CN107515241A

CN107515241A - 一种快速对饲料中多种重金属同时进行检测的方法

Info

Publication number: CN107515241A
Application number: CN201710617392.XA
Authority: CN
Inventors: 冯志强; 王定坤; 庄俊钰; 郭秋兰; 叶日金; 林丹; 杜德贤; 廖玮
Original assignee: Guangdong Food Industry Research Institute Co Ltd
Current assignee: Guangdong Food Industry Research Institute Co Ltd
Priority date: 2017-07-26
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2017-12-26
Anticipated expiration: 2037-07-26
Also published as: CN107515241B

Abstract

本发明公开了一种饲料中多种重金属快速同时的检测方法，具体包括以下步骤：步骤1：称取待测饲料样品，置于消解罐中；步骤2：将饲料样品进行预消解；步骤3：将饲料样品进行再次消解；步骤4：将消解液转至容量瓶中，同时做空白实验；步骤5：对电感耦合等离子体质谱仪进行调谐；步骤6：配制不同浓度的待测重金属的标准溶液，并将所配得的标准溶液分别置入电感耦合等离子体质谱仪中进行测量，根据结果建立对应的工作曲线；步骤7：将待测液和空白溶液同时置入电感耦合等离子体质谱仪中进行测量，记录所测得的各种重金属的响应强度；根据前步骤中获得的工作曲线推断出待测液中各种重金属的浓度；步骤8：通过公式计算待测液中重各金属的含量。

Description

一种快速对饲料中多种重金属同时进行检测的方法

技术领域

本发明属于分析化学技术领域，具体涉及一种快速对饲料中多种重金属同时进行检测的方法。

背景技术

饲料中重金属的污染问题一直是监控的重点，其污染主要源于环境和饲料生产过程中的污染。饲料的污染主要包括：

1、自然环境中重金属含量高。某些地区由于地质条件特殊，土壤中重金属元素含量高，导致当地农作物中重金属含量高，而农作物是生产饲料的主要来源，从而通过这种食物链的关系对饲料产生重金属污染。

2、工业“三废”的排放。采矿和冶炼的过程中污染处理措施不够，不断的向环境中排放重金属的污染物，对农作物生长的环境造成极大的污染。

3、农业生产活动造成的污染。农药的施用和农田的施肥都会引入土壤中铅、砷、镉等有害元素，造成农作物中重金属含量较高。

4、饲料加工过程，所用的管道、容器等有可能含有重金属元素，在加工的过程中引入饲料。

饲料中铅、镉、汞和砷等重金属具有显著的生物毒性，这些重金属的污染物通过饲料进入动物的体内，而这些重金属不会在动物的体内发生降解而是蓄积在动物的某些器官或组织中，通过食物链进入到人类的体内，对人类的健康产生危害。汞是一种神经毒性的重金属，汞随着饲料进入动物的体内，在体内蓄积到一定程度可以引起脑组织的代谢障碍。三价砷是一种剧毒的物质，它对多种酶具有抑制作用，如羧化酶和胆碱酶，能够引起神经系统、肝脏、肾脏等重要器官的病变。镉进入动物的机体内可以抑制肠道对于铁的吸收，导致动物贫血。因此建立监测饲料中重金属检测的方法可以有效的从源头把控饲料的安全性问题，保证食物链的健康延续。

