小麦是我国第三大粮食作物，在居民日常饮食结构中占有重要地位，约40%的人口以小麦为主食，我国河南、山东、陕西、山西等地，小麦均有广泛种植和食用[1]。近年来，我国小麦连年增产，至2020年，全国粮食总产量达66 949万吨，小麦总产量13 425万吨，占比20.05%，同年，全年进口小麦838万吨，进口量同比增加140.2%[2-3]。小麦作为主食，加工可制作成面条、馒头、饺子、面包等多种美食及特色产品，其富含碳水化合物、蛋白质、纤维素，同时含有多种维生素及矿物质，因此深受人们喜爱[4]。但小麦在种植过程中会富集土壤、灌溉用水、大气中的重金属，加工过程中也会因为加工工艺和器械等造成重金属二次污染[5-7]。而重金属中Pb、As、Cd、Cr摄入人体后，因人体对重金属代谢能力有限，积累过多后会对人体造成各种损害，有致畸、致癌和致突变等潜在危害[8-12]。因此，为了促进食品安全管理，对小麦粉及其制品的重金属检测极为重要。
虽然在GB 2762—2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中对Pb、As、Cd、Cr等污染物限量作出了规定，但食品中重金属污染仍存在风险隐患[13-18]。目前重金属的检测方法有比色法、电化学分析法、酶联免疫吸附法、原子吸收光谱法、原子荧光法、电感耦合等离子体光谱法（inductively coupled plasma-optical emission spectroscopy，ICP-OES）和电感耦合等离子体质谱法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICPMS）等。相比其他检测方法，ICP-MS灵敏度高、检测速度快，且可用内标元素有效去除干扰，准确度较高，是目前重金属检测效果较好的方法[19-22]。ICP-MS进行重金属检测时，样品的前处理直接影响测定结果的准确度，常见的样品处理方法有干法灰化法、湿法消解法、浸提法等。干法灰化处理样品时温度过高，不适合汞、砷等高温易挥发元素，而浸提法提取效率较低，不适用于样品中元素含量较低的情况，因微波消解和湿法消解均有损失率较低的优点，成为了低浓度重金属检测中常用的前处理方法[23-28]。
本研究着重探讨微波消解和湿法消解两种方法对ICP-MS检测小麦粉中Pb、As、Cd、Cr含量的影响，比较两种前处理方法的优缺点，以期为小麦粉及其制品检测的准确高效及食品安全的市场监管提供参考。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
小麦粉：市售。硝酸、30%过氧化氢、高氯酸（均为优级纯）：国药集团化学试剂有限公司。
多元素标准溶液（1 000 μg/mL）、Bi、Ge、In、Rh、Sc、Tb、Y 内标溶液（10 μg/mL）：国家有色金属研究中心；Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U调谐液（1 μg/L）：美国Perkin-Elmer公司；GBW10011小麦生物成分分析标准物质：中国地质科学院地球物理地球化学勘察研究所。
1.2 仪器与设备
NexION 300电感耦合等离子体质谱仪：美国PerkinElmer公司；ETHOS UP微波消解仪：意大利Milestone公司；DB-4型电热板：常州国华电器有限公司；ECH-20赶酸仪：上海新仪微波化学科技有限公司。
1.3 方法
1.3.1 溶液配制
2%硝酸溶液：取20 mL硝酸与980 mL水混匀。
用2%硝酸溶液将标准溶液分别稀释至1、5、10、20、50、100 μg/L，同时用2%硝酸溶液将内标溶液稀释至20 μg/L。
混合酸溶液：取硝酸80 mL、高氯酸20 mL混合。
1.3.2 样品前处理
称取小麦粉样品1kg，采用四分法处理后，取100 g封入自封袋，备用。
1.3.3 湿法消解
称取0.5 g样品于锥形瓶中，加入10mL混合酸溶液，静置2 h，置于电加热板上于120℃加热至无棕烟，逐步升温至190℃继续加热，若溶液变黑可补加硝酸，消解至冒白烟且消化液呈无色透明，加入约2 mL超纯水赶酸，赶酸至溶液1 mL左右，取下，冷却后用2%硝酸溶液定容至25 mL，摇匀后过0.45 μm水系滤膜。同时做试剂空白试验。
