快速石墨消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定海菜中13種無機元素

楊春花，畢健梁，周美麗，楊偉，范曉旭

1(大理州食品檢驗檢檢測院，云南 大理，671000) 2(鶴慶縣綜合檢驗檢測院，云南 鶴慶，671500)

海菜屬水鱉科，為水生植物，長年生長于水中。主要分布在中國沿海地區(qū)，云南滇西等地也生長較多，是一種天然野生水菜，其蛋白質(zhì)含量豐富且富有多種維生素及微量元素，常常被作為民間美食素材。《中華本草》中曾記載海菜具有清熱、止咳、利水、消腫之功效，是中國獨有的珍稀瀕危水生藥用植物[1-2]。

海菜具有藥食兩用的價值，其中多元素含量對評價其營養(yǎng)價值及食用安全性具有重要意義。李原等用原子吸收及電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry, ICP-AES)分析測定了海菜花中10種礦質(zhì)元素含量[3]。朱靜等用高錳酸鉀法、鉬黃比色法分別測定了云南不同產(chǎn)地海菜花的不同部位Ca、P含量[4]。殷建忠等在海菜花營養(yǎng)成分分析評價中以ICP-AES及熒光法測定11種元素含量[5]。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀因其線性范圍寬、檢出限低、靈敏度高，能實現(xiàn)多元素同時測定，而被廣泛應(yīng)用在環(huán)境分析、地質(zhì)礦樣、半導(dǎo)體材料、食品安全等領(lǐng)域[6-8]。電感耦合等離子體質(zhì)譜法用于植物樣品中多元素的分析已有大量報道[9-12]，而有關(guān)石墨消解海菜，ICP-MS測定其無機元素含量的方法尚未見報道。

植物樣品中無機元素分析的前處理方法主要有干法灰化、濕法消解、微波消解，為使前處理操作簡單快速及針對一些特定元素的測定，大試管回流消解法、風(fēng)冷回流消解法、高溫?zé)崴夥?、溶劑萃取法被用在植物樣品前處理中。不同的樣品前處理方法各有其?yōu)點，或存在操作繁瑣、試劑用量多、前處理周期長、檢測元素種類受限制等不足[13-22]。本文經(jīng)過海菜石墨消解條件的優(yōu)化，建立了一種快速石墨消解海菜樣品，ICP-MS分析海菜中13種無機元素的方法，旨在為植物樣品中無機元素的快速分析提供一種簡單、快速且實用的新方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL)、調(diào)諧液：Ce、Co、Li、Mg、Tl、Y,(1 μg/L)、內(nèi)標(biāo)溶液：Sc、Ge、In、Bi,(100 μg/mL)，美國Agilent公司；單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：Na、Mg、K、Ca、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Sr、Cd、Ba、Pb,(1 000 μg/mL)， 中國計量科學(xué)研究院；HNO3(優(yōu)級純)，德國Merck；H2O2(優(yōu)級純)，蘇州晶瑞；螺旋藻標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10025)，地球物理地球化學(xué)勘查研究所；海菜，市售。

1.2 儀器與設(shè)備

Agilent7900型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國Agilent公司；Digi24型石墨消解儀、Digi TUBES消解管50 mL，加拿大SCP公司；VB24up趕酸儀，北京萊伯泰科公司；ETHOS UP微波消解儀，意大利Milestone公司；ML204T/02型電子分析天平，梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司；ELGA超純水機，英國ELGA；B-400型均質(zhì)儀，瑞士BUCHI。ICP-MS優(yōu)化后的工作參數(shù)見表1。

1.3 實驗方法

將供試品海菜用超純水洗凈、晾干，陶瓷刀切碎后用均質(zhì)儀勻漿備用。稱取0.5 g樣品于50 mL帶刻度Digi TUBES消解管中，加入65%濃HNO32.0 mL，加蓋但不旋緊，放于石墨消解儀中在80 ℃下預(yù)消解10 min，使樣品能夠被硝酸完全浸潤，之后取出，放冷，加入30% H2O21.0 mL，加蓋但不旋緊，在120 ℃下消解20 min。冷卻后用超純水直接定容至25 mL待測，同時做試劑空白試驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理條件的優(yōu)化

2.1.1 消解體系的選擇

元素測定中前處理方法體系的選擇對于樣品消解及元素測定有著重要的影響，試驗選用HNO2作為主要的消解液，直接消解樣品后，消解液呈黃色，且有絮狀樣品殘余，至樣品消解不完全。H2O2在樣品消解中起輔助氧化作用，可以加速樣品的消解，加入H2O2后樣品消解液呈無色澄清狀。所以，試驗選用HNO3-H2O2體系對樣品進(jìn)行消解。

2.1.2 HNO3使用量的選擇

在與1.3相同的實驗方法下，分別加入1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL HNO3溶液對樣品進(jìn)行消解，考察HNO3使用量對海菜中各個元素測定結(jié)果的影響。結(jié)果顯示，隨著HNO3用量的增加，樣品消解液中殘渣逐漸減少，且多個元素含量呈先增高至趨于平穩(wěn)的變化趨勢，在HNO3用量為2.0 mL條件下，樣品消解完全，且元素含量測定達(dá)最大值，實驗選用2.0 mLHNO3為最佳。

2.1.3 H2O2用量的選擇

相同的試驗條件下，考察H2O2用量對消解的影響，以加入H2O20.0、1.0、2.0、3.0 mL進(jìn)行試驗，發(fā)現(xiàn)不加H2O2時樣品消解液為黃色渾濁狀，且測定結(jié)果比加入H2O2偏低，之后隨H2O2用量增加各元素測定值無明顯變化，以試劑用量最少原則，試驗選擇加入H2O2用量為1.0 mL。