目前检测饲料中重金属的方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和电感耦合等离子体发射光谱法，这三种方法目前已有相关的国家标准，如原子吸收光谱法有GB/T13080-2004《饲料中铅的测定原子吸收光谱法》、GB/T 13082-2006《饲料中镉的测定》和GB/T 13088-2006《饲料中铬的测定》等标准方法；原子荧光光谱法有GB/T 13079-2006《饲料中总砷的测定》和GB/T 13081-2006《饲料中汞的测定》等标准方法；电感耦合等离子体发射光谱法有DB37/T2741-2015《饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠、锌含量的测定电感耦合等离子体发射光谱(ICP-AES)法》和DB34/T 1999-2013《饲料中铜、铁、锰、锌、钙、钾、镁、钠、铅、铬、镉、钴、镍测定ICP-AES法》等标准方法。原子吸收和原子荧光的方法在检测多种重金属元素时，首先在检测不同的元素时，样品前处理的方式也不同，其次仪器也不能同时检测多种元素，所以对于饲料中多种重金属元素的检测过程相对复杂。电感耦合等离子体发射光谱法能够同时检测多种金属元素，对于ppm级别的元素有很高的准确度，虽然它的部分元素的检出限能达到ppb级别，但对于10ppb以下的准确度不高，而且它一般不用于检测汞元素。因此，建立一种简单、快速和灵敏度高的同时检测饲料中多种重金属的检测方法是非常必要的。

电感耦合等离子体质谱仪是新兴的一种分析检测技术，它具有极宽的动态线性范围，痕量的检出限，可以实现进行多元素的同时分析，且具有精密度高和分析速度快等优点，能够克服传统检测方法的不足之处，对于实现多种金属元素的同时快速检测具有十分重要的意义；目前该技术在环境、食品、半导体、医药及生理分析等领域得到较为广泛的研究。

然而，目前还没有适用于动物饲料的电感耦合等离子体质谱仪检测的方法。尽管食品与饲料同属于不同生物的食物，具有一定的共性，但食品与饲料还是存在一定的差异性，因此，针对食品的电感耦合等离子体质谱仪检测法不能直接适用于动物饲料，需要针对动物饲料研发专门的电感耦合等离子体质谱仪检测的方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速对饲料中多种重金属同时进行检测的方法，其能够灵敏、准确地对各种动物饲料中的多种重金属的含量同时进行检测。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种饲料中多种重金属快速同时的检测方法，具体包括以下步骤：

步骤1：精确称取经绞碎且质地均匀的待测饲料样品，置于消解罐中；

步骤2：向所述的消解罐中加入消解液，放入石墨电热消解仪中进行预消解，直至消预解过程中产生的烟雾消失；

步骤3：将所述的消解罐置入微波消解仪中进行再次消解，以使消解液完全消化样品；

步骤4：将消解液转至容量瓶中，成为待测液，同时做空白实验；

步骤5：对电感耦合等离子体质谱仪进行调谐；

步骤6：配制不同浓度的待测重金属的标准溶液，并将所配得的标准溶液分别置入电感耦合等离子体质谱仪中并进行测量；根据某一重金属的不同浓度标准溶液在电感耦合等离子体质谱仪中相应获得的响应强度，建立对应该重金属的工作曲线；

步骤7：将所述的待测液和空白溶液同时置入电感耦合等离子体质谱仪中进行测量，记录所测得的各种重金属的响应强度；根据前步骤中获得的各重金属的工作曲线推断出待测液中各种重金属的浓度；

步骤8：通过下式计算待测液中重各金属的含量：

X＝(C-C₀)×V/(M×1000)，其中：

X－待测液中各种重金属的含量，单位为毫克每千克(mg/kg)；

C－待测液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

C₀－空白溶液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

V－待测液的体积，单位为毫升(mL)；

M－待测液的取样量，单位为克(g)。

本发明提供了一种通过电感耦合等离子体快速测量饲料中的常见重金属元素，如汞、砷、镉等元素的含量的方法。其中，步骤1～4为待测液的前处理，即从饲料样品中获得待测液的步骤。步骤5～8为具体的测量和计算步骤。

在步骤1～4的前处理步骤中，样品经过两次消解后完全溶于消解液中，成为待测液。具体而言，样品先经过石墨电热预消解，再进行微波消解。石墨电热消解为在敞开式的容器中进行的常压消解，而微波消解是在密闭容器中进行的高压消解。这种先在敞开容器中进行预消解，再在密闭容器中进行高压消解的形式既可使样品充分消解，又能够降低爆炸危险。所述的消解液可选用本领域常用的消解液，例如硝酸、盐酸、氢氟酸、硫酸或双氧水等。

