殷學(xué)博，曾志剛，李三忠，王曉媛，陳 帥

(1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266071；2.中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

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防腐高效溶樣罐-ICP-MS測定生物體中As、Hg等9種微量元素*

殷學(xué)博1,2，曾志剛2，李三忠1，王曉媛2，陳 帥2

(1.中國海洋大學(xué)海洋地球科學(xué)學(xué)院，山東 青島 266071；2.中國科學(xué)院海洋研究所海洋地質(zhì)與環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266071)

本文采用防腐高效溶樣法，實(shí)驗(yàn)消解了國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08517(海帶)、GBW08571(貽貝)、GBW08573(黃魚)、GBW010016(茶葉)、GBW07602(灌木枝葉)及GBW07603(灌木枝葉)，標(biāo)準(zhǔn)模式測試了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素，測試結(jié)果大致與標(biāo)準(zhǔn)值相符合。該方法具有操作簡單、扣合速度快(一秒扣合)、試劑用量少、密封效果好、安全可靠、消解完全(有效消解有機(jī)質(zhì))、批量處理(一次完成200個(gè)樣品)等優(yōu)點(diǎn)，可在生物及環(huán)境樣品分析中廣泛應(yīng)用。

ICP-MS；防腐高效消解罐；標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

生物體中的微量元素(如Cu、Zn、Se等)越來越成為人們關(guān)心的焦點(diǎn)，這些元素在生物體內(nèi)的變化，不論是過量，還是缺少，都影響著其生物功能和代謝過程，因此生物樣品中微量元素的準(zhǔn)確測定在生命科學(xué)中有重要的意義。隨著無機(jī)元素分析技術(shù)的發(fā)展，不同的儀器及測試技術(shù)運(yùn)用到生物體樣品測試中來。付川[1]等運(yùn)用火焰原子吸收測試中藥中的Cu與Zn等微量元素，賀廣凱[2]等采用微波消解-原子熒光法測試海洋生物樣品中的As，曾憲津[3]、甘志勇[4]、DeBratter[5]、Doner[6]與Kira[7]等采用電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-AES)測定了生物樣品的常量與部分微量元素。近年來隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展成熟，電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)在食品科學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，與原子吸收(AAS)、電感耦合等離子發(fā)射光譜(ICP-AES)等分析手段相比，ICP-MS具有低檢測限、多元素同時(shí)檢測、譜圖簡單、干擾少、以及高達(dá)9個(gè)數(shù)量級(jí)的的動(dòng)態(tài)檢測范圍[8]，為分析工作者所接推崇，索衛(wèi)國[9]、賴國新[10]、李文龍[11]以及Elene[8]等國內(nèi)外學(xué)者和專家紛紛采用微波消解處理樣品并配合電感耦合等離子質(zhì)譜來測試生物樣品中的Cu、Zn與Pb等微量元素。

生物體中微量元素的測試一直是一個(gè)難點(diǎn)問題。生物體樣品含有大量的有機(jī)碳，主要由C、H、O、N等元素構(gòu)成，較難完全消解，容易形成C與N的高分子碎片，這些碎片在高溫等離子體下，易形成40Ar12C、40Ar14N、40Ar13C等生物體特有的多原子干擾，影響52Cr、53Cr的測試。Juliana[12]、Dufailly[13]Kim-Yen[14]等采用動(dòng)態(tài)反應(yīng)池模式(DRC)或碰撞池技術(shù)(CCT)通過原子碰撞或者交換反應(yīng)，消除40Ar12C等多原子干擾，Guo Wei[15]等實(shí)驗(yàn)了CH4-Ar混合氣體為反應(yīng)氣的方法，去除了Ar的等多原子干擾，降低了Se方法檢出限，提高了測試準(zhǔn)確度。動(dòng)態(tài)反應(yīng)池模式(DRC)或碰撞池技術(shù)(CCT)，整個(gè)過程復(fù)雜，需經(jīng)過老化反應(yīng)池，優(yōu)化池氣體等參數(shù)等，影響分析效率與效果，本文改進(jìn)了已有的高壓消解罐，采用雙內(nèi)弧設(shè)計(jì)，壓力大，解決了密封差、酸泄露、酸掛壁與掛頂?shù)碾y題，標(biāo)準(zhǔn)模式條件模式下，實(shí)現(xiàn)Hg、As與Se等易揮發(fā)元素有效回收。消解過程中，酸在罐內(nèi)形成有效的循環(huán)回路，加快樣品消解速率，完全消解有機(jī)樣品，溶液清澈透亮，能有效去除40Ar12C對(duì)52Cr干擾，實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)模式下準(zhǔn)確測試Cr、Se、As與Hg等元素。其罐體設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)一秒扣合，比已有消解罐及消解容器提高9倍以上的前處理效率。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器和試劑

