采用ICP-MS法检测蚱蝉老龄若虫微量元素

罗璇 ，崔梦琪，梅英杰，马成业

1. 山东理工大学农业工程与食品科学学院（淄博 255000）；2. 淄博市食品药品检验研究院（淄博 255000）

蚱蝉，俗称知了，蚱蝉老龄若虫俗称知了猴、肉牛、结了龟。蚱蝉为不完全变态昆虫，生长发育主要经过卵、若虫、成虫3个发育期[1]。夏季蚱蝉将卵产在树木的木质组织内，若虫一孵出即钻入地下，吸食植物根中的汁液。蚱蝉一般经5次蜕皮，需几年才能成熟。蚱蝉老龄若虫是极富特色的野味，世界各地都有食蚱蝉的习俗[2-3]。研究发现其蛋白质含量为69.91 g/100 g（干重），脂肪含量在5%～15%之间（干重），碳水化合物含量低于5 g/100 g（干重），维生素B1平均含量为2.88 g/100 g（鲜重），钙和铁的含量均远远高于一般肉类食品[4-5]。蚱蝉老龄若虫市场认可度高、味道鲜美、营养丰富，是一种极具开发潜力的动物蛋白资源。刚刚出土的老龄若虫在餐饮市场供不应求，市售单价已达到0.7～2.0元/头，仅靠野外捕捉已不能满足需要，目前已有养殖产品问世。由于蚱蝉若虫要在土壤中生活若干年（北美洲东岸森林中的蚱蝉若虫可在地下生活长达17年之久）[6]，易受环境中农药、化肥、污水、固废、大气沉降等因素污染[7-9]，其中重金属与其他种类的化合物不同，它们不能被土壤微生物分解，同时生物体可以富集重金属，并且把某些重金属转变成毒性更大的形态。有些污染物如铅、镉、汞等通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康[10-12]。根据相关研究发现相似样品，如蚕蛹、冬虫夏草等变态发育昆虫极易富集环境中的有害金属元素[13-14]。为了解蚱蝉受污染物影响情况，特别是作为昆虫食物资源的老龄若虫是否也受到有害污染，试验对来自7个省的7份蚱蝉老龄若虫样品中的10种微量元素含量进行测定，依据检测结果判断是否存在污染物含量异常的可能。蚱蝉中化学元素测定的常用方法主要有原子吸收（AAS）法、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法和电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法等。其中ICP-MS法是近年来发展较快的一种分析方法，具有检出限低、灵敏度高等特点，可快速、准确地同时测定样品中的多种元素，应用十分广泛[15-16]。试验应用微波消解法处理蚱蝉老龄若虫样品，建立了ICP-MS法同时检测分析蚱蝉样品的铅、砷、铬、镉、汞、钒、钴、镍、硒、铊10种微量元素的含量，并对来自不同地区的蚱蝉老龄若虫样品进行测定，采用聚类分析法将各地样品微量元素的情况进行统计分析，试验结果能准确了解蚱蝉体内微量元素含量情况，为判断和发现污染物在蚱蝉老龄若虫的残留与累积情况提供技术支持。

1 材料与方法

1.1 材料和仪器

蚱蝉老龄若虫样品分别来自山东省菏泽市、江苏省徐州市、安徽省庐江市、河南省南阳市、安徽省合肥市、江西省萍乡市、河北省石家庄市、陕西省西安市7个地区。每批蚱蝉老龄若虫样品约100头，分别充分混匀打碎后，在110 ℃条件下烘干至恒重。

HNO3（UP级，苏州晶瑞化学股份有限公司）；H2O2（优级纯，上海沃凯生物技术有限公司）；HCl（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；多元素混合标准贮备液、内标元素贮备液、汞元素贮备液（安捷伦科技有限公司）。超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm。

Agilent 7900型电感耦合等离子体质谱仪（安捷伦科技有限公司），配有ICP-MS MassHunter数据处理软件；Milli-Q超纯水仪（法国Millipore公司）；MARS6微波消解仪（美国CEM公司）；

1.2 检测方法

1.2.1 标准工作溶液的配制

1.2.1.1 多元素混合标准工作液

准确移取1 mL质量浓度为10 μg·mL-1的混合标准贮备液于100 mL容量瓶中，用2% HNO3定容，配制成质量浓度为100 μg·L-1的标准溶液。用2% HNO3配制质量浓度为0，1.00，5.00，10.0，20.0和50.0 μg·L-1的多元素混合标准工作液。

1.2.1.2 汞标准工作液

准确移取100 μL质量浓度10 μg·mL-1汞元素贮备液于100 mL容量瓶中，用5% HCl定容，配制成质量浓度为1 μg·mL-1的标准溶液。用5% HCl配制质量浓度为0，0.100，0.500，1.00，1.50和2.00 μg·L-1的汞元素标准工作液。

