林祖斌 陳慶文 陳彤 韋信榛 陳星峰 林隆 張志靈 林海濱 高偉民 房權祥

摘 ?要：為準確測定煙葉中的痕量硒，本研究使用三重四極桿ICP-MS進行測定，并與單四極桿ICP-MS進行比較。試驗表明，三重四極桿ICP-MS采用兩級質(zhì)譜進行質(zhì)量篩選，選擇O2作為反應氣體，將待測元素Se質(zhì)量數(shù)轉(zhuǎn)移到無干擾的質(zhì)量數(shù)區(qū)域，能消除多原子離子和雙電荷離子的干擾，可獲得更加準確的結(jié)果。78Se、80Se和82Se三種同位素的回收率分別為99.1%、98.3%、99.2%，相對偏差（RSD）分別為1.59%、2.07%、1.32%，線性相關系數(shù)r>0.9999。結(jié)果還表明，三重四極桿ICP-MS方法測定煙葉中的痕量硒受干擾因素小，可獲得更準確結(jié)果。

關鍵詞：三重四極桿;ICP-MS;痕量硒;消除干擾

Abstract： In order to determine trace element selenium in tobacco leaves accurately， a triple quadrupole ICP-MS method was used to determine trace selenium in tobacco leaves， and the results were compared with that from single quadrupole ICP-MS. The results showed that when triple quadrupole ICP-MS was used for mass screening by bipolar mass spectrometry， O2 was chosen as reaction gas to transfer the mass number of Se to the undisturbed region， the interference of polyatomic ions and double charged ions can be eliminated and more accurate results can be obtained. The recovery rates of the isotopes 78Se， 80Se and 82Se were 99.1%， 98.3%， 99.2% respectively. The relative deviation （RSD） was 1.59%， 2.07%， and 1.32% respectively. The linear correlation coefficient was r>0.9999. It was indicated that the interference factor was small and the results were more accurate for the determination of trace selenium in tobacco by triple quadrupole ICP-MS.

Keywords： triple quadrupole; ICP-MS; trace selenium; eliminate interference

硒對人體健康具有多方面的生物效應，是人體多種酶的活動中心，尤其是具有抗氧化作用[1-2]。硒也是煙草生長必需的一種微量元素，煙葉中的蛋白質(zhì)能富集硒。提高卷煙的硒含量不僅可以提高吸煙者的血硒水平，還可以降低卷煙焦油釋放量和煙氣自由基，對開發(fā)低危害卷煙具有重要的意義[3-6]。但是硒的有益范圍較窄，過多攝入會引起毒副作用。因此，準確測定硒含量具有重要的意義。

經(jīng)典的比色法、熒光光度法和原子吸收光譜法測定硒，設備簡單，但靈敏度低，檢測限達不到測量痕量硒的要求[7-11]，目前廣泛使用的是電感耦合等離子體（ICP-MS）法。ICP-MS具有靈敏度高，干擾小的特點被廣泛應用于同位素分析[12]。具體到硒元素，由于硒的第一電離能高（9.75 eV），導致電離效率較低，同時易受到多原子離子和雙電荷的干擾，如80Se（豐度49.61%）受到了40Ar40Ar、40Ar40Ca、16O64Zn、160Gd++、160Dy++等干擾，78Se（豐度23.77%）受到40Ar38Ar、14N64Zn、156Gd++、156Dy++等干擾，82Se（豐度8.73%）受到16O66Zn、12C70Ge、164Dy++干擾。雖然采用動能歧視（KED）模式能消除多原子離子的干擾，但是由于這些雙電荷離子與硒具有相同的質(zhì)荷比，在分析質(zhì)量范圍內(nèi)能夠被檢測到，因此這些元素的雙電荷離子干擾常導致硒的分析測定出現(xiàn)假陽性，使結(jié)果偏高[13]。李冰等[14-15]利用在線加入有機醇增敏來提高硒元素檢測的信號值，從而提高檢測靈敏度，但還不能消除干擾。因此如何提高煙葉中硒元素的測定精度有待進一步的深入研究。

本研究在三重四極桿ICP-MS的碰撞反應池（簡稱CRC）中加入反應氣體O2來使Se產(chǎn)生具有更高質(zhì)量數(shù)的SeO+離子，以期避開干擾的質(zhì)量數(shù)區(qū)域，具有更強的抗干擾能力，為準確測定煙葉中的痕量硒提供依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料、試劑和儀器

烤煙硒元素國家標準物質(zhì)GBW（E）（國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心）。福建煙區(qū)烤煙樣品：烤后煙葉40 ℃烘干，過40目篩備用。