1.3.4 微波消解
称取0.2 g样品至消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL过氧化氢，按照表1升温程序进行微波消解，待消解完成后，取下消解罐盖子，置于赶酸仪上160℃赶酸至溶液呈黄豆大小，取下冷却后用2%硝酸水溶液定容至25 mL，摇匀后过0.45 μm水系滤膜。同时做试剂空白试验。微波消解升温程序见表1。
表1 微波消解升温程序
Table 1 The temperature programming of microwave digestion system
升温程序 温度/℃ 升温时间/min 恒温时间/min 1 120 5 5 2 170 5 5 3 190 5 10
1.3.5 加标试验
取均匀小麦粉样品，按照1.3.3、1.3.4两种前处理方法精密称取样品适量，分3个梯度精密吸取适量混合标准溶液加入上述样品中，使溶液浓度分别为1、10、50μg/L。处理后得到样品加标溶液。每个梯度相同操作6次，同时做试剂空白试验。
1.3.6 验证试验
称取适量GBW10011小麦粉标准样品，按照1.3.3、1.3.4前处理方法处理，得到标准样品溶液。
1.3.7 仪器测定
仪器开机抽真空，稳定后使用调谐液将仪器调至最佳状态，设定射频发生器功率1200W、蠕动泵45r/min、等离子体气流量12 L/min、载气流量0.6 L/min，采用碰撞模式（氦气为碰撞气，碰撞气流量5 mL/min），进行标准曲线和样品测定，同时用内标溶液在线校正。
1.4 数据处理
使用Excel处理数据、Origin2017绘制图谱、IBM SPSS Statistics 25进行数据分析。
2 结果与分析
2.1 两种前处理方法试剂消耗量及时间对比分析
对两种前处理方法处理单个样品的平均试剂消耗量及处理时间进行统计，结果见表2。
表2 平均试剂消耗量及时长（n=6）
Table 2 Average reagent consumption and average duration（n=6）
方法 硝酸/mL 高氯酸/mL过氧化氢/mL总时间/h试剂费用/元湿法消解 20.5 2 0 7.03 4.30微波消解 5 0 2 2.55 0.73
由表2可知，湿法消解试剂消耗量明显高于微波消解，因此造成费用较高，而高氯酸作为易制爆试剂，单价较高，是造成湿法消解试剂费用较高的主要原因，同时高氯酸在消解过程中会产生含氯废气，对空气质量造成污染；湿法消解所用时间较长，约为微波消解所需时间的2倍～3倍。
2.2 线性范围和检出限
通过 ICP-MS测定Pb、As、Cd、Cr标准曲线，对空白标准溶液进行20次测定，计算20次空白的标准偏差，3倍标准偏差除以斜率为检出限（n=20），各待测物质标准曲线为Pb：y=20 155x+0、As：y=471x+0、Cd：y=3 910x+0、Cr：y=434x+0，在 0～100 μg/L 内具有良好的线性关系，相关系数为Pb：0.999 934、As：0.999 974、Cd：0.999 891、Cr：0.999 898，4 种元素使用 ICP-MS 测定时均有良好的检出限，检出限分别为0.010、0.095、0.012、0.117 μg/L。
2.3 准确性分析
不同加标量下的回收率见图1。
图1 不同加标量下回收率
Fig.1 Rate of recovery under different scalar addition
计算样品加标回收率，在整体加标试验中，3个梯度加标试验回收率为80.3%～104.4%，均符合GB/T 27404—2008《实验室质量控制规范食品理化检测》的要求，证明两种前处理方法准确性良好。如图1所示，当加标量为1 μg/L时，回收率为80.3%～104.4%；加标量为10 μg/L 时，回收率为82.5%～98.4%；加标量为50 μg/L时，回收率为87.3%～97.9%。可见当样品中 Pb、As、Cd、Cr含量较低时，回收率浮动较大；随着目标物含量的增大，整体回收率趋于稳定。
