电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法同时测定荞麦秸秆中的8种重金属元素

2022-03-23宝贵荣图雅日拉

中国无机分析化学 2022年1期

宝贵荣领小孟和图雅日拉

(1．呼和浩特民族学院化学与环境学院，呼和浩特010051；2.内蒙古大学高分子化学与蒙药研究所，呼和浩特010021)

荞麦是双子叶植物，蓼科(Polygonaceae)荞麦属(Fagopyrium)，生长在亚洲、欧洲、北美的许多国家，以及南美洲[1-2]。荞麦通常分为甜荞、苦荞、翅荞和米荞，种植最广泛的是苦荞和甜荞。我国有内蒙西部阴山丘陵白花甜荞产区、内蒙东部白花甜荞产区、陕甘宁红花甜荞产区、中国西南(川、贵、云)苦荞产区等四大荞麦产区。荞麦具有很高的药用和营养价值[3]，富含有淀粉、蛋白质、维生素、天然肌醇、黄酮、矿物质、膳食纤维、花青素等活性成分有益健康[4]。荞麦全身是宝，茎叶、秸秆和外壳米面无一废弃物。其中荞麦秸秆是荞麦的重要组成部分，长度60～100 cm，含有花青素等色素[5]。荞麦秸秆少部分在冬季饲料短缺时应用于家畜饲料外，大部分秸秆丢弃在田间以填埋或者焚烧，这样既造成了生物质自然资源的严重消耗和浪费，也污染了环境[6-8]。因此，荞麦秸秆中的重金属含量势必会影响牲畜所摄入体内和进入土壤中的重金属含量。荞麦秸秆中重金属含量测定研究未见报道，本文采用马弗炉-微波消解-ICP-MS结合同时测定荞麦秸秆中8种重金属元素。优化不同酸组合对重金属含量测定的影响，在此基础上利用马弗炉和马弗炉+微波消解法进行消解处理比较研究并筛选出最佳样品前处理技术。实验结果表明，内蒙古通辽市奈曼地区荞麦秸秆中8种重金属元素含量均不超标。该技术对荞麦秸秆的资源化和安全性提供科学依据。

1 实验部分

1.1 仪器、样品和试剂

DHG-9240A电热恒温鼓风干燥箱(上海齐欣科学仪器有限公司)、GX-25 1250克多功能粉碎机(浙江高鑫工贸有限公司)、JA5003分析天平(上海天平仪器厂)、元析METASH微波消解仪(MWD-520)、马弗炉(包头云捷电炉厂)、电热板。

荞麦产地为内蒙古通辽市奈曼地区，荞麦秸秆于荞麦籽实成熟收获后刈割，自然晒干。氢氟酸、过氧化氢、浓硝酸和浓盐酸均分析纯，购买于北京化工厂；实验用水为超纯水；标准混合溶液和内标溶液购自Agilent 公司。

1.2 仪器测试条件

微波消解仪工作条件如表 1 所示。

Agilent Technologies 7900 ICP-MS，仪器工作条件射频功率 1 500 W、蠕动泵转速60 r /min、载气体积流量0.8 L/min、雾化气体积流量14 L/min、辅助气体积流量0.8 L/min、测定时间30 s、采样深度8 mm、采样点3 次、积分时间0.10 s、氧化物含量1.37%、双电荷含量 1.49%，全定量分析模式。

1.3 样品的准备

荞麦秸秆冲洗两遍后，浸泡2 h去除表面尘土及叶片等杂质，之后捞出平放在铁盘上，将其置于65 ℃的干燥箱内干燥4 h，中途拿出来翻转一次，使其受热均匀，得到充分干燥。将干燥好的荞麦秸秆剪成4～5 cm长的小段，粉碎后过380 μm筛，得到荞麦秸秆粉末，将其放置密封袋中待用。

1.4 测定方法

称取3.00 g 处理好的荞麦秸秆，电热板上炭化至无烟，在马弗炉中500 ℃加热2 h。将该样品倒入四氟乙烯微波消解罐中，加10 mL浓硝酸、浓盐酸、氢氟酸(6∶2∶2体积比)混酸，晃动几次，封闭过夜。摇匀消解罐，放入微波炉腔内，按表1参数设定升温程序进行消解。消解完毕取出，消解罐在室温冷却，用 5%的硝酸溶液冲洗上盖内侧及消解罐内侧后移至烧杯，用电热板150 ℃加热30 min 赶酸。冷却后转移至100 mL 容量瓶以硝酸(5%)定容，待测。同时做空白对照实验。所有样品用0.22 μm 滤膜过滤后ICP-MS 法测定浓度。

1.5 标准曲线的绘制

准确移取10 mg/L混合标准储备液适量，用硝酸(5%)稀释制成0、10、20、30、50、100 μg/L(质量浓度的混合标准溶液)。重金属的质量浓度为横坐标，以重金属与内标元素计数值为纵坐标，绘制标准曲线。

2 实验与讨论

2.1 选择不同酸体系

准确称取3.00 g(精确至0.000 1 g)荞麦秸秆，置于微波消解罐中，分别加入5组混合酸体系(见表2)，溶液总量10 mL。荞麦秸秆在消解罐中浸泡12 h，按表1的参数设定升温程序进行消解。消解完毕在室温冷却，用硝酸溶液(5%)冲洗上盖内侧及消解罐内侧后移至烧杯并用电热板150 ℃加热30 min赶酸。冷却后，将样品转移至100 mL 容量瓶，以硝酸(5%)定容，摇匀待测。各组做空白对照实验，以电感耦合等离子体质谱法测定含量。实验结果表明，第4组组合酸的实验结果优于其他不同酸组合，因此后期实验用第4组酸组合处理荞麦秸秆。

表2 消解荞麦秸秆的不同酸组合

2.2 选择不同消解方法

荞麦秸秆的组成复杂、有机物含量高，机体干扰较大，因此无机物的分析成败一定程度上受限于样品的消解方法。本文对两种不同的消解方法进行比较。

干灰化法：准确称取3.00 g(精确至0.000 1 g)荞麦秸秆样品置于坩埚中，在电热板上炭化至无烟，再在马弗炉中500 ℃加热2 h，冷却后加入HNO3溶液(5%)定容至100 mL。

马弗炉+微波消解法[9-10]：准确称取3.00 g(精确至0.000 1 g)荞麦秸秆样品置于坩埚中，在电热板上炭化至无烟，于马弗炉中500 ℃加热2 h，冷却后加入最佳酸溶液组合。该样品按照微波消解步骤处理，待测。

实验结果表明，马弗炉+微波消解的实验结果最佳。

2.3 方法学研究

在优化条件下，分析线性范围、标准曲线、检出限、精密度和计算加标回收率。仪器分析过程中内标管应始终插在内标液中，进样针依次由低浓度到高浓度对标准溶液(包括空白)进行测定。结果见表3，在线性范围内8种重金属元素有良好的线性关系，相关系数大于0.999。空白溶液平行5次测定，以3倍的标准偏差计算重金属的检出限，结果见表3。荞麦秸秆溶液加标回收实验，计算加标回收率，对同一样品测定5次计算相对标准偏差，见表3。结果表明该方法具有良好的精密度。