摘 要： 建立基于微波消解技術及電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）的文蛤樣品中鉻（52Cr）、鐵（57Fe）、鎳（60Ni）、銅（63Cu）、鋅（66Zn）、砷（75As）、鎘（111Cd）、鉈（205Tl）、鉛（208Pb）的測定方法。以微波消解法處理樣品，采用HNO3作為消解用酸，并加入H2O2增強其消解能力。設定ICP-MS等離子體射頻功率為1 550 W，利用碰撞/反應池技術，以99.999%高純氦氣為碰撞氣，流量為4.1 mL/min，采用動能歧視模式（KED）有效消除多原子分子產生的質譜干擾，以45Sc、72Ge、115In、209Bi作為內標元素，通過內標元素校正法有效降低基體干擾。9種元素的質量濃度在0.1～100.0 μg/L范圍內與目標元素荷質比信號強度線性關系良好，相關系數均大于0.999，方法檢出限為0.001～0.150 mg/kg，樣品加標回收率為83.4%～113.9%，測定結果的相對標準偏差為0.2%～3.4%（n=6）。所建立的方法簡便高效，準確度好，靈敏度高，可滿足文蛤中9種元素含量的測定要求。

關鍵詞： 微波消解； 電感耦合等離子體質譜法； 文蛤

 

文蛤隸屬于軟體動物門、雙殼綱、簾蛤目、簾蛤科，是一種廣泛分布于溫帶和熱帶沿海地區的雙殼貝類[1]。文蛤是我國重要的海洋經濟貝類，因其肉質鮮美，富含蛋白質和多種微量元素，而廣受消費者喜愛[2]。作為一種底棲生物，文蛤等貝類生物生長位置較為固定，主要生活在潮間帶至水深數十米的泥沙質底質中，并因其濾食性特點，文蛤等貝類生物易蓄積近岸海域中的金屬元素[3?5]。研究表明，文蛤等貝類生物體內元素含量與其生長海域的海水及沉積物中元素濃度具有關聯性[6]，據此可以對某些污染物在海水中的遷移轉化機制、海洋生態功能演變等研究提供依據[7]。同時，文蛤體內蓄積的元素含量亦是其食用安全的重要評價指標，因此建立一種準確高效的文蛤中多種元素的測定方法，對于研究海洋生態系統對環境污染的響應、評估文蛤食用安全有著重要的意義。

對于文蛤等水產品中元素的測定方法，主要有火焰原子吸收法[8]、原子熒光光譜法[9]、石墨爐原子吸收法[10]、電感耦合等離子體發射光譜法[11]、電感耦合等離子體質譜法[12]等。火焰原子吸收法應用門檻低、普及度較高，但方法的靈敏度較差；原子熒光光譜法常用于汞、砷、硒等元素的測定，石墨爐原子吸收法常用于鉛、鎘、鉻等元素的測定，兩者均有較高的靈敏度，但操作繁瑣，不能實現多元素的同時測定；電感耦合等離子體發射光譜法可實現多元素測定，但在超痕量元素的測定方面存在缺陷。相比較以上方法，電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）在靈敏度、檢測范圍、抗干擾能力、多元素同時測定等方面具有無可比擬的優勢[13?14]，可滿足痕量、超痕量元素的檢測要求，已成為多元素分析中不可或缺的檢測“利器”[15?17]。采用ICP-MS分析樣品時，存在質譜干擾和非質譜干擾等問題，影響檢測結果準確性。筆者利用碰撞/反應池技術，在動能歧視模式（KED）下有效消除多原子離子帶來的質譜干擾，采用45Sc、72Ge、115In和209Bi對待測元素進行內標校正，有效降低基質效應帶來的非質譜干擾，在此基礎上建立了ICP-MS法測定文蛤中鉻、鐵、鎳、銅、鋅、砷、鎘、鉈、鉛9種元素含量。該方法檢測效率高，檢測結果準確可靠，可為文蛤中多種元素含量的分析提供參考，同時也可為文蛤等貝類食品的質量安全及生態環境評估提供技術支持。

 

1、 實驗部分

 

1.1 主要儀器與試劑

電感耦合等離子體質譜儀：iCAP Q型，美國賽默飛世爾科技公司。

微波消解儀：MARS6型，美國培安公司。

電子天平：XSE 205DU型，感量為0.1 mg，梅特勒-托利多國際貿易（上海）有限公司。

去離子水發生系統：Milli-Q型，美國密理博公司。

恒溫電加熱器：BHW-09C型，上海博通化學科技有限公司。

質譜調諧液：含有Li、Co、In、U等元素，質量濃度均為10 μg/L，美國賽默飛世爾科技公司。

24種元素混合標準溶液：含有Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Tl、Pb等元素，質量濃度均為100 μg/mL，編號為GSB04-1767-2004，國家有色金屬及電子工業分析測試中心。

