破壁靈芝孢子粉中多種重金屬元素及硒含量檢測方法探討

劉天益?李冰?李清清

摘 要：采用微波消解進行前處理，三重四極桿-電感耦合等離子體質譜法測定破壁靈芝孢子粉中鎘、鉻、鎳、砷、鉛、汞及硒元素含量，對方法條件進行優化和討論，并對20批次破壁靈芝孢子粉進行測定。結果表明，鎘、鉻、鎳、砷、鉛和汞元素在氦氣碰撞模式，硒元素在氧氣反應模式下，采用內標校正定量，可達到良好的測定效果。在優化的條件下，各元素線性關系良好，檢出限均可達μg·kg-1級別；鎘、鉻、鎳、砷、鉛及硒元素的加標回收率在90.3%～105.0%，汞的加標回收率在82.1%～92.5%；方法精密度在5%以內。此方法前處理操作簡便，檢測靈敏度高，穩定性好，給靈芝孢子粉多元素測定提供了良好的技術支撐。

關鍵詞：破壁靈芝孢子粉；電感耦合等離子體質譜法；重金屬；硒

Study on the Detection of Multiple Heavy Metal Elements and Selenium Content in Broken Ganoderma lucidum Spore Powder

Abstract： Microwave digestion was used for pre-treatment， and the content of lead， arsenic， mercury， cadmium， chromium， nickel， and selenium elements in broken Ganoderma lucidum spore powder was determined by triple four stage rod inductively coupled plasma mass spectrometry. The method conditions were optimized and discussed， and 20 batches of broken Ganoderma lucidum spore powder were determined. Experiments have shown that lead， arsenic， mercury， cadmium， chromium， and nickel elements can achieve good measurement results using internal standard calibration quantification in helium collision reaction mode and selenium element in oxygen reaction mode. Under optimized conditions， the linear relationship of each element is good， and the detection limit can all reach μg·kg-1 level. The recovery rates of lead， arsenic， cadmium， chromium， nickel， and selenium with added standards range from 90.3% to 105.0%， while the recovery rates of mercury with added standards range from 82.1% to 92.5%. The precision of the method is within 5%. This method has simple pre-treatment operation， high detection sensitivity， and good stability， providing good technical support for the determination of multiple elements in Ganoderma lucidum spore powder.

Keywords： broken Ganoderma lucidum spore powder; inductively coupled plasma mass spectrometry; heavy metal; selenium

靈芝孢子是靈芝的精華，它是靈芝在發育后期生長并釋放出的種子，富含蛋白質及多種氨基酸，還含有豐富的生物多糖、萜類、生物堿、維生素，具有抑制腫瘤、增強免疫力的功效[1]。但靈芝孢子外層有幾丁質外壁，難以被人體消化吸收，只有打開外壁后包裹中的有效成分才能有效釋放并被人體利用吸收，所以靈芝孢子常使用生物酶解、化學、物理等方法進行破壁后，加工成靈芝孢子粉成品[2]。為了增加補充硒含量的功效，一些靈芝孢子粉在培養和生產過程中，會額外加入有機硒來源以提高破壁靈芝孢子粉中的硒含量。

隨著破壁靈芝孢子粉產品的開發，其產品質量也越來越受到社會關注。由于靈芝孢子在自然生長過程中會富集一定的重金屬元素，而重金屬元素會在人體中富集產生不良影響，所以其產品中的重金屬含量需要得到有效控制，同時，對于添加了硒來源的靈芝孢子粉也需要控制硒含量，以保證成品的食用安全性。目前，食品重金屬和硒檢測常用的方法主要有原子吸收光譜法[3-4]、原子熒光光譜法[5-7]、電感耦合等離子體發射光譜法[8-9]和電感耦合等離子體質譜法[10-12]，后兩種方法是目前發展較為迅速、開發利用較廣泛的元素檢測方法，特別是在檢測低含量水平的重金屬元素方面，電感耦合等離子體質譜法具有檢測靈敏度高、穩定性好，多元素同時分析等優點。本實驗對破壁靈芝孢子粉中重金屬元素、硒元素測定方法進行分析探討，并檢測了20批次市售破壁靈芝孢子粉成品中多種重金屬和硒元素含量，為破壁靈芝孢子粉的食用安全性、營養價值評估及市場監管提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與設備

