邱 軍 , 孫 鵬, 劉文琳, 王曉婷, 于衛(wèi)松

防腐高效溶樣罐-ICP-MS測定海洋生物體中微量元素

邱 軍1, 孫 鵬1, 劉文琳2, 王曉婷3, 于衛(wèi)松1

(1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所, 山東 青島 266101; 2. 青島嘉澤包裝有限公司, 山東 青島 266107; 3. 山東中煙工業(yè)有限責(zé)任公司, 山東 濟(jì)南 250014)

為明確海洋生物體中微量元素的含量狀況, 開發(fā)了一種適合海洋生物體中微量元素準(zhǔn)確測定的分析方法。研究采用防腐高效溶樣罐對GBW08517(海帶)與GBW08571(貽貝Goyld)2種國內(nèi)海洋生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行2種不同前處理方法的消解實(shí)驗(yàn), 然后應(yīng)用電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS)測試了包括稀土元素在內(nèi)的33個微量元素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明, 除個別元素外, 測試結(jié)果均與標(biāo)準(zhǔn)值相符合, 且前處理方法1消解的生物樣品測試結(jié)果更加準(zhǔn)確和穩(wěn)定。使用防腐高效溶樣罐優(yōu)化了生物樣品處理的消解方法, 能有效去除生物樣品中的有機(jī)基體, 使ICP-MS充分發(fā)揮優(yōu)勢。與以往的消解方法相比, 在生物消解中效果優(yōu)于微波消解, 前處理方法1還具有易操作、處理效率高、低試劑消耗、安全性強(qiáng)、避免樣品污染等優(yōu)點(diǎn)。

電感耦合等離子質(zhì)譜儀(ICP-MS); 防腐高效溶樣罐; 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

微量元素是構(gòu)成海洋生物體內(nèi)代謝酶及其他生命功能蛋白質(zhì)的關(guān)鍵組分, 影響著生命活動功能和代謝過程。在海洋生物體中, 微量元素的生物功能作用, 越來越引起生物學(xué)家的關(guān)注, 微量元素的準(zhǔn)確測試尤顯重要, 選擇合適的測試方法是準(zhǔn)確測定生物樣品中微量元素含量的重要保證。

隨著分析技術(shù)的發(fā)展和提高, 諸多現(xiàn)代分析儀器快速運(yùn)用到生物樣品檢測領(lǐng)域。張劍[1]等采用火焰原子吸收光譜法(FAAS)測定中草藥海金沙莖中微量元素的含量。Siqueira[2]等采用FAAS對不同城市的蜂花粉樣品進(jìn)行了Fe、Mn、Zn元素含量的測定。陳林偉[3]等采用微波消解-電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)分析了9種補(bǔ)血類中藥中的元素含量。隨著質(zhì)譜技術(shù)的發(fā)展與成熟, 電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)在食品檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用, 同原子吸收法(AAS)、電感耦合等離子發(fā)射光譜法(ICP-AES)等通用檢測方法相比, ICP-MS具有高通量、高靈敏度、多元素同時檢測、低干擾等顯著優(yōu)勢, 已經(jīng)成為微量元素分析的重要工具。陳海英[4]等采用微波消解-ICP-MS測定了銀杏葉茶中的多種微量元素, 袁利杰[5]、劉慧[6]、馮永明[7]以及Pinheiro[8]等以微波消解為樣品前處理方法, 消解后采用ICP-MS測試生物樣品中微量元素含量。但海洋生物體中微量元素的測試方法較少, 亟需開發(fā)一種適合海洋生物體中微量元素準(zhǔn)確測定的分析方法。

海洋生物體主要為C、H、O、N等元素構(gòu)成, 分析中容易產(chǎn)生大量的多原子干擾, 影響分析結(jié)果, 樣品前處理尤為重要。與以往消解方法相比, 防腐高效溶樣罐法具有密封性好、樣品消解時間短、消解效率高且酸消耗量少等優(yōu)點(diǎn), 因此采用防腐高效溶樣罐法進(jìn)行生物體樣品的前處理受到越來越多分析工作者的青睞。王曉媛[9]等采用防腐高效溶樣罐溶樣,建立了地質(zhì)樣品34種微量元素的快速測試方法。殷學(xué)博[10]等采用防腐高效溶樣罐消解包括海帶、貽貝、黃魚等生物體, 測試了As、Hg等9種微量元素。但海洋生物體中微量元素與稀土元素的測定方法未見報道。本文采用防腐高效溶樣罐, 高溫高壓消解海洋生物體樣品, 采用ICP-MS進(jìn)行樣品測試, 建立了針對海洋生物體中微量元素的防腐高效溶樣罐-ICP-MS測試方法。

