测定畜禽肉中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb等10 种微量元素的分析方法。采用硝酸高氯酸体系对样品进行消解，基于氢气和氦气混合的碰撞反应池技术有效地消除了多原子离子对待测元素的干扰，选用Sc、Ge、Y、Rh、In、Re等元素为内标混合液校正基体干扰和漂移。方法的检出限在0.003～0.780 µg/L之间，Cu、Zn的线性范围0～200 µg/L，Cr、Ni、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb的线性范围为0～100 µg/L，回归方程相关系数皆大于0.997，加标回收率84.80%～131.40%，相对标准偏差小于5.3%。

畜禽肉中含有多种微量元素，为提高畜禽产量及肉品质量，在饲养过程中往往要在饲料中添加不同的微量元素。如硒、锌元素具有一定的抗氧化作用；铜元素对于脂肪酸具有一定的控制作用；铬元素可以增加肉品的嫩度，促进脂肪的分解和蛋白质的合成等。近年来，畜禽肉中重金属超标的现象屡见不鲜。如大剂量的锌、铜能显著促进猪的生长以及让猪皮毛红亮。由于高铜饲料是通过工业废料硫酸铜的加入实现的，受利益驱使，部分养殖户使用高剂量锌、铜饲料，进而将更多的重金属如铬、铅、镉带入食物链，损害人体健康 [1-5]。

传统元素检测方法有比色法、原子吸收法（atomic absorption spectrometry，AAS）、原子荧光法（atomic fluorescence spectroscopy，AFS）等，但这些方法均无法实现多元素同时分析，随着元素检测技术的发展，电感耦合等离子体发射光谱法（inductively coupled plasmaatomic emission spectrometry，ICP-AES）使得同时测定多种微量元素的含量成为可能。电感耦合等离子体质谱（inductvely coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）法具有灵敏度高，线性范围宽（9个数量级），多元素同时测定，谱线简单，背景低等特点，可准确、快速、同时测定畜禽肉样品中多种元素 [6-12]。

近几年采用ICP-MS法对肉及肉制品等进行检测的方法屡见报道，戴京晶等 [13]采用ICP-MS法同时测定鸡、鸭肉中Pb、As、Se、Hg、Al、Cd、Mn、Fe、Cu、Zn等10种元素；曾丹等 [14]建立微波消解ICP-MS法测定猪瘦肉中Cr、Mn、Cu、Zn、Cd、Pb等6种重金属元素；吴常文等 [15]采用微波消解技术，建立测定曼氏无针乌贼肉和海螵蛸中Cr、Mn、Cu、Zn、As、Cd、Hg、Pb等8种微量元素的ICP-MS法；李珮斯等 [16]建立微波消解ICP-MS法测定动物内脏中Na、Mg、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn、As、Se、Cd、Pb等12种元素。Bettina等 [17]利用ICP-MS测定了来自5个不同国家的56个家禽肉和53个干燥牛肉样品中的50种矿物元素含量。

本研究采用湿法消解，结合控制冷冻技术，建立同时测定畜禽肉中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb等10种微量元素的分析方法。

1 材料与方法

硝酸、高氯酸均为分析纯国药集团化学试剂有限公司；Cr、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb、Sc、Ge、Y、Rh、In、Re标准溶液国家标准物质研究中心；Li、Co、In、U质谱调谐液美国Thermo Fisher公司。

ICP-MS X Series Ⅱ电感耦合等离子体质谱仪美国Thermo Fisher公司；Milli-Q超纯水机美国Millipore公司；电子控温加热板上海新仪微波化学科技有限公司。

准确称取1.000 g样品置于磨口三角瓶中，加入30 mL HNO 3∶HClO 4=7∶1（V/V）的消解试剂，摇匀浸泡，放置过夜。次日置于电热板上加热消解，至消化液呈淡黄色或无色（如消解过程色泽较深，稍冷补加少量混酸继续消解），至大量白烟冒出，稍冷加入10 mL超纯水继续加热赶酸至液量为1～2 mL，待三角瓶冷却用超纯水转移定容于25 mL容量瓶中待测，同时作试剂空白。

电感耦合等离子体质谱法：取1 mL消解液，加入体积分数为2% HNO 3溶液定容到10 mL，待测。

吸取Cr、Ni、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb各元素标准溶液，用2%HNO 3溶液稀释为0.0、0.1、1.0、10.0、50.0、100.0 µg/L；Zn、Cu标准溶液稀释为5.0、10.0、50.0、100.0、200.0 µg/L的标准系列工作液。