破壁靈芝孢子粉20批次。多元素混合標準溶液（包含鎘、鉻、鎳、砷、鉛、硒）（100 mg·L-1，GSB 04-2825-2011，國家有色金屬）；汞標準溶液（100 mg·L-1，GBW（E）080136，中國計量科學研究院）；硝酸（優級純，國藥試劑）；高氯酸（優級純，國藥試劑）；鍺標準溶液（1 000 mg·L-1，G115415）、銠標準溶液（1 000 mg·L-1，G111458）、錸標準溶液（1 000 mg·L-1，G115448），均購自阿拉丁生化科技股份有限公司；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm，美國密理博公司）；ICP-MS調諧溶液（1 ?g·L-1，安捷倫科技有限公司）。

精密控溫爐（北京普立泰科儀器有限公司）；微波消解系統（Mars 6，美國培安公司）；三重四極桿-電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MSMS 8900，安捷倫科技有限公司）；酸純化系統（S1，上海屹堯儀器科技發展有限公司）。

1.2 樣品前處理

（1）濕法消解。樣品混勻后，精密稱取1 g試樣置于消解管內，依次加入硝酸10 mL和高氯酸

1 mL，置于精密控溫爐100 ℃預反應30 min，后升溫至180 ℃保持2～3 h，再升至220 ℃直至消化液無色或淡黃色澄清并冒白煙。若在消化過程中，消化液呈褐色，則應補加硝酸，消解至消化液無色或淡黃色澄清并冒白煙后取出消解管冷卻，用超純水洗滌兩次，合并洗滌液并轉移至50 mL容量瓶中，定容，待測，同時制備試劑空白。

（2）微波消解。樣品混勻后，精密稱取0.5 g試樣置于微波消解罐內，加入5 mL硝酸并置于控溫爐100 ℃放置30 min，后轉入微波消解儀中，消解目標溫度為190 ℃，升溫30 min，保持30 min。消解程序結束后，冷卻，將消解罐置于精密控溫爐150 ℃加熱，待樣液剩余約1 mL時，取出冷卻，用超純水洗滌兩次，合并洗滌液并轉移至50 mL容量瓶中，定容，待測，同時制備試劑空白。

1.3 電感耦合等離子體質譜儀檢測條件

載氣采用高純氬氣（99.999 9%），等離子體氣和輔助氣流量分別設置為15.0 L·min-1、1.0 L·min-1；碰撞氣采用高純氦氣，碰撞氣流量3.0 L·min-1，反應氣采用高純氧氣；等離子體射頻發射功率1 350 W；采樣深度5.0 mm；各元素檢測質量數、對應內標元素及檢測模式見表1。

2 結果與分析

2.1 消解條件的選擇

2.1.1 消解方式的比較

采用濕法消解和微波消解對樣品進行前處理，向破壁靈芝孢子粉基質中加入一定量鎘、鉻、鎳、砷、鉛、汞和硒標準溶液，比較2種消解方法的消解效果。試驗表明，對于鎘、鉻、鎳、砷、鉛和硒等元素，2種前處理方法均可取得良好的消解效果，消解后的樣品澄清無沉淀，且加標回收率在92.1%～103.5%，但對于汞元素，濕法消解的回收率只有70.3%～78.5%，說明在濕法消解的條件下，汞損失量較大，在同時測定包括汞元素在內的多種元素含量時，微波消解更適合作為前處理方法。

2.1.2 微波消解酸體系

在使用微波消解進行樣品前處理時，其酸種類的選擇對消解效果有較大的影響。硝酸具有強氧化性并有良好的微波吸收效果，是常用的微波消解酸種類，鹽酸在高溫高壓下可以與許多鹽類反應產生可溶性鹽，過氧化氫有輔助氧化的效果，可以使樣品消解更完全，消解液更清澈。試驗對比了純硝酸及硝酸和鹽酸混合酸（5∶1）、硝酸和過氧化氫混合酸（5∶1）等3種消解液對消化的影響。結果表明，經3種消解液處理的靈芝孢子粉樣品溶液均澄清透明，無沉淀、渾濁，考慮酸種類增加會增加試劑消耗，并使試驗步驟更煩瑣，同時可能帶入污染和質譜干擾，故選擇純硝酸作為消解液。