1 實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 儀器設(shè)備

ICP-MS: 美國Perkin Elmer 公司Nexion 300D, 配備動態(tài)反應(yīng)池(DRC), 運(yùn)行模式包括標(biāo)準(zhǔn)模式與DRC模式, DRC模式下NH3作為反應(yīng)氣消除Ar對部分元素測試的干擾。實(shí)驗(yàn)中海洋生物樣品中的Cr、Fe元素以DRC模式測試, 其它元素則采用標(biāo)準(zhǔn)模式測定。

防腐高效溶樣罐: 青島濟(jì)科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司; JKHF-140L型防腐烘箱: 青島濟(jì)科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司; JK-60TH型防腐電熱板: 青島濟(jì)科實(shí)驗(yàn)儀器有限公司; ULTRA IONIC型超純水機(jī): 英國Elga公司。

1.2 主要材料與試劑

硝酸: 國產(chǎn)電子純(MOS); 純水: 蒸餾水經(jīng)過Elga純水機(jī)處理, 電導(dǎo)率為18.2 MS/cm; 標(biāo)準(zhǔn)溶液: 美國Perkin Elmer公司, 混標(biāo)溶液, 10 mg/L; 稀土溶液: 美國Perkin Elmer公司, 10 mg/L; 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì): 國家海洋局第二海洋研究所的GBW08517(海帶)與GBW08571(貽貝Gould)。

1.3 儀器條件

采樣錐(孔徑1.1 mm)和截取錐(孔徑0.9 mm)均為鉑錐, 石英同心霧化器, 霧化氣流速0.92 L/min, 輔助氣流速1.1 L/min, 等離子氣流速16 L/min, ICP射頻功率1 250 W, 脈沖壓1 200 V, 模擬壓–2 300 V, In靈敏度(1 μg/L)41 820 cps, CeO+與Ce+物質(zhì)的量比n(CeO+): n(Ce+)=2.20%, n(Ba++): n(Ba+)=1.8%, 背景值(220)為1.0 cps。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

海洋生物樣品, 相對來說, 基體簡單, 主要為蛋白質(zhì)、氨基酸等有機(jī)體, 硝酸能夠有效消解這類樣品, 但樣品量是影響消解效果的主要因素, 本文采用海洋生物體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08517(海帶)與GBW08571(貽貝)作為實(shí)驗(yàn)對象, 并選取兩種樣品量, 每種樣品量稱取5份樣品, 實(shí)驗(yàn)消解, 具體如下:

前處理方法1: 準(zhǔn)確稱取100 mg樣品于聚四氟內(nèi)膽中, 加入2 mL硝酸與0.5 mL氫氟酸, 靜置反應(yīng)12 h, 置于防腐溶樣罐外套內(nèi), 放入150℃防腐烘箱恒溫消解12 h, 冷卻; 待完全冷卻后取出內(nèi)膽, 置于電熱板上蒸至盡干, 加入1 mL硝酸與1 mL純水, 再次放入150℃防腐烘箱內(nèi)回溶12 h, 冷卻后加入純水, 準(zhǔn)確定質(zhì)量到40 g, 溶液振蕩后上機(jī)測試。

前處理方法2: 準(zhǔn)確稱取200 mg樣品于聚四氟內(nèi)膽中, 加入2 mL硝酸與0.5 mL氫氟酸, 靜置反應(yīng)12 h后, 置于防腐溶樣罐外套內(nèi), 放入150℃防腐烘箱恒溫消解12 h, 冷卻; 待完全冷卻后取出內(nèi)膽, 置于電熱板上蒸至盡干, 加入1 mL硝酸與1 mL純水, 再次放入150℃防腐烘箱內(nèi)回溶12 h, 冷卻后加入純水, 準(zhǔn)確定質(zhì)量到40 g, 溶液振蕩后上機(jī)測試。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線

