電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定小麥中的重金屬元素

佟　健

(遼寧大學(xué) 化學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110036)

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電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定小麥中的重金屬元素

佟健

(遼寧大學(xué) 化學(xué)院,遼寧 沈陽(yáng) 110036)

摘要采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定小麥中鉛、砷、鉻、鎘、銅、鋅、鐵和錳8種重金屬元素.用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行消解，用ICP-MS對(duì)消解液進(jìn)行檢測(cè).用加標(biāo)回收率試驗(yàn)考察了方法的準(zhǔn)確性，結(jié)果表明，所測(cè)元素在標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 0.方法的檢出限在0.010 25～4.547 mg/kg之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于3.89 %，加標(biāo)回收率在90.70%～109.9%之間.此方法快速準(zhǔn)確、檢出限低、靈敏度高，適用于小麥中8種重金屬元素的測(cè)定.

關(guān)鍵詞小麥；重金屬元素；電感耦合等離子體質(zhì)譜法

目前，食品安全是人們關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題，世界衛(wèi)生組織將食品安全問(wèn)題確定為全球公共衛(wèi)生領(lǐng)域的研究重點(diǎn).重金屬在人體內(nèi)代謝緩慢，容易累積，對(duì)人體危害大，因此測(cè)定食品中重金屬含量成為國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn).小麥富含蛋白質(zhì)、脂肪、粗纖維、糖質(zhì)、核酸、維生素E、谷胱甘肽、黃酮、人體必需的氨基酸、不飽和脂肪酸以及多種礦物質(zhì)，其營(yíng)養(yǎng)成分豐富[1,2].我國(guó)是小麥生產(chǎn)大國(guó)，小麥作為人類(lèi)重要糧食作物，其中重金屬元素的監(jiān)控對(duì)保障人民群眾的身體健康具有極其重要的意義.

依據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)食品中鉛、砷、鉻、鎘、銅、鋅、鐵和錳重金屬元素的檢測(cè)方法主要有原子吸收光譜法、原子熒光法和分光光度法.這些方法基本只能同時(shí)測(cè)定一種或幾種元素，且操作步驟繁瑣、分析時(shí)間長(zhǎng)，不能滿足多種金屬元素的同時(shí)測(cè)定.電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定食品中重金屬含量具有檢出限低、精密度高、線性范圍寬、多種元素可同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，是一種具有廣闊應(yīng)用前景的分析方法，已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于食品安全、環(huán)境、化工、材料、醫(yī)藥等領(lǐng)域[3～7].但利用ICP-MS法對(duì)小麥中的鉛、砷、鉻、鎘、銅、鋅、鐵和錳重金屬元素進(jìn)行分析尚未見(jiàn)報(bào)道.本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測(cè)定小麥中的鉛、砷、鉻、鎘、銅、鋅、鐵和錳8種重金屬元素含量的方法，該方法操作簡(jiǎn)單、快速、結(jié)果準(zhǔn)確，為小麥中重金屬元素的檢測(cè)提供準(zhǔn)確快速的分析方法.

1試驗(yàn)部分

1.1主要儀器

Agilent 7500A型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)安捷倫公司產(chǎn)品);WR/BP-3TC型變頻控溫微波樣品處理系統(tǒng)(北京盈安美誠(chéng)科學(xué)儀器有限公司)產(chǎn)品；XYA2-40-H型帕恩特純水、超純水機(jī)(北京湘順源科技公司).

1.2主要材料與試劑

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：由單一元素儲(chǔ)備溶液1 000 μg/mL (國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液，國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心和國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心配制)用5%HNO3(體積分?jǐn)?shù))配制成混合元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，F(xiàn)e:0，1.0，2.0，5.0，10.0 mg/L；Zn、Mn、Cu:0，0.01，0.02，0.05，0.1 mg/L;Cd:0，0.000 2，0.000 4，0.001，0.002 mg/L；Cr、As、Pb:0，0.002，0.004，0.01，0.02 mg/L.

混合內(nèi)標(biāo)溶液：200 μg/L Sc、Y、Bi的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液.

質(zhì)譜調(diào)諧液：10 μg/L Li、Y、Ce、TI、Co的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液.