2.2 質譜分析條件的選擇

2.2.1 各元素檢測質量數的確定

在選擇目標元素的質荷比時，要考慮元素各質量數的豐度占比，一般選擇較高豐度比的質量數以得到良好的響應值信號，還要考慮在質譜檢測中多原子離子結合對目標質量數的干擾。鉛、汞元素均屬于高質量數，其在質量競爭中有較大優勢，同時，兩種元素均有多個質量數，其中鉛豐度比較高的質量數為m/z=206、207、208，汞豐度比較高的質量數為m/z=199、200、201、202，對鉛、汞元素的多原子離子干擾情況進行分析，在檢測溶液中基本無可產生結合干擾的元素，故均選擇最大豐度比質量數，即鉛質量數m/z=208，汞質量數m/z=202；砷元素只有一個質量數即m/z=75，故使用此質量數；鎘元素質量數中同位素豐度比較大的為m/z=110、111、112、113和114，其主要受多原子離子Ar、Ge和Pd、Sn、In同位素質量數的干擾，綜合比較響應值和溶液中元素干擾情況，選擇m/z=111為檢測質量數；鉻元素豐度比較大的質量數為m/z=52，但其受40Ar+12C干擾較嚴重，對低含量檢測影響較大，所以選擇次豐度比質量數為m/z=53；鎳元素豐度比較大的質量數為m/z=58，但其受40Ar+16O和40Ca+16O干擾較大，所以選擇次豐度比質量數為m/z=60；硒元素最大豐度比同位素質量數為m/z=80，但由于ICP-MS是氬氣系統，硒主質量數受40Ar+40Ar干擾非常嚴重，無法使用此質量數檢測，而經常使用m/z=78、82次豐度比質量數，但由于其豐度比較小，響應值較低，數據波動較大，經對同一樣品溶液10次檢測結果進行統計，其相對標準偏差為6.32%，故在本實驗中選擇80Se+16O即m/z=96進行檢測，其響應值可提高5倍，對同一樣品溶液10次檢測結果進行統計，其相對標準偏差為2.32%，穩定性得到了明顯提高。

2.2.2 檢測模式的確定

為了最大限度消除多原子離子對目標元素質量數的干擾，在第一級四極桿選擇所需要的目標質荷比之后，在第二級四極桿檢測中選擇氦氣碰撞模式，其原理主要為在反應池中加入一路氦氣對質譜中的多原子離子進行碰撞，消除結合體多原子離子干擾，但由于氦氣的碰撞是無選擇性的，此方法對目標元素靈敏度也有削減影響，故氦氣流量不宜過高，實驗表明，在氦氣流量在3.0 L·min-1時，各元素靈敏度較為合適，不會對檢測穩定性造成較大干擾，故選擇此流量作為碰撞氣體流量；由于硒元素m/z=78、82兩個質量數的靈敏度都較小，加入氦氣后其穩定性受影響較為嚴重，檢測結果精密度較差，故實驗在第二級四極桿中選擇硒元素的主質量數m/z=80，再進行第三級四極桿檢測，第三級四極桿檢測中選擇氧氣反應模式，使硒元素和氧元素結合，檢測質量數80Se16O即m/z=96，從而排除Ar元素的嚴重干擾，獲得良好的靈敏度和穩定性。

2.2.3 內標元素的確定

為了校正樣品溶液檢測過程中霧化效率、儀器檢測波動及質量歧視等質譜檢測中常見穩定性影響因素，在樣品進樣時在線加入內標溶液，與樣品溶液同時檢測響應值，用內標溶液的響應值對樣品溶液的響應值進行校正。樣品溶液中應不含有內標元素，其質量數應與目標元素的質量數盡量接近，內標溶液的濃度應與標準曲線溶液在同一水平。經對樣品溶液內標元素響應值及目標元素質量數的分析，各目標元素對應使用的內標元素如表2。