本次實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)曲線質(zhì)量濃度為0、1、5、10 μg/L: 首先將PE標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋成100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 再用2% HNO3溶液配制質(zhì)量濃度分別為0、1、5、10μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液, 并繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線。所有測試元素Li、Be、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Pb、Bi、Th及REE(稀土元素)的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)均高于0.999。另B、Mo元素采用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.6 干擾校正

海洋生物體主要成分為C、H、O、N元素組成, 經(jīng)消解后, 主要轉(zhuǎn)化為CO2, H2O與氮化物, 但有一些生物體長鏈分子, 較難完全消解, 易消解成生物碎片, 殘留在溶液中, 造成干擾,40Ar12C與38Ar14N對52Cr,40Ar16O對56Fe的干擾, 采用DRC反應(yīng)池技術(shù), 去除多原子干擾;135Ba16O與137Ba16O分別對151Eu與153Eu造成多原子干擾,138Ba16O/138Ba為2.16%, 通過公式法扣除BaO對Eu的干擾。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法檢測限

本實(shí)驗(yàn)方法檢測限數(shù)值由過程空白連續(xù)10次測定濃度值的3倍偏差, 乘以稀釋倍數(shù)所得, 方法定量限數(shù)值由過程空白連續(xù)10次測定濃度的10倍偏差所得, 表1為方法定量限。

2.2 結(jié)果與討論

本次實(shí)驗(yàn)對生物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW08517與GBW08571進(jìn)行兩種樣品量的前處理, 測試了Li、B、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Sr、Y、Mo、Cd、Cs、Ba、Pb、Bi、Th、U與REE元素, 結(jié)果為5個平行樣品數(shù)據(jù)測試的平均值, 并與標(biāo)準(zhǔn)值相比較。其中Cr與Fe元素存在ArC與ArO的干擾影響, 采用NH3為反應(yīng)氣, 反應(yīng)池模式去除多原子干擾, 實(shí)現(xiàn)樣品中的Cr與Fe元素的準(zhǔn)確測定。表2為標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值。

表1 方法定量限

注: “*”表示該元素為采用DRC模式測試得到的數(shù)據(jù), 其他元素都為標(biāo)準(zhǔn)模式。

通過表2數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn), 元素含量與標(biāo)準(zhǔn)偏差呈一定的相關(guān)性, 元素含量越高, 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差越小, 含量越低, 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差就大。GBW08517測試方法1中Cu、Zn、Sr與Mo等高含量元素, 測試值與標(biāo)準(zhǔn)值更加趨于一致。但Mn、Fe與Ni元素的含量較高, 儀器測試影響較少, 主要受外界環(huán)境與試劑空白因素的影響, 其穩(wěn)定性相對較差; 稀土元素含量最低, 從Ce質(zhì)量比1 150 μg/kg到Tb質(zhì)量比9.9 μg/kg, 在質(zhì)量比100 μg/kg以上時, 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于10%, 元素質(zhì)量比在100 μg/kg以下時, 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差都小于20%。GBW08571中元素, 前處理方法1與前處理方法2的測試值變化較小, Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr與Mo幾乎無變化, 主要是含量較高, 相對較為穩(wěn)定; La、Ce、Pr與Nd含量較高, 偏差較小, 小于10%, Sm、Gd、Tb、Dy, Ho、Er、Tm、Yb與Lu等元素質(zhì)量比低于100 μg/kg, 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差要大一些, 基本都小于20%。

GBW08517與GBW08571兩種方法的測試值與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較, 前處理方法1與前處理方法2中大部分?jǐn)?shù)據(jù)較吻合, 與標(biāo)準(zhǔn)值一致, 但個別元素, 尤其是低含量元素, 存在一些偏差; 前處理方法1中數(shù)據(jù)相對穩(wěn)定, 樣品量越少, 消解越完全。對于Cr元素, 前處理方法2的測試值要高于標(biāo)準(zhǔn)值, 也高于前處理方法1的測試值。主要原因仍然是ArC的干擾, 造成了測試值偏高, 前處理方法1更適合Cr元素的測試。對于Ni元素, GBW08517的測試值都偏高, 但測試值穩(wěn)定, 需要在以后的測試中, 查找具體原因。稀土元素含量超微, 兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試值與標(biāo)準(zhǔn)值偏差較大, 最大偏差達(dá)17%, 含量超微是造成測試偏差的主要因素。