2.4 精密度分析
计算各加标数据相对标准偏差（relative standard deviation，RSD），结果见表 3。
表3 相对标准偏差试验结果（n=6）
Table 3 RSD test results（n=6）
元素加标量/（μg/L）湿法消解/%微波消解/%Pb 1 8.65 8.56 10 3.43 4.22 50 1.94 2.08 As 1 7.68 5.21 10 2.53 4.85 50 1.71 2.22 Cd 1 6.69 6.39 10 3.52 3.50 50 2.52 2.32 Cr 1 7.05 8.52 10 2.99 5.20 50 2.46 2.25
由表 3 可知，Pb、As、Cd、Cr在 3 个梯度下 RSD为1.71%～8.65%，均小于10%，且RSD随着样品中Pb、As、Cd、Cr加标量的增加呈减小趋势，表明两种前处理方法均具有良好的精密度。
2.5 标准物质验证
将标准样品溶液上机测定，结果见表4。
表4 标准物质测定结果
Table 4 Determination results of standard materials
元素标准值/（mg/kg）检测结果/（mg/kg）湿法消解 微波消解Pb 0.09±0.03 0.073 2 0.080 8 As 0.04±0.01 0.031 5 0.036 2 Cr 0.09±0.03 0.076 9 0.084 3 Cd 21.00±3.00 21.613 0 19.748 0
由表4可知，测定结果均在标准值范围，可见两种处理方法对ICP-MS检测小麦粉中Pb、As、Cd、Cr的影响不大，测定结果基本符合标准值不确定度的要求。
2.6 显著性分析
使用SPSS对加标试验数据进行显著性分析，结果见表5。
表5 回收率试验显著性分析
Table 5 Significance analysis of recovery test
images/BZ_152_578_1672_2221_1700.png置信区间上限回收率 假定等方差 0.579 0.448 -0.074 142 0.941 -0.060 861 0.819 566 -1.680 988 1.559 266不假定等方差 -0.074 141.982 0.941 -0.060 861 0.819 566 -1.680 990 1.559 268项目莱文方差等同性检验 平均值等同性t检验 平均值等同性t检验F显著性t自由度Sig.（双尾）平均值差值标准误差差值差值95%下限
由表5可知，两种处理方法对试验结果准确度的影响无显著性差异（P=0.941＞0.05）。同时对精密度进行显著性分析，结果见表6，可知两种样品处理方式对试验结果的精密度无显著性影响（P=0.729＞0.05）。
表6 精密度试验显著性分析
Table 6 Significance analysis of precision test
images/BZ_152_578_2301_2221_2330.png置信区间上限精密度 假定等方差 0.454 0.507 -0.351 22 0.729 -0.345 83 0.983 91 -2.386 35 1.694 68不假定等方差 -0.351 21.879 0.729 -0.345 83 0.983 91 -2.387 00 1.695 34项目莱文方差等同性检验 平均值等同性t检验 平均值等同性t检验F显著性t自由度Sig.（双尾）平均值差值标准误差差值差值95%下限
3 结论与讨论
通过对比微波消解法和湿法消解法对ICP-MS检测小麦粉中Pb、As、Cd、Cr的影响可知，两种检测方法在精密度、准确度方面无显著性差异，不会对试验结果的准确性造成太大影响，均适用于ICP-MS法检测小麦粉中的Pb、As、Cd、Cr元素；但湿法消解试剂消耗较多，造成消耗费用较高，同时也带来含氯废气的处理问题。考虑到微波消解仪价格较高，在进行样品测定时，若样品量较小，建议选择湿法消解，样品量较大时，选择微波消解法综合费用更低。
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