2.3 標準曲線和方法檢出限

考慮到汞元素的揮發性和吸附性，汞元素配制單元素標準溶液，其標準曲線溶液濃度為0.1 μg·L-1、0.5 μg·L-1、1.0 μg·L-1、2.0 μg·L-1和3.0 μg·L-1，鎘、鉻、鎳、砷、鉛和硒配制混合標準溶液，其標準曲線濃度為1.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、25.0 μg·L-1和50.0 μg·L-1，按照實驗所得的優化條件對標準曲線溶液進行測定，以濃度為橫坐標、響應值比為縱坐標繪制標準曲線。

按照微波消解前處理條件制備20個樣品空白溶液，與標準曲線同樣條件進行上機檢測，得出20次空白溶液濃度并計算標準偏差，以稱樣量0.5 g定容體積50 mL計算，3倍標準偏差帶入計算得到檢出限，10倍標準偏差帶入計算得到定量限。各元素線性關系和方法檢出限、定量限結果見表3。結果表明，在優化的實驗條件下各元素線性相關系數均大于0.999，定量限在3.21～85.6 μg·kg-1，可滿足檢測需求。

2.4 加標回收率

在低、中、高3個梯度濃度水平進行加標回收試驗，鎘、鉻、鎳、砷、鉛和硒3個梯度水平分別為0.10 mg·kg-1、0.50 mg·kg-1、1.00 mg·kg-1，汞3個梯度水平分別為0.05 mg·kg-1、0.10 mg·kg-1、0.20 mg·kg-1，加標回收試驗結果見表4。結果表明，鎘、鉻、鎳、砷、鉛和硒元素加標回收率在90.3%～105.0%；汞加標回收率在82.1%～92.5%。汞較其他元素回收率偏低，分析是由于汞為低溫元素，在消化過程中有一定損失。根據《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）[13]，各元素相應濃度的回收率均在可接受范圍之內。

2.5 精密度

將靈芝孢子粉樣品（以9號靈芝孢子粉為實例）同時處理6個平行樣品，按照1.2.1條件進行前處理并在優化的儀器條件下上機檢測，計算結果的平均值和相對標準偏差，考察方法精密度，結果見表5。實驗結果表明，各元素的相對標準偏差為2.45%～4.85%，均滿足《實驗室質量控制規范 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）檢測要求。

2.6 樣品檢測

實驗收集了市售20個不同品牌、不同批次的破壁靈芝孢子粉樣品，其中16～20號標明是富硒破壁靈芝孢子粉，按照上述優化的實驗條件進行測定，結果見表6。

我國《保健食品原料目錄 破壁靈芝孢子粉》中鎘、鉻、鎳、砷、鉛、汞的限量值分別為0.5 mg·kg-1、2.0 mg·kg-1、1.0 mg·kg-1、1.0 mg·kg-1、2.0 mg·kg-1、0.1 mg·kg-1，對產品進行分析。由表6可知，20批次破壁靈芝孢子粉中鉛、砷、汞3個元素均在限量值內，鎘元素除6號樣品含量略超上限值，其他批次均在限量值內，但是鉻和鎳兩個元素含量浮動較大，鉻元素含量在0.005 67～15.40 00 mg·kg-1，其中6、7、15、16和18這5個樣品鉻元素超過2.0 mg·kg-1，且有兩個樣品超過10 mg·kg-1，應引起監管部門的重視；鎳元素含量在0.005 95～8.880 00 mg·kg-1，其中7、11、12和15這4個樣品鎳元素超過1.0 mg·kg，且有兩個分別為7.860 00 mg·kg-1和8.880 00 mg·kg-1，應引起監管部門重視。綜上，市售破壁靈芝孢子粉總體質量情況良好，個別產品指標有不符合《保健食品原料目錄 破壁靈芝孢子粉》要求的情況，特別是鉻和鎳元素需在監管中進一步得到關注。

3 結論

實驗通過對前處理條件和儀器檢測條件參數的分析和研究，建立了微波消解-三重四極桿-電感耦合等離子體質譜測定破壁靈芝孢子粉中6種重金屬元素及硒元素的方法，并對此方法進行了方法學驗證。實驗表明，本研究建立的方法前處理時間短、效率高，檢出限在μg·kg-1級別，檢測精密度＜5%，可滿足破壁靈芝孢子粉多種重金屬元素和硒元素的檢測需求，實驗對20批次破壁靈芝孢子粉進行了檢測，為監管部門提供了有效的數據支撐。

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