ICP-MS用6種內標元素混合溶液標準物質：含有Sc、Ge、Rh、In、Re、Bi，質量濃度均為10 μg/mL，編號為NIM-RM2709，中國計量科學研究院。

硝酸：電子級，德國默克公司。

過氧化氫：優級純，國藥集團化學試劑股份有限公司。

分析用水為去離子水，電阻率大于18.2 MΩ·cm。

所用器皿均用體積分數為20%硝酸溶液浸泡24 h以上，并用去離子水沖洗3次，晾干備用。

文蛤樣品：市售。

1.2 儀器工作條件

等離子體射頻功率：1 550 W；監測模式：動能歧視（KED）模式；碰撞氣：99.999%（體積分數）高純氦氣；碰撞氣流量：4.1 mL/min；霧化器類型：PFA同心霧化器；霧化氣、冷卻氣、輔助氣：99.999%（體積分數）高純氬氣；霧化氣流量：1.1 L/min；冷卻氣流量：14.0 L/min；輔助氣流量：0.8 L/min，采樣錐孔徑：1.0 mm；截取錐孔徑：0.7 mm；采樣深度：5.0 mm：蠕動泵轉速：40 r/min；數據采集方式：跳峰掃描；掃描點數：20。

1.3 溶液配制

9種元素混合標準儲備液：Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Tl、Pb的質量濃度均為1 000 μg/L，準確吸取24種元素混合標準溶液1 mL，置于100 mL聚丙烯容量瓶中，用2%硝酸溶液（體積分數，下同）稀釋定容至標線，混勻，于4 ℃下避光儲存。

9種元素系列混合標準工作溶液：準確吸取9種元素混合標準儲備液5、2.5、0.5 mL，分別置于3只50 mL聚丙烯容量瓶中，用2%硝酸溶液定容至標線，混勻，得到9種元素質量濃度均分別為100.0、50.0、10.0 μg/L的混合標準工作溶液，隨后逐級稀釋得到9種元素質量濃度均分別為0.1、1.0、5.0、10.0、50.0、100.0 μg/L的系列混合標準工作溶液。

混合內標溶液：準確吸取ICP-MS用6種內標元素混合溶液標準物質1 mL，置于100 mL聚丙烯容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋定容至標線，混勻，得到質量濃度均為100 μg/L的混合內標儲備液，于4 ℃下避光儲存。臨用前，準確吸取5 mL混合內標儲備液，置于50 mL聚丙烯容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋至標線，混勻，得到質量濃度均為10 μg/L的混合內標溶液。

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品處理

取20只文蛤樣品，取可食部分，置于勻漿器中進行勻質，精密稱取0.200 0 g文蛤勻質樣品，置于聚四氟乙烯消解罐內，加入3 mL HNO3，置于恒溫電加熱器中，設定溫度為100 ℃，預消解25 min。待冷卻后，加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，將密閉后的消解罐放入微波消解儀內，進行微波消解，微波消解程序見表1。完成消解并冷卻后，擰開消解罐，用少量去離子水潤洗內蓋，將其置于恒溫電加熱器中，設定溫度為150 ℃，進行趕酸處理，將紅棕色氣體揮盡，繼續趕酸至近干（約2～3 mL），隨后，將消解液轉移至50 mL聚丙烯容量瓶內，并用少量去離子水潤洗消解罐3次，將潤洗液轉移至容量瓶內，用去離子水稀釋至標線，混勻，待測。同步進行試劑空白試驗。

表1   微波消解程序

Tab. 1   Conditions for microwave digestion of samples

 

 

1.4.2 樣品測定

開機預熱后，采用質譜調諧液對儀器性能進行調試，待信噪比、雙電荷比值、氧化物比值等指標達到要求后，以在線加入內標的方式，對9種元素系列混合標準工作溶液、試劑空白、樣品溶液進行測定，并進行內標校正計算。以待測元素質量濃度為橫坐標，以目標元素荷質比信號強度為縱坐標，繪制標準工作曲線，計算樣品溶液中待測元素的質量濃度。

 

2、 結果與分析

 

2.1 樣品消解

HNO3、HClO4、HCl是元素分析測試中常用的消解用酸[18]。其中HClO4、HCl常用于濕法消解，適用于火焰原子吸收法、石墨爐原子吸收法等，但采用HClO4、HCl時會將氯離子引入待測樣品中，在ICP-MS分析系統內，會形成多原子離子，對部分待測元素產生干擾，如37Cl16O對53Cr（m/z 53）的干擾、40Ar35Cl對75As（m/z 75）的干擾。HNO3適用于微波消解法，微波消解法可在高溫、高壓、強酸環境下對樣品進行快速消解，消解效率高，且試劑消耗少、引入污染少、待測元素損耗少。采用微波消解法處理樣品，以HNO3作為消解用酸，并加入H2O2增強其消解能力，且H2O2經消解反應后生成的H2O不會帶來其他干擾，因此選擇HNO3+H2O2作為消解液。文蛤樣品中蛋白質含量較高，為確保微波消解安全性和消解的完全性，采用電熱板加熱的方式進行預消解。

