微波等离子体原子发射光谱法(MP-AES)测定米粉中的常量、微量和痕量元素

2014-02-26JohnCauduro

中国无机分析化学 2014年3期

John Cauduro

(安捷伦科技公司，澳大利亚)

0 前言

在分析米粉等食品样品时，人们特别关注高浓度的营养元素以及痕量有毒元素(如镉)。分析这些元素对于确保产品质量和安全，以及确定产品的来源极为重要。污染导致的食品安全恐慌不仅会威胁人类健康，还会打击消费者的信心，从而导致销量下降，收入受损，同时负面宣传还会令商家信誉扫地。

食品中的元素分析通常采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)[1-2]，但随着实验室预算面临的压力日益增大，并且当今市场倾向于采用具有较低使用和维护成本、出色性能、易于使用且安全的仪器，因此，许多FAAS用户期望能有更合适的技术来满足现在和未来的需求。

微波等离子体是一种重要的原子发射光谱光源。微波等离子体(Microwave Plasma，简称MWP)是比电感耦合等离子体更早被研究的发射光谱光源，是等离子体光源家族的重要成员，它可在很低功率下运行及节省工作气体的优点，曾经被视作有推广应用前景的分析光源[3]。Craig Taylor 曾经采用微波等离子体发射光谱法(4100 MP-AES)测定矿石中的贵金属元素，分析结果表明采用微波等离子体原子发射光谱仪测定矿石中贵金属，方法快速准确，灵敏度高、可操作性强，较之传统的火焰原子吸收光谱法具有诸多优势[4]。

实验使用4200 MP-AES分析米粉中的镉和其它常量、微量以及痕量元素，有着很好的精密度和准确度。

1 实验部分

1.1 主要仪器试剂

新一代微波等离子体原子发射光谱仪4200 MP-AES(安捷伦科技公司)：采用了第二代波导和炬管技术，通过质量流量控制雾化器气体流量。4200 MP-AES可生成稳定的环形等离子体，其中心通道温度约为5 000 K，能够消除FAAS中存在的多种化学干扰，与FAAS相比，4200MP-AES具有更宽的工作浓度范围。这意味着，使用4200 MP-AES时，无需像通常使用FAAS一样进行元素特定的样品前处理，从而提高了仪器的易用性，降低了成本。此外，4200 MP-AES的检出限(尤其对于磷元素)比FAAS更低，因此可分析更多元素。

4200 MP-AES使用氮气运行，与火焰原子吸收光谱仪相比，它无需使用乙炔和氧化亚氮等易燃且昂贵的气体，因此运行成本更低，实验室安全性更高。

采用4200 MP-AES进行米粉样品分析，该仪器配备了由 OneNeb 雾化器和双通道雾化室组成的标准进样系统。SPS 3自动进样器用于将样品输送到仪器中，可实现无人值守运行。

MP-AES 拥有连续的波长范围，分析员可根据预期浓度范围选择合适的、不受光谱干扰的波长。所选波长的方法条件见表1，一般方法条件见表2。

所有试剂为分析纯或以上级别，所用实验用水为二次去离子水。

表1 Agilent 4200 MP-AES 操作参数Table 1 MP-AES Operating parameters

表2 常见的方法条件Table 2 Typical analytical conditions

1.2 样品前处理

分析了NIES CRM 10c号米粉(NIES，日本)以验证分析方法。使用Milestone Ethos微波消解系统消解米粉样品1。

准确称取0.5 g(精确至0.000 1 g)米粉于单独的TFM管中，每个样品制备两份。然后向管中加入7 mL HNO3和1 mL H2O2，置于微波消解仪中。使用预先加载的消解方法对样品进行消解，冷却后用去离子水定容至25 mL。最终溶液中含有2%总溶解态固体。分析中无需使用离子抑制剂或基体改性剂。

1.3 校准范围

表3为标准溶液的校准浓度范围。4200 MP-AES的工作范围比FAAS宽得多(在某些情况下最多宽20倍)，只需要对样品稀释一次即可测定全部元素。所用的全部波长其校准拟合为线性。

表3 4200 MP-AES 标准溶液的工作浓度范围Table 3 Concentration ranges of standard solutions

2 结果与讨论

2.1 方法检出限(MDL)

通过分析10次样品空白测定出MDL。所选分析元素波长的MDL(3σ)列于表4中。

表4 Agilent 4200 MP-AES元素的检出限Table 4 Elemental detection limits for Agilent4200 MP-AES /(mg·kg-1)

2.2 参考标准物质分析

米粉中常量、微量以及痕量元素的分析结果见表5。所有CRM样品的测量值(在两台不同的 4200 MP-AES上重复测定两次的平均值)与标准值十分吻合。结果表明，在溶解态固体含量为2%的样品中，4200 MP-AES能够在较宽的浓度范围内获得出色的结果。

表 5 NIES 10c 号米粉分析结果Table 5 Analytical results of NIES10c rice flour /(mg·kg-1)

2.3 长期稳定性

按照前文介绍的方法条件，在8 h内重复分析米粉样品，以测试方法的长期稳定性。测试在受控的实验室环境条件下进行，符合仪器操作规范，每2 h重新进行标准曲线的校准一次。稳定性结果如图1所示。所有元素都具有出色的稳定性，RSD<3%，表明4200 MP-AES、OneNeb雾化器和质量流量控制的雾化器气体流量能够处理总溶解态固体含量为2%的样品。

图1 8 h内米粉消解液中元素的校准浓度(每2 h重新校准一次)Figure 1 Calibration concentrations of Cd and other elements in the digestion solutions within 8 hours (re-calibrating instrument every 2 hours).