重金属易在动物体内长期积累，通过食物链被人体摄入，对人体造成伤害，因此需要对饲料中重金属含量进行长期监测[1-2]。前处理方法是重金属分析中的关键影响步骤。干灰化法、微波消解法、湿法消解法和石墨消解法是常用的前处理方法[3-5]。干灰化法为国家标准中采用的处理方法；微波消解法是通过密闭微波和强酸作用达到快速消解的目的；湿法消解法一般通过高温加热条件结合不同酸液或碱液体系完成样品消解。石墨消解法是近年来发展较快的处理方法，可按设定程序自动完成预消解、消解、赶酸等一系列操作，在高通量重金属检测中已得到广泛应用[6-7]。关于饲料中重金属检测方法的研究较多。如邵玉芳等[8]采用微波消解与原子吸收光谱仪结合的方式，建立了测定饲料中Cu、Zn、Pb、Cd等4种元素的含量。一些研究也建立了等离子体质谱仪检测饲料中Cr、As、Cd、Pb、Zn、Cu、Hg、Ba、Ti、Se等元素的方法[9-11]。也有部分学者采用微波消解与等离子体光谱仪建立了测定饲料中K、Ca、Na、Mg、P、Cu、Fe、Mn、Zn、Co、Mo、Cd、Pb等元素含量的方法[12-14]。目前有关研究主要集中在单一方法，对现有多种饲料中重金属前处理方法进行全面比对的研究较少，特别是石墨消解法处理饲料样品的研究更少。饲料中元素的现行国家标准均为采用原子吸收光谱仪进行单元素测定，前处理方法只有干灰化法，工作效率低。本试验通过对比4种应用较为广泛的前处理方法（干灰化法、微波消解法、湿法消解法和石墨消解法），结合等离子体质谱仪（ICP-MS）检测探究各个检测方法优缺点，为更适用于检测饲料中多种重金属元素的方法提供参考。1材料与方法1.1试验试剂15批次饲料样品为全价配合料，购自市场。将饲料样品烘干，混匀，粉碎，过50目筛。GBW10243猪饲料标准物质购自北京北方伟业计量技术研究院。试验用水为去离子水，HNO3、HF、HClO4、HCL质量分数分别为68%、65%、70%、69%。试验所用玻璃器皿均用20%硝酸溶液浸泡过夜清洗。Cr、Cu、Cd、Pb、Ge、Rh、Re标准溶液的质量浓度均为1 000 mg/L，由国家有色金属及电子材料分析测试中心提供。1.2试验仪器MARS-Express微波消解仪购自CEM公司，DV4000电热消解仪购自南京瑞尼克公司，31750A数控高温电炉购自TOPPER公司，Elix5+Milli Q Element超纯水机购自MERCK MILLIPORE公司，AYU220电子天平购自岛津公司，EG33A-pLus电热板购自北京莱伯泰科公司，D-56石墨消解仪购自广州格丹纳公司，ICP-MS X series Ⅱ等离子体质谱仪购自赛默飞世尔公司。1.3测定指标及方法1.3.1样品前处理1.3.1.1干灰化法（经典方法）称取饲料样品0.5 g（精确至0.1 mg）于坩埚中，转移至电炉低温进行碳化，碳化至无黑烟生成，转移至马弗炉中煅烧灰化。煅烧程序：30 min升温至200 ℃，保持30 min；30 min至400 ℃，保持30 min；30 min分别升温至最高温度550 ℃，保持5 h。若灰化不彻底，取出冷却滴上去离子水湿润灰分，补入5 mL浓硝酸溶液，在120 ℃电热板上蒸发至干，继续灰化3 h。取出冷却，使用10 mL盐酸溶液溶解，转移至50 mL烧杯中，电热板上继续加热近沸，过滤至50 mL具塞比色管中，稀硝酸溶液（0.5%）定容，摇匀。1.3.1.2微波消解法称取饲料样品0.5 g（精确至0.1 mg），加入8 mL硝酸，预消解2 h，转移至微波消解仪。消解程序：程序升温5 min至120 ℃，保持5 min；5 min至150 ℃，保持5 min；5 min分别升温至最高温度180 ℃，保持30 min。待消解结束取出，150 ℃赶酸2 h，稍冷后过滤，使用稀硝酸溶液（0.5%）定容至50 mL，摇匀。1.3.1.3湿法消解法称取饲料样品0.5 g（精确至0.1 mg），加入8 mL硝酸，预消解2 h，转至微波消解仪中。