2.1.4 消解時間的影響

在石墨消解儀中消解樣品10、20、30、40 min，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Ni、Cd、Pb三個元素在消解20 min條件下測定值為最大值之后無明顯變化，其他9個元素隨消解時間的變化無明顯差異。綜合考慮樣品消解充分性，選擇20 min為最佳消解時間。

2.1.5 消解溫度對測定結(jié)果的影響

在石墨消解儀預(yù)設(shè)的80、100、120、140 ℃的條件下消解樣品，結(jié)果表明隨著消解溫度的升高，多個元素測定結(jié)果先增加后趨于平穩(wěn)的變化趨勢，試驗最終選擇消解溫度為120 ℃。

2.2 ICP-MS的干擾及校正

ICP-MS的干擾主要有兩大類，物理性干擾及質(zhì)譜型干擾。物理干擾會造成信號靈敏度的損失，準(zhǔn)確度降低，精密度差、測定結(jié)果漂移，物理性干擾主要與樣品基體含鹽量、黏性及共存離子有關(guān)，試驗基于此類問題在標(biāo)樣、空白及樣品配制及制備過程中使用相同濃度的HNO3溶液進(jìn)行匹配，同時通過待測元素與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)相近及電離勢能匹配原則選擇相應(yīng)的內(nèi)標(biāo)元素，使用蠕動泵和T型混合三通在線添加內(nèi)標(biāo)，使信號抑制或增強的干擾得到有效校正。

質(zhì)譜型干擾會造成待測元素測定結(jié)果不準(zhǔn)確或結(jié)果的假陽性，其主要來自于同量異位數(shù)、分子離子及雙電荷離子干擾，通過儀器條件的優(yōu)化(表1)、依據(jù)各元素相互間干擾小，豐度高的原則選擇最佳同位數(shù)，使用八級桿氦模式及四級桿質(zhì)量過濾器消除相應(yīng)的質(zhì)譜型干擾。

2.3 工作曲線及檢出限

分別配制0.00、1.00、5.00、10.00、50.00、100.00、 300.00、500.00、1 000.00、2 500.00、5 000.00、10 000.00 μg/L多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在表1儀器工作條件下在線加入1 000 μg/L的45Sc、72Ge、115In、209Bi內(nèi)標(biāo)溶液對各元素進(jìn)行校正，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，各元素線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)見表2所示。同時對試劑空白溶液連續(xù)進(jìn)行11次測定，計算相應(yīng)元素的檢出限，并與食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)方法中微波消解法進(jìn)行比較[23]，結(jié)果表明,快速石墨消解法應(yīng)用于海菜樣品的前處理，各元素線性良好，相關(guān)系數(shù)均≥0.999 5，多個元素的檢出限比微波消解法低，試劑用量較微波消解法少，且無需趕酸直接定容上機。

表2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線及方法檢出限Table 2 Standard curves and detection limits for the analyes

2.4 方法精密度及樣品測定結(jié)果

在相同的實驗條件下，對海菜樣品做6份平行試驗，分別測定13種元素含量，計算海菜樣品中各元素的含量及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(relative standard deviation,RSD)。并與微波消解法進(jìn)行比較見表3。結(jié)果表明,快速石墨消解法用于海菜中多元素的測定其RSD在0.34%～5.31%，方法精密度良好。與微波消解法相比，二者無統(tǒng)計學(xué)差異(P>0.05)。

表3 快速石墨消解法測定結(jié)果及精密度(n=6)Table 3 The determination results and precision by rapid graphite digestion

2.5 加標(biāo)回收試驗

取海菜樣品0.5 g，進(jìn)行13種元素的加標(biāo)回收試驗，以1.3方法處理樣品，進(jìn)一步驗證方法的準(zhǔn)確性。結(jié)果見表4，快速石墨消解法各元素加標(biāo)回收率為87.6%～108.5%。

表4 13種元素加標(biāo)回收率(n=6)Table 4 Recovery rate of 13 elements

2.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證試驗

用1.3方法對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)螺旋藻生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10025)進(jìn)行6份平行試驗，結(jié)果見表5。該方法應(yīng)用于螺旋藻生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中13種元素的測定值均在認(rèn)定值范圍內(nèi)，且方法精密度良好。

2.7 方法應(yīng)用擴展

采用1.3方法對植物樣品甜菊葉、豆芽、韭菜、水芹菜進(jìn)行預(yù)處理，在相同的試驗條件下，4種樣品能被完全消解，消解液呈淺黃色或無色且為澄清狀，快速石墨消解法用于多種植物樣品的預(yù)處理，具有一定的適用性。

表5 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)螺旋藻測定結(jié)果(n=6)Table 5 Determination results for national standard material

3 結(jié)論

采用快速石墨消解ICP-MS法測定海菜中13種無機元素含量。該方法精密度良好，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，所得實驗結(jié)果與國家標(biāo)準(zhǔn)方法中微波消解法相比，結(jié)果具有較好的一致性。與濕法消解、微波消解相比，該方法操作簡單，試劑用量少，檢出限低，樣品從稱樣、消解到定容都在同一Digi TUBES消解管中實現(xiàn)，過程耗時短，且大大降低了前2種方法中由于趕酸、轉(zhuǎn)移等后續(xù)步驟可能造成分析物污染和損失的風(fēng)險?？焖偈?ICP-MS法測定海菜中13種微量元素，具有較好的實用性，該法還可用于植物樣品中多元素檢測樣品的前處理及測定，具有一定的適用性。