濃HNO3、H2O2為優(yōu)級(jí)純；實(shí)驗(yàn)用水為超純水.

1.3實(shí)驗(yàn)樣品

實(shí)驗(yàn)樣品：取產(chǎn)自遼寧、山東、四川小麥.先將小麥樣品清洗潔凈后放入烘箱中，60 ℃干燥5 h，粉碎后過(guò)0.425 mm篩，裝入干凈的密封袋中備用.

1.4試驗(yàn)條件

1.4.1消解試樣工作條件微波消解程序見(jiàn)表1.

表1　微波消解程序

1.4.2ICP-MS工作條件見(jiàn)表2.

表2　ICP-MS工作條件

1.5實(shí)驗(yàn)方法

1.5.1樣品前處理準(zhǔn)確稱取粉碎后的樣品0.500 0 g于微波消解罐中，加入5.0 mL硝酸，浸泡10 min，再加入3 mL過(guò)氧化氫，靜置1h后放入微波消解系統(tǒng)內(nèi)，按表1所示消解條件開(kāi)始消解試樣.消解結(jié)束后，取下，冷卻.用水少量多次洗滌并定容至50 mL容量瓶中，同時(shí)做試劑空白.

1.5.2樣品測(cè)定儀器開(kāi)機(jī)至穩(wěn)定，在線引入內(nèi)標(biāo)溶液，按表2所示ICP-MS工作條件上機(jī)測(cè)定，依次測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線、空白溶液和樣品.

2結(jié)果與討論

2.1消解條件的優(yōu)化

微波消解是一種溶樣時(shí)間短、試劑用量少、污染小、能有效防止易揮發(fā)元素?fù)p失的樣品前處理技術(shù)，適用于多種元素的同時(shí)測(cè)定.本文采用此技術(shù)對(duì)樣品進(jìn)行前處理.由于小麥的主要成分為有機(jī)物，樣品消解可以采用HNO3、HClO4和H2O2等強(qiáng)氧化劑作為消解液，H2O2是一種弱酸性氧化劑，在較低溫度下即可分解成高能態(tài)活性氧，降解某些有機(jī)物，與濃酸共用可以大大提高混合液的氧化能力，完全破壞有機(jī)物.而HClO4中氯元素引起的多原子離子對(duì)測(cè)定元素有干擾作用，影響檢測(cè)的準(zhǔn)確性.通過(guò)大量試驗(yàn)并參考文獻(xiàn)方法[8,9]，確定了1.5.1樣品前處理的方法，并按表1的消解條件進(jìn)行消解，完全消解樣品，消解液為無(wú)色透明.

2.2干擾及消除

通常ICP-MS的干擾主要分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾.質(zhì)譜干擾主要有同位素、多原子離子、雙電荷、氧化物等，可以通過(guò)調(diào)諧儀器和編輯干擾校正方程來(lái)消除.非質(zhì)譜干擾主要來(lái)自樣品基體.本實(shí)驗(yàn)通過(guò)選擇內(nèi)標(biāo)元素，采用干擾校正方程和優(yōu)化儀器條件等措施降低干擾，所選測(cè)定元素的內(nèi)標(biāo)元素見(jiàn)表3.

表3　測(cè)定元素的內(nèi)標(biāo)元素

2.3校準(zhǔn)方程

校準(zhǔn)方程及相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表4.

表4　元素校準(zhǔn)方程及相關(guān)系數(shù)

由表4可見(jiàn)，8種元素的校準(zhǔn)方程線性良好.

2.4方法精密度

稱取同一樣品6份，按照上述樣品前處理方法和儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果列于表5.

表5　方法的精密度

由表5可見(jiàn)，測(cè)定各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)均小于3.89 %，表明方法精密度良好.

2.5方法回收率

為考察實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，對(duì)每個(gè)元素分別進(jìn)行3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表6.

表6　方法的回收率

表6結(jié)果表明，各元素加標(biāo)回收率為90.70%～109.9%，說(shuō)明ICP-MS法測(cè)定小麥中8種重金屬元素的準(zhǔn)確度較高.

2.6方法檢出限

對(duì)樣品空白(5%HNO3)和樣品進(jìn)行測(cè)定，其檢出限見(jiàn)表7.