消解完成，将消解液转移至烧杯中，于200 ℃的电热板上进行加热赶水，至杯中样液近干，取下冷却，补加1 mL HNO3、2 mL高氯酸盖上玻璃片，观察样液颜色变化，若颜色变黄，需补加硝酸1 mL继续加热至烧杯中无白烟，且杯中样液剩余为1~2 mL无色液体，此过程需注意避免样液碳化。稍冷补加入4 mL去离子水，继续蒸发至无白烟，使用稀硝酸溶液（0.5%）定容至50 mL，摇匀待测。1.3.1.4石墨消解法称取饲料样品0.5 g（精确至0.1 mg）于消解管中，依次加入6.4 mL HNO3、1.6 mL HF，此过程需在通风橱中进行，转移至石墨消解仪中。消解程序：程序升温10 min至120 ℃，保持1 h；10 min至150 ℃，保持30 min；10 min分别升温至最高温度190 ℃，保持2.5 h。消解程序结束，冷却，分别加入5 mL去离子水，加盖150 ℃继续加热10 min，取出稍冷，过滤，使用稀硝酸溶液（0.5%）定容至50 mL，摇匀。1.3.2线性范围及相关系数测定方法移取一定体积的元素标准溶液，使用稀硝酸溶液定容至50 mL，配制系列校准曲线溶液，吸入等离子体质谱仪进行测试，得到线性范围和相关系数。1.3.3检出限测定方法按照《环境监测分析方法标准制订技术导则》（HJ 168—2020）方法测定检出限。1.3.4准确度与精密度为验证消解过程的准确度，按照上文4种消解方式，分别对猪饲料标准物质（GBW10243）和实际加标样品进行前处理，制备所得消解液吸入等离子体质谱仪进行测试，计算得到方法准确度和精密度。1.3.5仪器工作条件开机稳定20 min，测试前将仪器状态调至最优，测试过程中确保仪器的吸液速率恒定。ICP-MS测定参数见表1。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T001表1ICP-MS测定参数参数设定值参数设定值碰撞气流量/(L/min)4.5质量通道数/个3.0冷却气流量/(L/min)13.0扫描次数/次50.0辅助气流量/(L/min)0.8射频功率/W1 200.0雾化气/(L/min)0.7蠕动泵转速/(r/s)0.1采样锥孔直径/mm1.0采样深度/mm148.0截取锥孔直径/mm0.41.4数据统计与分析试验数据采用Excel 2010处理及制表，SPSS 19软件进行差异显著性分析，Duncan's法进行多重比较。数据结果均为6次平行测定值，P0.05表示差异显著。2结果与分析2.1降低ICP-MS干扰分析在样品分析过程中，产生误差的主要来源为仪器的质谱干扰和样品基体效应[15]，将双电荷和氧化物指标控制在3.0%以下可有效降低质谱干扰。选择测量元素的同位素可有效降低这种质谱干扰，选择各待测元素质量数为：52Cr（83.8）、60Ni（26.2）、65Cu（30.9）、111Cd（12.9）、208Pb（52.4）。样品基体效应及仪器的漂移也会影响测试结果的准确性，故需要加入Ge、Rh、Re作为内标对结果进行校正，保证数据准确性。2.24种方法的线性范围及相关系数测定结果（见表2）由表2可知，配制标准曲线获得4种方法的线性范围及相关系数，各方法在0~200 µg/L曲线范围内均具有良好线性关系，相关系数均在0.999以上，表明上述方法均满足检测方法的线性要求。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T002表24种方法的线性范围及相关系数测定结果项目PbCrCuCdNi干灰化法线性范围/(µg/L)0~2000~2000~2000~100~50相关系数0.999 90.999 80.999 81.000 00.999 8微波消解法线性范围(µg/L)0~2000~2000~2000~100~50相关系数1.000 00.999 90.999 70.999 90.999 7湿法消解法线性范围/(µg/L)0~2000~2000~2000~100~50相关系数0.999 90.999 90.999 91.000 00.999 8石墨消解法线性范围/(µg/L)0~2000~2000~2000~100~50相关系数0.999 91.000 00.999 71.000 00.999 82.34种方法的检出限测定结果（见表3）按选定的最佳仪器参数，分别测定经4种消解方式处理的各11个空白溶液，取11次测定结果，得到不同方法的检出限。