電感耦合等離子體質(zhì)譜(美國Perkin Elmer公司)；防腐高效消解罐(青島濟(jì)科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司)，JKHF-300型防腐烘箱；ULTRA IONIC型超純水機(jī)(英國Elga公司)。

圖1 防腐高效溶樣罐示意圖

HNO3、H2O2均為電子純(臺(tái)灣聯(lián)仕電子化學(xué)材料有限公司)；As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、Se與Zn多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液：10mg/L(美國Perkin Elmer公司)；Hg單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：10mg/L(美國Perkin Elmer公司)；Re單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1000mg/L(美國Environmental Express公司)。

1.2 儀器條件

表1 ICP-MS儀器條件Table 1 ICP-MS operating conditions

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

(1)準(zhǔn)確稱取100mg樣品到聚四氟消解內(nèi)罐中，加入2mL硝酸與1mL雙氧水，密封靜置2h。

(2)置于防腐溶樣罐外套內(nèi)，于150℃防腐烘箱內(nèi)，恒溫消解12h，冷卻。

(3)純水準(zhǔn)確定質(zhì)量到40g，待上機(jī)測試。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

本次實(shí)驗(yàn)用到標(biāo)準(zhǔn)溶液為0,1，5，10μg/L濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液制備標(biāo)準(zhǔn)曲線，PE標(biāo)準(zhǔn)溶液配制成100μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液，再用2% HNO3溶液配制0,1，5，10μg/L濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn)，所有元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)均在0.999以上。采用在線內(nèi)標(biāo)法對(duì)信號(hào)加以校正，內(nèi)標(biāo)核素為187Re。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法檢測限

本實(shí)驗(yàn)方法檢測限為過程空白連續(xù)10次測定濃度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍，乘以稀釋倍數(shù)(400倍)所得到的數(shù)值。

2.2 干擾與校正

生物體為有機(jī)樣品，富含C、H、O、N等元素，測試干擾主要為高含量元素形成的氧化物、雙電荷離子、多原子離子干擾及基體引起的物理效應(yīng)影響。在實(shí)驗(yàn)中采用的試劑為HNO3與H2O2，其元素組成為H、O、N，與Ar等元素形成多原子干擾，Cu有2種同位素，63Cu與65Cu，不存在同量異位素干擾，但樣品中會(huì)含有一定的Na元素，形成23Na40Ar干擾，故選用65Cu；Zn也存在5種同位素64Zn、66Zn、67Zn、68Zn與70Zn，64Zn與66Zn受24Mg40Ar、26Mg38Ar及26Mg40Ar影響，67Zn與68Zn無同量異位素干擾，但受134Ba2+與136Ba2+干擾，70Zn存在70Ge同量異位素干擾，綜合比較，66Zn是理想的核素；40Ar12C對(duì)52Cr形成干擾，而采用防腐高效溶樣罐，有效消解有機(jī)樣品，溶液清澈透亮，有機(jī)體被充分氧化，能夠轉(zhuǎn)化為CO2，其形成的干擾可忽略不計(jì)；75As只有1個(gè)同位素，容易受到40Ar35Cl多原子干擾，一般采取了DRC反應(yīng)模式和公式干擾校正的方法予以校正，本方法不存在Cl干擾，也無需校正；Se元素存在6種同位素，不存在同量異位素干擾的核素只有77Se，76Se受38Ar2與76Ge，78Se受40Ar38Ar與78Kr、80Se受40Ar2與80Kr、82Se受82Kr干擾影響，綜合評(píng)價(jià)77Se是理想的測試核素，但其同位素百分占有率低，同時(shí)Se電離能高，不容易電離，靈敏度低，造成了方法檢出限高，但可以滿足生物體樣品中Se的測試；55Mn、114Cd、202Hg與208Pb為理想的測試核素，不需要進(jìn)行干擾校正即可實(shí)現(xiàn)這些元素的準(zhǔn)確測試。

2.3 結(jié)果

本次實(shí)驗(yàn)選取國家生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08517(海帶)、GBW08571(貽貝)、GBW10016(茶葉)、GBW07602(灌木枝葉)與GBW07603(灌木枝葉)進(jìn)行10個(gè)平行樣品前處理，測試了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素，表3為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值，Cr的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為3.89%～15.27%，Mn的RSD為1.54%～47.52%，Cu的RSD為1.58%～18.45%，Zn的RSD為1.81%～5.15%，As的RSD為1.51%～9.19%，Se的RSD為2.72%～22.10%，Cd的RSD為1.38%～24.15%，Hg的RSD為1.22%～14.94%與Pb的RSD為1.39%～7.21%。對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn)：As、Cd、Cr、Cu、Mn、與Zn元素含量在0.1×10-6以上，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于10%，含量在0.1×10-6以下，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于20%，而Se、Hg與Pb元素偏差較大，主要是Se與Hg元素靈敏度較低，產(chǎn)生信號(hào)強(qiáng)度低，波動(dòng)較大造成的，而Pb元素屬于易污染元素，容易受到外界環(huán)境影響，造成檢測限偏高。