表7　方法檢出限

由表7可知，方法檢出限為0.010 25～4.547 μg/L.

2.7樣品分析

按照本法測(cè)定了小麥樣品中的8種重金屬元素，每種樣品測(cè)定3次，其平均值結(jié)果見(jiàn)表8.

表8　樣品測(cè)定結(jié)果　　　　　　　(mg /g)

3結(jié)論

本文建立了微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定小麥中鉛、砷、鉻、鎘、銅、鋅、鐵和錳8種重金屬元素的方法，選擇微波消解前處理方法，優(yōu)化了前處理?xiàng)l件.所測(cè)元素在標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 0.方法的檢出限在0.010 25～4.547 mg/kg之間，方法精密度均小于3.89%，采用加標(biāo)回收率試驗(yàn)考察了方法的準(zhǔn)確性和可靠性，加標(biāo)回收率在90.70%～109.9%之間.此方法快速準(zhǔn)確、檢出限低、靈敏度高，適用于小麥中8種重金屬元素的測(cè)定.

參考文獻(xiàn)

[1] 吳正奇．小麥胚芽營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值與利用研究現(xiàn)狀[J].糧油食品科技，1999，29(3)：31-32．

[2] 桑乃華．小麥胚芽的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及開(kāi)發(fā)應(yīng)用[J]．糧食與油脂，1992(1)：1-7．

[3] PACKER A P，LARIVIERE D，LI Chun-sheng，et al.Validation of an inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) method for the determination of cerium，strontium，and titanium in ceramic materials used in radiological dispersal devices (RDDs)[J].Anal Chim Acta，2007，588(2):166-172.

[4] Nardi E P，Evangelista F S，Tormen L，et al.The use of inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS) for the determination of toxic and essential elements in different types of food samples[J].Food Chem，2009，112(3):727-732.

[5] 回瑞華,侯冬巖,李紅.花粉中微量元素的ICP-MS法分析[J].鞍山師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2008,10(4):23-25.

[6] 侯冬巖,回瑞華,李鐵純,等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定鯽魚(yú)籽中10種元素 [J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2011(3):64-67.

[7] Khouzam R B，Lobinski R，Pohl P.Multi-element analysis of bread，cheese，fruit and vegetables by double-focusing sector-field inductively coupled plasma mass spectrometry[J].Anal Methods，2011，3(9):2115-2120.

[8] 彭雪梅，劉永文，富中華．微波消解-ICP-AES法測(cè)定大米和小麥粉中21種無(wú)機(jī)元素[J].山西大同大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2012(2):40-42，55.

[9] 韓張雄，馬婭妮，陶秋麗，等.微波消解樣品-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定小麥中銅、鋅、鎘、鎳和鉛[J].理化檢驗(yàn)-化學(xué)分冊(cè)，2013，49(10):1199-1201.

(責(zé)任編輯：陳欣)

Inductively coupled plasma mass spectrometry for determination of heavy metal elements in wheat

TONG Jian

(College of Chemistry，Liaoning University，Shenyang Liaoning 110036,China)

AbstractUsing inductively coupled plasma mass spectrometry,this paper determines wheat in the lead，cadmium，arsenic，chromium，copper，zinc，iron and manganese eight kinds of heavy metal elements.The samples with microwave digestion use nitric acid to dissolve and icp-ms digestion liquid for testing.With the accuracy of the method of standard addition recovery test is investigate.The results show that the measured element has a linear relation in standard solution concentration range;the correlation coefficient are greater than 0.9990.Method detection limit is between 0.010 25～4.547 mg/kg，relative standard deviation less than 3.89%.Standard addition recovery rate is between 90.70%～109.9%.This method is fast and accurate，with low detection limit，high sensitivity.It applies to the determination of eight heavy metals in wheat.

Key wordswheat；the heavy metal element；inductively coupled plasma mass spectrometry

收稿日期2016-02-13

作者簡(jiǎn)介佟健 (1962-)，女，遼寧北鎮(zhèn)人，遼寧大學(xué)化學(xué)院教授級(jí)高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，從事有機(jī)分析教學(xué)與研究.

中圖分類(lèi)號(hào)TS207.3

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章篇號(hào)1008-2441(2016)02-0048-04