由表3可知，不同处理方法的检出限均远低于饲料样品中金属的含量水平，表明4个方法的检出限均符合饲料中铅、镉、铜、铬、镍的测定要求。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T003表34种方法的检出限测定结果项目PbCrCuCdNi干灰化法0.000 70.001 50.001 10.000 80.001 2微波消解法0.000 50.000 50.000 60.000 20.000 5湿法消解法0.001 10.000 80.001 20.000 40.000 8石墨消解法0.000 40.000 60.000 90.000 20.001 0mg/kg2.4猪饲料标准物质测定结果（见表4）为验证消解过程的准确度，试验中使用了猪饲料标准物质（GBW10243）和实际样品加标的方式对结果进行比较。由表4可知，4种消解方法处理得到的试验结果均在饲料标准物质标示不确定度区间内，符合准确度的相关要求。石墨消解法所测结果最高，干灰化法的结果最低。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T004表4猪饲料标准物质测定结果项目PbCrCuCdNi标准值2.88±0.318.2±1.0675±480.33±0.0314±2干灰化法2.67b7.4c647c0.30b12b微波消解法2.71b7.5c651c0.31b12b湿法消解法2.69b7.7b662b0.33b13b石墨消解法2.82a8.1a680a0.35a15a注：同列数据肩标不同字母代表差异显著（P0.05），相同字母表示差异不显著（P0.05）。mg/kg石墨消解法各物质的测定结果显著高于其他方法（P0.05），湿法消解法的Cr、Cu测定结果显著高于干灰化法、微波消解法值（P0.05），而干灰化法与微波消解法差异不显著（P0.05），与赵静等[16]的研究结论基本一致。2.54种方法的回收率和精密度测定结果（见表5）由表5可知，所得回收率在86.5%~96.2%，相对标准偏差值（RSD）均小于10%，表明试验方法具有较好的稳定性，符合回收率的相关要求，可作为检测饲料中金属含量的方法。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T005表54种方法的回收率和精密度测定结果（n=6）项目PbCrCuCdNi干灰化法回收率92.291.493.892.091.3RSD3.14.37.32.83.2微波消解法回收率92.290.386.595.587.2RSD2.92.84.63.23.6湿法消解法回收率89.989.295.291.991.2RSD5.96.48.05.76.9石墨消解法回收率94.291.495.096.293.6RSD3.22.03.51.52.5%2.6不同消解方法操作过程对比结果（见表6）由表6可知，石墨消解法在使用设备、消解用时、每批次消解数量、样品受污染程度等方面比湿法消解法、干灰化法、微波消解法均具有较大优势。干灰化法需配套马弗炉和电热板，设备简单、用酸量少，但操作过程较为烦琐、耗时长、单次处理样品量较少、易受污染，工作效率较低。微波消解法较干灰化法耗时短、样品受污染程度小，但为防止消解太剧烈导致爆罐，称样量不能太大。硝酸+微波消解体系易出现消化不完全的现象，其结果不能完全反映真实值，不适合低含量样品检测。湿法消解法采用微波消解仪和电热板配套使用，以高氯酸-硝酸体系消解饲料，在高温条件下，高氯酸表现强氧化性，但湿法消解属于敞开式消解且高温消解，易造成待测元素损失，或受到外源物质污染，操作该方法时还需具备较丰富实验操作经验。