将Sc、Ge、Y、Rh、In、Re的内标溶液稀释成10 µg/L溶液，以内插法作为各个元素的内标。

使用1 ng/L Li、Co、In、U质谱调谐液对电感耦合等离子体质谱仪的仪器条件进行了优化，最终工作参数见表1。

表1 ICP-MS的工作参数
Table 1 Operating parameters of ICP-MS

项目工作参数项目工作参数正向功率/W1 400扫描方式跳峰采样深度/mm129观测点/峰3冷却气/（L/min）13每点积分时间/s0.1雾化气/（L/min）0.90重复次数3雾化室温度/℃2采样时间/s47

在表1 ICP-MS工作参数下，直接测定标准溶液和稀释10倍的消化试液中Cr、Ni、Cu、Zn、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb等10种元素的质量浓度。

所有的空白溶液、标准溶液和样品溶液都通过仪器在线加入内标，以消除基体效应和接口效应，仪器软件按已编辑好的校正方程对有质量数干扰进行自动修正，在仪器工作条件下，根据各元素标准溶液的质量浓度和对应信号强度，计算出各元素的校准方程及相关系数，随后测定样品，得到样品中各元素含量，计算公式如下：

式中：X为样品中元素含量/（mg/kg）；ρ为样液中元素质量浓度/（µg/L）；V为样液总体积/mL；m为样品质量/g。

2 结果与分析

选择测定元素的同位素时，以选择测定同位素最大丰度值为原则，同时避免选用多原子干扰和同量异位素重叠，本方法中各元素选择的同位素见表2。采用碰撞反应池动能歧视（kinetic energy discrimination，KED）模式消除多原子干扰，由于其碰撞截面大于单原子离子的目标元素，故在碰撞池中飞行时被碰撞的几率较大，其动能损失也较大，当四级杆相对于碰撞池设置的势能阱高于干扰离子动能时，这些干扰离子无法进入四级杆而消除。目标离子由于被碰撞次数少、动能损失少，大部分可以穿越势能阱进入四级杆被最终检测 [18-19]。2.2 线性范围、相关系数及检出限

表2 元素同位素选择
Table 2 Selection of isotopes for analysis of ten elements

元素同位素元素同位素As75 Ba137 Pb208Sn118 Cd111Cu65 Cr52Zn66 Ni60Se82

ICP-MS的动态线性范围很宽，可高达9个数量级。根据猪肉、牛肉、羊肉、鸡肉等样品中各元素的实际含量范围，选择0～200 µg/L作为Cu、Zn的曲线范围，0～100 µg/L作为Cr、Ni、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb的曲线范围作为本方法的线性范围。

取11次平行测定试剂空白溶液的相对标准偏差，检出限以R SN=3来确定。方法的相关系数、相对标准偏差及检出限结果见表3。

表3 方法的相关系数、标准偏差及检出限
Table 3 Correlation coefficients, precision and detection limits of ten elements

元素相关系数r相对标准偏差/%检出限/（µg/L）Cr0.998 10.0530.159 Ni0.999 50.0160.048 Cu0.999 80.0400.120 Zn0.999 70.2600.780 As1.000 00.0120.036 Se1.000 00.0620.186 Cd0.998 90.0010.003 Sn0.997 80.0950.285 Ba0.998 70.0250.075 Pb1.000 00.0150.045

由表3可知，10种元素的相关系数均在0.997以上，相对标准偏差小于0.260%，检出限在0.003～0.780 µg/L之间。

表4 加标回收率实验结果
Table 4 Recovery of ten elements from spiked samples

元素加入量/（µg/L）测定量/（µg/L）回收率/% Cr 8 9.15114.36 4051.95129.88 8083.68104.60 Ni 8 8.79109.90 4047.68119.20 8080.05100.06 Cu 4041.89104.73 8092.67115.84 160160.80100.50 Zn 4041.93104.83 8088.67110.84 160149.4093.38 As 8 7.7997.34 4042.46106.15 8074.2292.78 Se 8 7.61895.23 4039.0097.50 8067.8484.80 Cd 8 8.90111.24 4045.02112.55 8075.1893.98 Sn 8 9.45118.13 4049.54123.85 8082.20102.75 Ba 8 9.850123.13 4052.56131.40 8085.80107.25 Pb 8 7.8798.33 4045.55113.88 8082.70103.38

表5 猪肉样品平均值和相对标准偏差分析结果（n=6）
Table 5 Analytical results of ten elements in pork sample (n= 6)