Se元素標準溶液10.0 μg/mL和鍺元素（Ge）內(nèi)標貯備液10.0 μg/mL（ICP分析用，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）;30%雙氧水（優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司）;65%硝酸（色譜純，F(xiàn)isher Chemical公司）;超純水（18.2 MΩ·cm）。

iCAPTQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國Thermo Fisher公司，石英同心霧化器自動提升速度0.2 mL/min、石英旋流霧化室制冷至2.7 ℃、2.8 mm高靈敏嵌片鎳錐，霧化氣流量1.04 L/min）;MARS6微波消解儀（美國CEM公司）;Milli-Q Integral 15型超純水系統(tǒng)（美國Millipore公司）;EHD-24電熱消解儀（北京東航科儀公司）;MS104TS電子天平（感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?標準工作溶液和內(nèi)標溶液配制 ?移取2.5 mL的硒標準溶液，用2%的硝酸介質(zhì)定容至250 mL，得到濃度為100 μg/L的硒標準儲備液，在4 ℃條件下避光保存。使用時，分別移取不同量的硒標準儲備液，稀釋成濃度為1、2、5、10、20、40 μg/L的標準工作溶液。用鍺內(nèi)標貯備液配制成50 μg/L內(nèi)標溶液。

1.2.2 ?樣品前處理 ?準確稱取0.25 g（精確至0.1 mg）的烤煙樣品置于微波消解管中，依次加入5 mL 65%濃硝酸和2 mL 30%過氧化氫溶液，旋緊密封微波消解管，并置于微波消解儀中，按表1的程序進行消解。消解完畢，冷卻后旋開消解管蓋子，沖洗管蓋，置于電熱消解儀中130 ℃下趕酸至0.5～1.0 mL。冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水沖洗消解罐3次，清洗液一并轉(zhuǎn)移到容量瓶中進行定容，搖勻備用。同時做空白試驗。

1.3 ?儀器工作參數(shù)

單四極桿ICP-MS，采用SQ-KED動能歧視模式，以氦氣作為碰撞氣體。三重四極桿ICP-MS，采用TQ-O2反應模式，以氧氣作為反應氣體。利用智能數(shù)據(jù)處理軟件的自動調(diào)諧程序為測量模式智能設定最佳的工作參數(shù)（表2）。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?稀土元素Gd和Dy對硒元素測定的干擾

福建省煙葉產(chǎn)區(qū)位于武夷山脈，土壤中富含稀土元素，本試驗對烤煙標準物質(zhì)和福建煙區(qū)的烤煙10個樣品進行處理后測定Gd和Dy元素含量，結(jié)果（表3）顯示，質(zhì)量數(shù)分別為156、160、164的Gd和Dy元素同位素在福建烤煙樣品中大量存在。

為驗證Gd和Dy兩元素對烤煙硒元素測定的影響，試驗將濃度各為1 mg/L的Gd和Dy兩元素混合溶液（REER的總濃度為2 mg/L）作為待測液（不含硒元素），采用SQ-KED單四極桿和TQ-O2三重四極桿兩種模式測定硒質(zhì)量數(shù)為78、80、823種同位素的背景等效濃度，其結(jié)果（表4）表明，采用SQ-KED單四極桿ICP-MS測定Se元素出現(xiàn)了假陽性的結(jié)果，而TQ-O2三重四極桿ICP-MS測定硒元素基本上可排除Gd和Dy兩元素對測定結(jié)果的影響。說明用單四極桿ICP-MS測定烤煙中的硒含量易受Gd和Dy兩稀土元素的干擾。

2.2 ?硒元素檢測方法的選擇

2.2.1 ?兩種模式消除干擾效果比較 ?三重四極桿ICP-MS具有兩級質(zhì)譜進行質(zhì)量篩選，儀器通過在碰撞反應池中加入反應氣體O2使待測元素Se質(zhì)量數(shù)產(chǎn)生具有更高質(zhì)量數(shù)的SeO+離子，從而得到準確測定Se元素的目的。即Q1設定目標元素質(zhì)量數(shù)（Se+）78、80、82，可以去除與產(chǎn)物離子質(zhì)荷比相同的同位素Mo94、Mo96、Mo98以及質(zhì)量數(shù)分別為156、160、164的Gd和Dy雙電荷離子。Q2通入純氧氣與Se反應生成氧化物，將Se轉(zhuǎn)化為（SeO+）94、96、98。Q3設置為反應產(chǎn)物離子質(zhì)量數(shù)（SeO+）94、96、98，從而消除與（Se+）78、80、82質(zhì)荷比相同的多原子離子和雙電荷的干擾。單四極桿雖然也可以使用反應模式來測試Se，但是因為沒有第一重質(zhì)量篩選無法消除樣品中與產(chǎn)物離子相同質(zhì)荷比的干擾，故三重四極桿可以更好地消除在單四極桿模式下難以去除的干擾，獲得更為準確的結(jié)果。試驗比較了SQ-KED單四極桿和TQ-O2三重四極桿兩種模式對烤煙標準物質(zhì)進行測定，其結(jié)果（表5）表明，采用TQ-O2三重四極桿模式測定78Se、80Se、82Se均可以得到準確、穩(wěn)定的結(jié)果。