綜合對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析發(fā)現(xiàn), 前處理方法1處理兩種生物樣品測試的結(jié)果更準(zhǔn)確和穩(wěn)定, 此方法具有易操作、處理效率高、低試劑消耗、安全性強(qiáng)、避免樣品污染等優(yōu)點(diǎn), 在海洋生物消解中效果優(yōu)于通常的微波消解, 為海洋生物體中微量元素的測定提供了可靠參考。

3 結(jié)論

通過優(yōu)化測試方法, 對海洋生物體GBW08517 (海帶)與GBW08571(貽貝)兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì), 兩個取樣量消解測試分析, 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果表明, (1)海洋生物體中的稀土元素雖然含量較低, 但防腐高效溶樣罐-ICP-MS測試的數(shù)據(jù)精度較好, 除個別元素外, 測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符合, 可滿足稀土元素(大于100 μg/kg)的準(zhǔn)確測試; (2)前處理方法1消解的生物樣品測試結(jié)果更穩(wěn)定、更準(zhǔn)確, 其取樣量具有很好的代表性, 可以實(shí)現(xiàn)海洋生物體中元素含量大于100 μg/kg元素的準(zhǔn)確測試, 尤其是可實(shí)現(xiàn)對多原子ArC干擾元素Cr準(zhǔn)確測定; (3)使用防腐高效溶樣罐優(yōu)化了生物樣品處理的消解方法, 能夠有效去除生物樣品中的有機(jī)基體, 充分發(fā)揮ICP-MS的優(yōu)勢。與以往的消解方法相比, 在生物消解中效果優(yōu)于微波消解, 前處理方法1還具有易操作、處理效率高、低試劑消耗、安全性強(qiáng)、避免樣品污染等優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。測試數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠, 是海洋生物體中微量元素測試前處理消解的理想方法。

表2 2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)值及2種方法對2種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測試結(jié)果

注: “*”表示該元素單位為μg/kg, 其他元素都為mg/kg。

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Determination of trace elements in marine organisms by anticorrosive and efficient digestion bomb-ICP-MS method

QIU Jun1, SUN Peng1, LIU Wen-lin2, WANG Xiao-ting3, YU Wei-song1

(1. Tobacco Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Qingdao 266101, China; 2. Qingdao Justo Packaging Co. Ltd., Qingdao 266107, China; 3. China Tobacco Shandong Industrial Co. Ltd., Jinan 250014, China)

Herein, we developed an accurate method to quantify trace elements in marine organisms. Two oceanic biological reference materials,andGould, were first digested using two pretreatment methods based on an anticorrosive high efficiency digestion bomb, then 33 trace elements including rare earth elements were quantified by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS). The results obtained were consistent with the recommended values, except for a few elements, and the digestion pretreatment method 1 provided more stable and accurate results than method 2. The pretreatment method optimized by using a digestion bomb effectively removed the organic matrix, which ultimately facilitated the good performance of the ICP-MS. Compared with previously reported digestion methods, the method established in this study showed better efficacy and had more advantages, such as ease of operation, fast speed, low cost, less reagent consumption, less contamination, safety, and enhanced reliability.

inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS); anticorrosive high efficiency digestion bomb; reference material

Mar. 7, 2019

O654.1

A

1000-3096(2020)06-0131-06

10.11759/hykx20190307001

2019-03-07;

2019-04-30

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-TRIC06); 國家農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險評估重大專項(xiàng)(GJFP201701003)

[Agricultural Science and Technology Innovation Program, No. ASTIP-TRIC06; National Project of Risk Assessment about Agricultural Product Quality and Safety, No. GJFP201701003]

邱軍(1975-), 男, 山東諸城人, 副研究員, 博士, 從事化學(xué)分析研究, E-mail: qjun1975@126.com; 于衛(wèi)松(1981-),通信作者, 男, 山東萊陽人, 助理研究員, 碩士, 從事化學(xué)分析研究, E-mail: yuweisong@caas.cn

(本文編輯: 劉珊珊)