“空白实验”是指在不加样品的情况下，用与测定样品相同的方法、步骤在电杆耦合等离子体质谱仪中进行定量分析，把所得结果作为空白值，从样品的分析结果中扣除，以消除由于试剂不纯或试剂干扰等所造成的系统误差。

步骤5中对采取本领域的常规手段对电感耦合等离子体质谱仪进行调谐，即按照电感耦合等离子体质谱仪的仪器操作规范流程先对仪器进行调谐，设置仪器的相关参数，采用调谐液调谐仪器至最佳的工作状态，且满足分辨率≤0.8，氧化物离子产率(156CeO⁺/140Ce⁺)≤3.0％，双电荷离子产率(69Ba²⁺/138Ba⁺)≤3.0％等参数条件的要求。调谐液可为2％硝酸溶液介质的锂、钇、铊、铈、铍、铟、铋、钡，浓度为1μg/L。

在步骤6～8中，首先根据重金属标准溶液在电感耦合等离子体质谱仪的响应强度建立某一重金属的浓度-响应强度的关系曲线(即上文所述的工作曲线)；然后，再将待测液在同一电感耦合等离子体质谱仪中进行测量。根据待测液中不同重金属的响应强度和工作曲线，可以推断这些重金属的浓度，进而计算出待测液中各重金属的含量。

优选地，所述的消解液为硝酸。

优选地，在所述的步骤2中，向每0.3～0.5g的饲料样品中加入5～8mL消解液，并在80～110℃下进行预消解。

优选地，所述的步骤3中的消解条件为：在100～120℃以1200W的消解功率消解5分钟，恒温5分钟；随后在140～160℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温10分钟；最后在180～200℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温15分钟；然后冷却至室温。

优选地，在所述的步骤6中，配置铅、镉、铬、砷和铜的混合标准溶液0μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L，配置汞的标准溶液0μg/L、0.1μg/L、0.2μg/L、0.5μg/L、1μg/L、2μg/L。

优选地，在所述的步骤4中，将消解液转至容量瓶后，用少量的去离子水水洗涤消解罐，并将洗液合并于容量瓶中用去离子水定容，成为所述的待测液。

有益效果：

本发明提供了一种针对电感耦合等离子质谱仪的、对各种动物饲料中的多种重金属同时进行快速检测的方法，特别是提供了适用于电感耦合等离子质谱仪的动物饲料的前处理方法。利用本发明提供的方法，实验人员可以简单、快速、准确地利用电感耦合等离子质谱仪对动物饲料中的多种重金属进行检测。

附图说明

图1是电感耦合等离子体质谱仪优化达到的状态。

具体实施方式

下文将结合具体实施方式，对本发明进行进一步的说明。

在下文中，所使用的鸡饲料购自广州市江丰实业股份有限公司，猪饲料购自淮北市普兰克饲料有限公司，鱼饲料购自原阳县正大饲料有限公司，牛饲料购自新乡市正大康地农牧有限公司，羊饲料购自新乡市正大康地农牧有限公司，鸭饲料购自原阳县正大饲料有限公司。所使用的石墨电热消解仪为湖南金蓉园仪器设备有限公司的ED54，所使用的微波消解仪为Master 40，所使用的电感耦合等离子体质谱仪为Agilent 7700x。

实施例1

步骤1：精确称取经绞碎且质地均匀的待测鸡饲料样品0.3g，置于聚四氟乙烯消解罐中；

步骤2：向所述的聚四氟乙烯消解罐中加入6mL的硝酸作为消解液，放入石墨电热消解仪中进行预消解，直至消预解过程中产生的红色烟雾消失；

步骤3：取出消解罐，根据消解罐中消解液的消耗量可再适量添加硝酸，然后旋紧外盖；将所述的消解罐置入微波消解仪中进行再次消解，消解条件为：在100℃以1200W的消解功率消解5分钟，恒温5分钟；随后在140℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温10分钟；最后在180℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温15分钟，然后冷却至室温；此时，消解液完全消解样品；