2.2.2 ?抗干擾能力驗證 ?為驗證TQ-O2三重四極桿模式下測量硒元素的準確性，本試驗將1 μg/L的Se標液加入到濃度均為1 mg/L的Gd和Dy兩元素混合溶液中，計算其回收率，結(jié)果（表6）顯示，Se的3種同位素的加標回收率在95%～105%之間，顯示出其良好的抗干擾性。

綜上所述，在煙葉中普遍含有Gd和Dy等稀土元素的情況下，選擇TQ-O2三重四極桿ICP-MS測定Se元素，能消除多原子離子和雙電荷的干擾，從而獲得更準確的測量值?

2.3 ?方法的線性范圍和檢出限

對1.2.1節(jié)的方法配制不同濃度的硒標準工作溶液進行分析，以不同濃度信號值（cps）為縱坐標，對應的質(zhì)量濃度為橫坐標進行線性回歸。在TQ-O2的模式下78Se16O、80Se16O、82Se16O的線性關系良好（r>0.9999）（圖1），其檢出限（LOD）和背景值（BEC）均低于單四極桿SQ-KED模式下的測定值（表7），可見本方法具有更高的靈敏度。

2.4 ?樣品的加標回收率及精密度

在經(jīng)消解和稀釋后的樣品中加入5 μg/L的硒標準溶液，采用TQ-O2三重四極桿模式對硒的3種同位素78Se、80Se、82Se進行測定，如表8所示，硒的回收率分別為99.1%、98.3%、99.2%。每個加標溶液水平測定6次，相對偏差（RSD）為1.59%、2.07%、1.32%，表明了本方法對于樣品中硒的測定具有良好的準確性。

2.5 ?兩種模式對烤煙樣品中硒元素測定結(jié)果比較

取10份福建煙區(qū)烤煙樣品，分別用SQ-KED單四極桿ICP-MS和TQ-O2三重四極桿ICP-MS測定硒元素，結(jié)果（表9）表明，使用TQ-O2三重四極桿ICP-MS測定硒同位素78Se、80Se和82Se的測定值穩(wěn)定，3種同位素測定值之間相對標準偏差小。使用SQ-KED單四極桿ICP-MS測定硒同位素78Se、80Se和82Se的測定值差異大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定（其中80Se的測定值由于背景空白值較高，其結(jié)果為扣除空白后獲得）。表明iCAPTQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在TQ-O2模式下進行78Se、80Se和82Se測定均能滿足痕量硒元素分析測試的一般要求。

3 ?討 ?論

ICP-MS法具有檢出限低、多元素測定的特點，與傳統(tǒng)的無機分析技術相比，在痕量元素測定方面具有很大的優(yōu)勢，儀器帶有的碰撞反應池（簡稱CRC）技術的應用，可有效地去除大部分質(zhì)譜的干擾，但對于硒元素測定還是存在一些問題，由于硒的第一電離能值較大，使得硒元素在ICP-MS中離子化效率相對較低，嚴重影響到單四極桿ICP-MS檢測硒的靈敏度和準確性。

福建煙區(qū)土壤富含稀土元素，烤煙中的稀土元素Gd和Dy雙電荷離子由于具有與硒元素相同的質(zhì)荷比，對于單四極桿ICP-MS無法進行消除干擾，如果采用加入反應氣體，又會帶來新的基體干擾。在三重四極桿ICP-MS系統(tǒng)中，等離子體質(zhì)譜儀具有兩級質(zhì)譜進行質(zhì)量篩選，其第一個四極桿可以把基體中與硒元素具有相同質(zhì)荷比的雙電荷離子分離掉，當元素進入到第二級的碰撞反應池（CRC）中時，硒元素與O2反應生成更高的質(zhì)量數(shù)，消除了同量異位素的干擾，此方法由于額外增加了一個四極桿從而使CRC系統(tǒng)中碰撞/反應不受基體的影響，使得背景信號值大幅度降低，從而獲得準確的分析結(jié)果。

福建煙區(qū)煙葉中硒含量普遍較低，大部分樣品質(zhì)量濃度低于0.1 mg/kg，而Gd和Dy的質(zhì)量濃度均較高，在0.2 mg/kg左右，因而對煙葉中硒元素的測定產(chǎn)生的干擾較大，如果采用單四極桿ICP-MS檢測硒元素，往往得不到理想的結(jié)果。

4 ?結(jié) ?論

本研究對比了SQ-KED單四極桿ICP-MS和TQ-O2三重四極桿ICP-MS消除干擾的差異性以及對硒元素測定結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)TQ-O2三重四極桿模式測定煙葉中的硒能更好地消除多原子離子和雙電荷的干擾，能獲得更低的檢出限和背景等效濃度、更準確穩(wěn)定的結(jié)果。

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