表2 方法檢測限Table 2 Method limits

2.4討論

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試值與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，可以看出Cr、Mn、As、Cd元素與標(biāo)準(zhǔn)值比較一致，其中低含量值差別較大，如GBW07603(灌木枝葉)的Cd元素，證書中只給出了參考值，并未給出確定范圍，此數(shù)據(jù)具有一定的定值參考價(jià)值；GBW08573(黃魚)中的Cr含量也只給出了參考值，Mn元素含量較低，同樣易受環(huán)境影響，造成結(jié)果偏差較大；Cr元素在微波消解-ICP-MS法測試過程中，一般采用DRC或CCT模式去除ArC對(duì)Cr的干擾[15-16]，而本方法采用防腐高效消解罐在高溫高壓條件下，把有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2與NOX等，有效消除了有機(jī)質(zhì)碳等，避免了其對(duì)Cr的干擾，簡化了方法流程，提高了測試的準(zhǔn)確度。

As、Se與Hg元素容易形成氫化物，以原子熒光譜儀測試分析占主導(dǎo)地位，ICP-MS測試受到一定局限，主要電離能較高，不易電離，靈敏度較低，樣品前處理過程中容易早成揮發(fā)，通過改進(jìn)高壓反應(yīng)消解罐，實(shí)現(xiàn)消解全密封，不泄露，避免了這3種元素由于揮發(fā)造成的損失，對(duì)測試數(shù)據(jù)分析，可實(shí)現(xiàn)對(duì)3種元素、快速準(zhǔn)確測試，提高了測試的效率；GBW07602(灌木枝葉)與GBW07603(灌木枝葉)中Hg元素含量較高，查閱其報(bào)告證書，其選取位置為礦區(qū)灌木枝葉，可能受到Hg污染，具體原因需要進(jìn)一步分析與核實(shí)。

3 結(jié)語

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果綜合分析，防腐高效溶樣罐法在生物體消解實(shí)驗(yàn)中能有效破壞有機(jī)組分，使得C元素在高溫高壓條件下轉(zhuǎn)化為CO2，其他N、H、O等元素也以無機(jī)態(tài)形成溶液，由生物體自身帶來的干擾在消解過程中有效去除，基體變得簡單，在標(biāo)準(zhǔn)模式下可完成Cr元素的準(zhǔn)確測試，同時(shí)一些易揮發(fā)元素As、Se與Hg由于溶樣罐的密封性好，消解過程無揮發(fā)損失，其回收率高，實(shí)現(xiàn)ICP-MS一種模式、一種方法準(zhǔn)確測試As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素。本實(shí)驗(yàn)方法具有操作簡單、速度快、試劑用量少、樣品不易污染、安全可靠、消解完全、批量處理等優(yōu)點(diǎn)，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，精度好等特點(diǎn)。

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責(zé)任編輯 徐 環(huán)

The Determination of 9 Trace Elements (Hg and As etc) in Organism by ICP-MS Using Anticorrosive High Efficiency Digestion Bomb

YIN Xue-Bo1,2, ZENG Zhi-Gang2, LI San-Zhong1, WANG Xiao-Yuan2, CHEN Shuai2

(1 College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266071; 2 The Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is common because of its unique capability and has been widely used in geological, environmental, petroleum, chemical, food and life science fields. The pretreatment techniques are rapidly developed for ICP-MS. The more typical ways include open vessel dissolving sample way, conventional digestion way, microwave digestion way and high pressure closed reaction vessel digestion way. This report describes that the determined values of As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Pb, Se and Zn at the same time in standard modes by ICP-MS were consistent with the certified values in reference materials such as GBW08517 (kelp), GBW08571 (mussels), GBW08573 (yellow fish), GBW010016 (tea), GBW07602 (shrub branches and leaves) and GBW07603 (shrub branches and leaves) using a high effective anticorrosion digestion way. The method has many advantages of easy operation, a-second capping, less reagents, difficulty to contamination, safety and reliability, good sealing, complete digestion (effective digestion organic matrix), batch processing (once for 200 samples), so it can be widely applied for biological and environmental samples.

ICP-MS; anticorrosive high efficiency digestion Bomb; reference materials

國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2013CB429700)；國際海域資源調(diào)查與開發(fā)“十二五”項(xiàng)目(DY125-12 R-02)；山東省自然科學(xué)杰出青年基金項(xiàng)目(JQ200913)資助

2014-03-28；

2014-09-22

殷學(xué)博(1977-)，男，工程師。E-mail：re_hero@163.com

O654.1

A

1672-5174(2015)05-064-05

10.16441/j.cnki.hdxb.20140107