步骤4：将消解液转至50mL塑料容量瓶中，用少量的水分三次洗涤消解罐，洗液合并于容量瓶中定容至刻度，成为待测液，同时做空白实验；

步骤5：对电感耦合等离子体质谱仪进行调谐，设置仪器的相关参数，采用调谐液调谐仪器至最佳的工作状态，且满足分辨率≤0.8，氧化物离子产率(156CeO+/140Ce+)≤3.0％，双电荷离子产率(69Ba2+/138Ba+)≤3.0％等参数条件的要求(见图1)；所使用的调谐液为锂、钇、铊、铈、铍、铟、铋、钡，浓度为1μg/L；

步骤6：配置铅、镉、铬、砷和铜在2％硝酸中的0μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L的标准溶液，配置汞在2％硝酸中的0μg/L、0.1μg/L、0.2μg/L、0.5μg/L、1μg/L、2μg/L的标准溶液，并将所配得的标准溶液分别置入电感耦合等离子体质谱仪中并进行测量；根据铅、镉、铬、砷、铜和汞的不同浓度标准溶液在电感耦合等离子体质谱仪中相应获得的响应强度，建立对应该重金属的工作曲线；在向电感耦合等离子体质谱仪中注入这一系列标准溶液时，先由低到高引入汞的标准溶液，再引入铅、镉、铬、砷和铜的混合标准溶液。这样可以避免汞的记忆效应对样品的影响；

步骤8：通过下式计算待测液中重各金属的含量：

X＝(C-C₀)×V/(M×1000)，其中：

X－待测液中各种重金属的含量，单位为毫克每千克(mg/kg)；

C－待测液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

C₀－空白溶液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

V－待测液的体积，单位为毫升(mL)；

M－待测液的取样量，单位为克(g)。

在上述的步骤5～6中，所述的电感耦合等离子体质谱仪的参数设置见表1。

本实施例的检测结果记录于表2中。

实施例2

实施例2的步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：

(1)所使用的饲料样品为猪饲料，重量为0.5g；

(2)在步骤2中，取5mL的硝酸作为消解液，在80℃下进行预消解；

(3)步骤3中的消解条件为：在120℃以1200W的消解功率消解5分钟，恒温5分钟；随后在160℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温10分钟；最后在200℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温15分钟，然后冷却至室温。

本实施例的检测结果记录于表2中。

实施例3

实施例3的步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：

(1)所使用的饲料样品为鱼饲料，重量为0.4g；

(2)在步骤2中，取8mL的硝酸作为消解液，在110℃下进行预消解；

(3)步骤3中的消解条件为：在110℃以1200W的消解功率消解5分钟，恒温5分钟；随后在150℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温10分钟；最后在190℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温15分钟，然后冷却至室温。

本实施例的检测结果记录于表2中。

实施例4

实施例4的步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：所使用的饲料样品为牛饲料。本实施例的检测结果记录于表2中。

实施例5

实施例5的步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：所使用的饲料样品为羊饲料。本实施例的检测结果记录于表2中。

实施例6

实施例6的步骤与实施例1基本相同，其不同之处在于：所使用的饲料样品为鸭饲料。本实施例的检测结果记录于表2中。

表1电感耦合等离子体质谱仪的参数设置

仪器参数	数值	仪器参数	数值
				射频功率	1550	采样深度	8.0mm
等离子体气流速	15L/min	测定点数	3
				载气流速	0.8L/min	重复次数	3
辅助气流速	0.8L/min	雾化器	耐盐型
				氦气流速	3.5mL/min	雾化室温度	2℃

表2饲料中不同重金属的含量(mg/kg)