1.2.1.3 多元素内标使用液

准确移取250 μL质量浓度100 μg·mL-1内标多元素贮备液于25 mL容量瓶中，用2% HNO3定容，配制为1 μg·mL-1的内标使用液。

1.2.2 仪器参数优化

用调谐液对电感耦合等离子体质谱仪各参数进行调谐和优化，使灵敏度和分辨率达到最佳状态。具体参数见表1。

表1 优化的电感耦合等离子体质谱仪工作条件

1.2.3 样品处理

分别准确称取0.500 g烘干至恒重的蚱蝉老龄若虫样品粉末放入聚四氟乙烯消解罐内，加入7 mL HNO3和1 mL H2O2过夜预消解，旋紧罐盖，然后采用升温控制模式对样品进行微波消解，优化后的微波消解程序如表2所示。待消解结束冷却至常温后，缓慢打开罐盖排气，用少量超纯水冲洗内盖，将消解液转移至50 mL容量瓶中，用超纯水定容，在优化后的电感耦合等离子体质谱仪工作条件下进行测定，同时制作空白样品。每个样品3个重复检测样。

表2 检测样品的微波消解程序

1.2.4 样品测定

在优化的仪器工作条件下检测空白样品溶液、标准液和待测液。1 μg·mL-1多元素内标使用液在线加入。在碰撞反应池模式下测定铅、镉、汞、砷、镍、铬、钒、钴、硒、铊元素的含量，其中镉元素经100倍稀释后测量。

1.3 数据统计分析

IBM SPSS Statistics 19数据统计软件的系统分析法进行聚类分析。

2 结果与讨论

2.1 蚱蝉老龄若虫样品中微量元素测定的方法学验证

2.1.1 标准曲线方程各被测元素的检出限、线性范围、标准曲线方程

取空白对照溶液连续进样11次，以空白对照溶液测定值的3倍标准偏差所对应的待测元素浓度作为检出限。可见该检测方法中各元素的标准曲线具有良好的线性关系，相关系数在0.998 3～0.999 7之间。各元素检出限、线性范围、标准曲线方程见表3。

表3 被测微量元素的线性范围及标准曲线方程和相关系数

2.1.2 加标回收率及精密度试验

在1组样品中添加3个浓度水平的多元素混合标准溶液和汞标准溶液，按照上述试验方法在优化的仪器工作条件下测定各元素的回收率。样品中的元素含量、加标量和测量值以及回收率列于表4。所有待测元素的加标回收率在81.6%～109.6%之间。取其中1份，连续进样6次，计算检测结果的精密度SRSD范围在0.9%～4.0%之间，各元素检测结果的重复性SRSD范围均＜5%，结果表明该方法具有良好的重复性和精密度。

表4 蚱蝉老龄若虫样品中10种被测微量元素的加标回收率

2.2 不同来源蚱蝉老龄若虫样品中的微量元素含量

应用上述检测方法对来自不同省份的7份蚱蝉老龄若虫样品进行分析，结果见表5。根据GB 5009.3—2016[17]第一法食品中水分的测定方法得出，蚱蝉老龄若虫的含水量约为75.4%。参照GB 2762—2017[18]食品中污染物限量和实际工作中对昆虫类食材的分类，蚱蝉可以参照肉的限量值，蚱蝉老龄若虫在所检7个样品中5个样品存在镉含量超标的情况，其余元素低于污染物限量标准。

表5 7份蚱蝉老龄若虫样品中10种金属元素含量的检测结果［折算为鲜重（mg·kg-1）］

参照镉元素在GB 2762—2017中0.1 mg·kg-1的限量，山东、江苏、河南、江西、陕西的样品均超出食品安全限量，超标最严重的样品来自江苏徐州和陕西西安，分别超标21.05倍和10.04倍。未超限量的安徽、河北样品含量也接近食品安全限量。

2.3 蚱蝉老龄若虫样品微量元素的聚类分析

以7种蚱蝉老龄若虫中10种微量元素的含量为变量，运用SPSS 19.0数据统计软件，采用组间平均距离连接法进行聚类分析研究，结果见图1。有图1可知，当临界值取8时，7组样品聚可为3组，其中河南、安徽分为一组，两地区的微量元素含量最为接近，江西、河北、陕西分为一组，其微量元素含量相对接近。山东、江苏是一组，由表5可知其大部分微量元素比其他省份高。

图1 各地蚱蝉老龄若虫微量元素聚类分析图

3 结论

应用微波消解结合ICP-MS法测定7省蚱蝉老龄若虫样品中10种微量元素的含量，在优化的仪器工作条件下，所有待测元素的加标回收率在81.6%～109.6%之间，相对标准偏差SRSD在5%以内。参照国内食品中污染物限值标准，来自山东、江苏、河南、安徽、江西、陕西的蚱蝉老龄若虫样品镉含量超过食品安全国家标准，原因可能是由物种在环境中富集引起的，也可能是在售卖的过程中添加了某些物质，有待进一步增加样品数量和针对相应的环境因素调查研究之后做出更为全面、准确的结论。

目前我国尚未出台可食用昆虫污染物标准，蚱蝉、蚕蛹、蝗虫、豆天蛾等可食用昆虫参照GB 2762—2017中一般归类为肉类。但其食用量远远低于肉类的摄入量，因此，将0.1 mg·kg-1作为限量也有待商榷。由于食用昆虫在我国的市场正逐步拓展，因此需尽快建立常见食用昆虫微量元素含量的合理限量标准，以便纳入监管，确保广大消费者的食用安全。