电感耦合等离子体质谱法测定小麦中的重金属元素

佟　健

(辽宁大学 化学院,辽宁 沈阳 110036)



电感耦合等离子体质谱法测定小麦中的重金属元素

佟健

(辽宁大学 化学院,辽宁 沈阳 110036)

摘要采用电感耦合等离子体质谱法测定小麦中铅、砷、铬、镉、铜、锌、铁和锰8种重金属元素.用微波消解法对样品进行消解，用ICP-MS对消解液进行检测.用加标回收率试验考察了方法的准确性，结果表明，所测元素在标准溶液浓度范围内呈线性关系，相关系数均大于0.999 0.方法的检出限在0.010 25～4.547 mg/kg之间，相对标准偏差均小于3.89 %，加标回收率在90.70%～109.9%之间.此方法快速准确、检出限低、灵敏度高，适用于小麦中8种重金属元素的测定.

关键词小麦；重金属元素；电感耦合等离子体质谱法

目前，食品安全是人们关注的热点问题，世界卫生组织将食品安全问题确定为全球公共卫生领域的研究重点.重金属在人体内代谢缓慢，容易累积，对人体危害大，因此测定食品中重金属含量成为国内外研究的热点.小麦富含蛋白质、脂肪、粗纤维、糖质、核酸、维生素E、谷胱甘肽、黄酮、人体必需的氨基酸、不饱和脂肪酸以及多种矿物质，其营养成分丰富[1,2].我国是小麦生产大国，小麦作为人类重要粮食作物，其中重金属元素的监控对保障人民群众的身体健康具有极其重要的意义.

依据食品安全国家标准对食品中铅、砷、铬、镉、铜、锌、铁和锰重金属元素的检测方法主要有原子吸收光谱法、原子荧光法和分光光度法.这些方法基本只能同时测定一种或几种元素，且操作步骤繁琐、分析时间长，不能满足多种金属元素的同时测定.电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定食品中重金属含量具有检出限低、精密度高、线性范围宽、多种元素可同时测定等优点，是一种具有广阔应用前景的分析方法，已经被广泛地应用于食品安全、环境、化工、材料、医药等领域[3～7].但利用ICP-MS法对小麦中的铅、砷、铬、镉、铜、锌、铁和锰重金属元素进行分析尚未见报道.本文建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱仪测定小麦中的铅、砷、铬、镉、铜、锌、铁和锰8种重金属元素含量的方法，该方法操作简单、快速、结果准确，为小麦中重金属元素的检测提供准确快速的分析方法.

1试验部分

1.1主要仪器

Agilent 7500A型电感耦合等离子体质谱仪(美国安捷伦公司产品);WR/BP-3TC型变频控温微波样品处理系统(北京盈安美诚科学仪器有限公司)产品；XYA2-40-H型帕恩特纯水、超纯水机(北京湘顺源科技公司).

1.2主要材料与试剂

混合标准溶液：由单一元素储备溶液1 000 μg/mL (国家标准溶液，国家钢铁材料测试中心和国家有色金属及电子材料分析测试中心配制)用5%HNO3(体积分数)配制成混合元素标准溶液，Fe: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.

混合内标溶液：200 μg/L Sc、Y、Bi的混合标准溶液.

质谱调谐液：10 μg/L Li、Y、Ce、TI、Co的混合标准溶液.

浓HNO3、H2O2为优级纯；实验用水为超纯水.

1.3实验样品

实验样品：取产自辽宁、山东、四川小麦.先将小麦样品清洗洁净后放入烘箱中，60 ℃干燥5 h，粉碎后过0.425 mm筛，装入干净的密封袋中备用.

1.4试验条件

1.4.1消解试样工作条件微波消解程序见表1.

表1　微波消解程序

1.4.2ICP-MS工作条件见表2.

表2　ICP-MS工作条件

1.5实验方法

1.5.1样品前处理准确称取粉碎后的样品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过氧化氢，静置1h后放入微波消解系统内，按表1所示消解条件开始消解试样.消解结束后，取下，冷却.用水少量多次洗涤并定容至50 mL容量瓶中，同时做试剂空白.

1.5.2样品测定仪器开机至稳定，在线引入内标溶液，按表2所示ICP-MS工作条件上机测定，依次测定标准曲线、空白溶液和样品.

2结果与讨论

2.1消解条件的优化

微波消解是一种溶样时间短、试剂用量少、污染小、能有效防止易挥发元素损失的样品前处理技术，适用于多种元素的同时测定.本文采用此技术对样品进行前处理.由于小麦的主要成分为有机物，样品消解可以采用HNO3、HClO4和H2O2等强氧化剂作为消解液，H2O2是一种弱酸性氧化剂，在较低温度下即可分解成高能态活性氧，降解某些有机物，与浓酸共用可以大大提高混合液的氧化能力，完全破坏有机物.而HClO4中氯元素引起的多原子离子对测定元素有干扰作用，影响检测的准确性.通过大量试验并参考文献方法[8,9]，确定了1.5.1样品前处理的方法，并按表1的消解条件进行消解，完全消解样品，消解液为无色透明.

2.2干扰及消除

通常ICP-MS的干扰主要分为质谱干扰和非质谱干扰.质谱干扰主要有同位素、多原子离子、双电荷、氧化物等，可以通过调谐仪器和编辑干扰校正方程来消除.非质谱干扰主要来自样品基体.本实验通过选择内标元素，采用干扰校正方程和优化仪器条件等措施降低干扰，所选测定元素的内标元素见表3.

表3　测定元素的内标元素

2.3校准方程

校准方程及相关系数见表4.

表4　元素校准方程及相关系数

由表4可见，8种元素的校准方程线性良好.

2.4方法精密度

称取同一样品6份，按照上述样品前处理方法和仪器工作条件进行测定，其结果列于表5.

表5　方法的精密度

由表5可见，测定各元素的相对标准偏差(RSD)均小于3.89 %，表明方法精密度良好.

2.5方法回收率

为考察实验数据的准确性，对每个元素分别进行3个浓度水平的加标回收实验，结果见表6.

表6　方法的回收率

表6结果表明，各元素加标回收率为90.70%～109.9%，说明ICP-MS法测定小麦中8种重金属元素的准确度较高.

2.6方法检出限

对样品空白(5%HNO3)和样品进行测定，其检出限见表7.

表7　方法检出限

由表7可知，方法检出限为0.010 25～4.547 μg/L.

2.7样品分析

按照本法测定了小麦样品中的8种重金属元素，每种样品测定3次，其平均值结果见表8.

表8　样品测定结果　　　　　　　(mg /g)

3结论

本文建立了微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定小麦中铅、砷、铬、镉、铜、锌、铁和锰8种重金属元素的方法，选择微波消解前处理方法，优化了前处理条件.所测元素在标准溶液浓度范围内呈线性关系，相关系数均大于0.999 0.方法的检出限在0.010 25～4.547 mg/kg之间，方法精密度均小于3.89%，采用加标回收率试验考察了方法的准确性和可靠性，加标回收率在90.70%～109.9%之间.此方法快速准确、检出限低、灵敏度高，适用于小麦中8种重金属元素的测定.

参考文献

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(责任编辑：陈欣)

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

作者简介佟健 (1962-)，女，辽宁北镇人，辽宁大学化学院教授级高级实验师，从事有机分析教学与研究.

中图分类号TS207.3

文献标识码A文章篇号1008-2441(2016)02-0048-04