序号	样品名称	Cr	Cu	As	Cd	Hg	Pb
								1	鸡饲料	0.444	9.70	0.163	0.0287	0.00121	0.123
2	猪饲料	0.500	11.0	0.329	0.0634	未检出	0.203
								3	鱼饲料	0.564	18.7	0.328	0.0511	0.00122	0.191
4	牛饲料	0.500	9.45	0.402	0.0192	0.00137	0.585
								5	羊饲料	0.604	19.7	0.123	0.254	未检出	0.194
6	鸭饲料	0.725	11.8	0.178	0.0454	0.00112	0.360

检出限的验证

根据《GB/T 14924.2-2001实验动物配合饲料卫生标准》中重金属的检测采用的是GB/T5009系列的标准，因此验证该检测方法的检出限可以依据《GB/T 5009.1-2003食品卫生检验方法理化部分总则》，各元素的检出限、线性相关系数、积分时间和线性回归方程见下表4。

表4

注：检出限以样品称样量0.5g，定容为50mL计。

回收率的验证

在饲料样品中添加重金属的混合标准溶液，得到三组不同的加标的样品，设置三组加标的浓度分别在标准曲线的低、中、高三个点，用实例一中的检测方法对鸡饲料样品进行三组加标检测并计算平均回收率，检测的结果如下表5所示。

表5

精密度的验证

用第一至第六实施例的检测方法分别测定不同的饲料的样品三次，并计算测定结果的相对标准偏差即为精密度，结果如下表6所示。

表6

精密度

鸡饲料

猪饲料

鱼饲料

牛饲料

羊饲料

鸭饲料

Cr

3.4％

3.8％

3.1％

2.6％

2.3％

3.3％

Cu

1.5％

2.2％

1.0％

2.9％

1.7％

2.0％

As

2.2％

3.2％

3.1％

2.3％

3.8％

2.6％

Cd

4.1％

3.9％

2.6％

3.5％

4.1％

3.2％

Hg

3.2％

3.0％

3.7％

2.5％

2.9％

2.3％

Pb

2.1％

2.5％

1.0％

1.6％

0.7％

1.6％

Claims

1.一种饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤5：对电感耦合等离子体质谱仪进行调谐；

步骤7：将所述的待测液以及空白溶液同时置入电感耦合等离子体质谱仪中进行测量，记录所测得的各种重金属的响应强度；根据前步骤中获得的各重金属的工作曲线推断出待测液中各种重金属的浓度；

步骤8：通过下式计算待测液中重各金属的含量：

X＝(C-C₀)×V/(M×1000)，其中：

X－待测液中重金属的含量，单位为毫克每千克(mg/kg)；

C－待测液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

C₀－空白溶液中重金属的浓度，单位为微克每升(μg/L)；

V－待测液的体积，单位为毫升(mL)；

M－待测液的取样量，单位为克(g)。

2.根据权利要求1所述的饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于：所述的消解液为硝酸。

3.根据权利要求1所述的饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于：在所述的步骤2中，向每0.3～0.5g的饲料样品中加入5～8mL消解液，并在80～110℃下进行预消解。

4.根据权利要求1所述的饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于：所述的步骤3中的消解条件为：在100～120℃以1200W的消解功率消解5分钟，恒温5分钟；随后在140～160℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温10分钟；最后在180～200℃下以1200W的消解功率消解3分钟，恒温15分钟；然后冷却至室温。

5.根据权利要求1所述的饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于：在所述的步骤6中，配置铅、镉、铬、砷和铜的混合标准溶液0μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、40μg/L、50μg/L，配置汞的标准溶液0μg/L、0.1μg/L、0.2μg/L、0.5μg/L、1μg/L、2μg/L。

6.根据权利要求1所述的饲料中多种重金属快速同时的检测方法，其特征在于：在所述的步骤4中，将消解液转至容量瓶后，用少量的去离子水水洗涤消解罐，并将洗液合并于容量瓶中用去离子水定容，成为所述的待测液。