注：－.未检出。下同。

元素CrNiCuZnAsSeCdSnBaPb平均含量/（mg/kg）0.470.060.4515.340.011.43－0.100.470.45相对标准偏差/%0.9481.8553.7151.7375.2996.4831.9862.9684.7160.987

由表4～5可知，3种加入量的加标回收率在84.80%～131.40%之间，对同一样品连续进样6次其相对标准偏差小于5.3%，说明所建立的方法回收率和重复性较好，能够满足日常检测要求。

表6 8种畜禽肉中10种元素的含量
Table 6 Analytical results of ten elements in poultry and livestock meat from eight species
mg/kg

元素猪肉羊肉牛肉老母鸡鲜香鸡汤鸡冰鲜鸡乌鸡Cr0.470.290.380.180.480.280.390.52 Ni0.0570.0210.0320.0750.0640.0830.0950.058 Cu0.450.310.310.780.880.160.140.26 Zn15.3417.6522.008.6012.147.678.1710.50 As0.0100.0110.0120.0110.0130.0150.0130.014 Se1.430.981.353.071.992.871.681.74 Cd－－－－－－－－Sn0.10.110.130.110.120.150.130.12 Ba0.470.400.370.140.160.250.170.20 Pb0.450.240.330.260.370.470.170.20

按照所建立的方法，测定了猪肉、羊肉、牛肉、老母鸡、鲜香鸡、汤鸡、冰鲜鸡、乌鸡等8种畜禽肉中10种元素的含量，每份样品平行测定3次。由表6可知，Cu、Zn、Se在不同畜禽肉中有着较大差异，GB 2762ü 2012《食品中污染物限量》 [20]规定As、Pb、Cd的限量为0.05、0.50、0.10 mg/kg，8种畜禽肉中的重金属元素含量均低于我国标准要求限定量。

运用本实验所建立的方法对猪肝成分分析标准物质（GBW 08551）进行测定。由表7可知，10种元素测定值与标准值基本相符。

表7 猪肝成分分析标准物质（GBW 08551）标准值与测定结果
（ ±s，n＝3）
Table 7 Comparison of certified and measured levels of ten elements in pork liver reference material GBW 08551 ( ±s, n＝3) mg/kg

元素CrNiCuZnAsSeCdSnBaPb标准值0.200f 0.000－17.200f 0.500 172.000f 4.000 0.044f 0.004 0.940f 0.030 0.067f 0.002－0.390f 0.0000.540f 0.020测定值0.198f 0.023－17.600f 0.400 173.000f 5.000 0.042f 0.011 0.950f 0.015 0.068f 0.046－0.390f 0.0250.560f 0.038

3 结论

本实验运用湿法消解，应用ICP-MS法，结合控制冷冻技术对畜禽肉中10种元素的含量进行测定。该方法操作简便、准确度高、精密度和回收率良好，能满足畜禽肉元素含量检测需要，方法的检出限在0.003～0.780 µg/L之间，Cu、Zn的线性范围0～200 µg/L，Cr、Ni、As、Se、Cd、Sn、Ba、Pb的线性范围0～100 µg/L，回归方程相关系数皆大于0.997，加标回收率84.80%～131.40%，相对标准偏差小于5.3%。

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Determination of Ten Micro Elements in Poultry and Livestock Meat by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

Abstract：A method for simultaneous determination of micro amounts of Cr, Ni, Cu, Zn, As, Se, Cd, Sn, Ba, and Pb in poultry and livestock meat by inductively coupled plasma mass spectrometry, (ICP-MS) was presented. HNO 3-HClO 4wet digestion was conducted on samples. The polyatomic elements interference was effectively eliminated using a mixture of hydrogen and helium by collision cell technology (CCT). Sc, Ge, Y, Rh, In, and Re were used as internal standards to correct the matrix interference and drift. The detection limits for the ten elements were in the range of 0.003–0.780 μg/L, and the linear range was between 0 and 200 μg/L for Cu and Zn, and between 0 and 100 µg/L for eight other elements with a correlation coefficient larger than 0.997. The recoveries of these ten elements from spiked meat samples were in the range of 84.80%–131.40% and the RSD was less than 2.60%.

Key words：poultry and livestock meat; micro elements; inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS)

作者简介：张曦（1985ü），女，工程师，硕士，研究方向为食品检测。E-mail：0415zx@sina.com

电感耦合等离子体质谱法测定畜禽肉中10种微量元素

1 材料与方法

2 结果与分析

3 结 论

3 结论