石墨仪消解法采用的石墨消解仪自动化程度高，设备成本低、消解时间短，可极大提高试验效率，也更易推广，单批次处理样品数量也具有明显优势。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T006表6不同消解方法操作过程对比结果项目主要设备称样量/g试剂试剂用量/mL消解用时/h每批次处理数量/个受污染程度干灰化法马弗炉、电热板0.1~5.0硝酸、盐酸510~1212易受污染微波消解法微波消解仪、赶酸仪0.1~0.5硝酸86~840小湿法消解法微波消解仪、电热板0.1~1.0硝酸、高氯酸128~1040易受污染石墨消解法石墨消解仪0.1~1.0硝酸、氢氟酸84~556小2.7不同试验方法测定各元素含量的结果（见表7）应用4种前处理方法分别测定15个市场随机抽取的饲料实际样品。由表7可知，微波消解后存在较多未分解的颗粒沉淀，湿法消解法通过升高温度和延长消解时间等不同处理条件，消解液中也依然存在少许颗粒沉淀，石墨消解法前处理得到的消解液则无颗粒溶液。试验所用饲料属于配合饲料，在饲料中含有一定量的石粉，石粉的主要成分有硅酸盐和碳酸钙，硅酸盐在高温下难分解。石墨消解法需要加入1.6 mL的HF，通过强酸制弱酸的原理分解了饲料中的硅酸盐和碳酸钙，测定结果更加可靠[17]。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2023.04.024.T007表7不同试验方法测定各元素含量的结果项目PbCrCuCdNi微波消解法8.245.174160.15710.4干灰化法7.994.813900.15210.4湿法消解法8.245.224290.16710.4石墨消解法9.485.284490.18710.5mg/kg由表7可知，采用石墨消解法处理饲料所得到的元素含量均高于其他3种方法，与2.4标准物质的检测结论基本一致。通过对试验方法测定结果的比较，4种消解方法均可用于饲料中Pb、Cr、Cu、Cd、Ni的检测。3讨论本研究利用等离子体质谱法对干灰化法、微波消解法、湿法消解法和石墨消解法消解饲料样品中Pb、Cr、Cu、Cd、Ni含量，并从线性方程、相关系数、检出限、精密度及准确度等方面验证了本研究方法的可行性，与前人研究饲料中元素检测方法的结果基本一致[18-20]。本试验发现，4种消解方法均可用于饲料中多元素的检测，干灰化法是传统饲料处理方法，但不适用于部分沸点高的挥发性元素，且消解周期长，批次处理数量少。微波消解法具有不易污染、消解耗时较短等优点，缺点是配套设备和耗材造价昂贵，称样量受限、需单独赶酸。湿法消解属于完全消解法，试剂用量高，耗费人力，操作烦琐，且加入的高氯酸对试验人员及环境危害较大。而石墨消解法集消解赶酸一体化，消解时间固定，工作效率高，便于高通量样品分析，与其他3种消解方法相比，石墨消解法使用的设备以及耗材成本具有很大优势[21]。本试验中，石墨消解法测定结果均显著高于其他3种方法，湿法消解法较干灰化法、微波消解法的Cr、Cu测定值显著偏高，干灰化法与微波消解法测定结果差异不显著；应用4种消解方法测定饲料实际样品，与上述结论基本一致，表明不同的消解时间、温度及试剂体系均会对消解结果产生影响[22]。目前，我国发布的饲料标准中检测方法为单一的干灰化法，暂未发布多元素检测标准，且所采用的原子吸收光谱仪，无法同时测定多元素，检测效率较低，而相对于其他元素的测定仪器，等离子体质谱法（ICP-MS）具备精密度好、检出限低等优点，可同时测定多种元素，工作效率高于现行国家标准中所采用的原子吸收光谱仪[23-24]。本试验探讨了消解方法对配合饲料中镍、铅、铜、镉、铬的影响，后期应进一步研究不同种类饲料差异性以及更多种类重金属同时检测的适用性。4结论本研究发现，4种消解方法测定饲料中铅、镉、铜、铬、镍含量均具有较低检出限，准确度与精密度均符合要求，均可用于饲料中多元素的同时检测。综合考虑工作效率与使用成本，推荐使用石墨消解仪配套等离子质谱仪检测饲料中重金属元素。