2.2 干擾與消除

2.2.1 質譜干擾

ICP-MS法的質譜干擾主要包括多原子或加合物離子干擾、雙電荷離子干擾、同量異位素干擾等。采用碰撞/反應池技術可有效消除多原子或加合物離子帶來的質譜干擾。利用碰撞/反應池技術，采用動能歧視（KED）工作模式，在碰撞/反應池內引入小分子惰性氣體（99.999%高純氦氣），氦氣與待測離子和多原子及加合物離子進行碰撞，由于多原子及加合物離子碰撞面較大，碰撞次數較多，動能損失較大，被四極桿質量分析器入口的勢阱電壓阻擋，無法進入四極桿質量分析器，因此多原子及加合物離子所產生的質譜干擾被有效消除。對于同量異位素干擾，可通過自動在線校正的方式進行消除，首先對干擾元素的異質同位素進行定量測定，然后根據干擾元素的同位素豐度比計算得到干擾系數，采用數學公式進行校正，儀器將自動扣除干擾[19]。

2.2.2 非質譜干擾

ICP-MS法測定中源自樣品基體帶來的干擾被稱之為非質譜干擾[20]。為有效消除基體影響，采用內標校正法，并遵循以下原則選擇內標元素：內標元素質量數與被測元素質量數接近、電離能接近；待測樣品中不含有內標元素。據此，以內標元素45Sc對52Cr、57Fe、60Ni的測定進行校正；以內標元素72Ge對63Cu、66Zn、75As的測定進行校正；以內標元素115In對111Cd的測定進行校正；以內標元素209Bi對205Tl、208Pb的測定進行校正，并通過待測溶液和混合內標溶液同時泵入進樣系統的方式，實時對測定結果進行校正，有效降低由樣品基體帶來的非質譜干擾。

2.3 線性方程和檢出限

按照1.2儀器工作條件，對9種元素系列混合標準工作溶液進行測定。以待測元素質量濃度為橫坐標，以目標元素荷質比信號強度為縱坐標，并經內標校正后，進行線性擬合，計算線性回歸方程和相關系數。對試劑空白溶液重復進樣測定11次，計算11次測定結果的標準偏差值，以3倍的標準偏差值所對應的質量濃度作為方法檢出限[21]，根據取樣質量和定容體積換算成樣品中的含量，以質量分數表示。9種待測元素的質量濃度線性范圍、線性方程、相關系數和檢出限見表2。由表2可知，9種待測元素線性關系良好，相關系數為0.999 2～0.999 8，檢出限為0.001～0.150 mg/kg，表明方法的靈敏度較高。

表2   9種元素的質量濃度線性范圍、線性方程、相關系數及檢出限

Tab. 2   Liner range, linear equations，correlation coefficientsand detect limit of 9 elements

 

2.4 加標回收與精密度試驗

采用建立的測定方法，進行加標回收率和精密度試驗，對方法的準確度和精密度進行評價。精密稱取12份質量均為0.200 0 g的文蛤勻質樣品，分為

兩組（每組6份），分別精密加入一定量的9種元素混合標準工作溶液，按照1.4實驗方法進行樣品處理，采用ICP-MS法進行測定，結果見表3。由表3可知，9種待測元素的平均回收率為83.4%～113.9%，測定結果的相對標準偏差（RSD）為0.2%～3.4%，表明所建立的方法準確度好，精密度高，可滿足文蛤實際樣品中9種元素的準確測定。

表3   加標回收與精密度試驗結果

Tab. 3   Results of spike recoveries and precision tests

 

3、 結語

 

采用微波消解法高效處理樣品，用電感耦合等離子體質譜法同時測定文蛤中9種元素（Cr、Fe、Ni、Cu、Zn、As、Cd、Tl、Pb）含量。該方法利用碰撞/反應池技術，采用動能歧視模式（KED）有效消除質譜干擾，并利用45Sc、72Ge、115In和209Bi內標校正方法，有效校正基體干擾。所建立的方法準確度和靈敏度高、精密度好，且干擾小、簡便高效，可為文蛤中9種元素含量的研究提供檢測技術支持，預期可在文蛤的食用安全質量評價以及海洋生態環境質量調查研究中發揮作用。后續工作中將擴大文蛤樣品采樣數量及采樣范圍，進一步開展文蛤中9種元素食用風險及生態風險評估研究。

 

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引用本文： 顧晶晶 . 微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定文蛤中9種元素［J］. 化學分析計量，2024，33（9）：16. (GU Jingjing. Determination of 9 elements in clam by inductively coupled plasma mass spectrometry with microwave digestion[J]. Chemical Analysis and Meterage, 2024, 33(9): 16.)