古行乾 李光明 曾志平 施意華 唐碧玉 張征蓮

(1.中國(guó)有色桂林礦產(chǎn)地質(zhì)研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.中檢集團(tuán)理化檢測(cè)有限公司，上海 200040)

擬黑多刺蟻是螞蟻品種中一種食藥兩用的昆蟲，富含氨基酸、維生素、不飽和脂肪酸、生物堿和組織胺等多種生物活性物質(zhì)，可用于增強(qiáng)人體免疫力或預(yù)防多種疾病[1-2]。近幾十年來(lái)，隨著各類活性物質(zhì)不斷被發(fā)現(xiàn)及分析定量[3-4]，以擬黑多刺蟻為主體的保健食品和藥品逐步上市，在骨關(guān)節(jié)疾病、泌尿系統(tǒng)疾病、消化系統(tǒng)疾病、神經(jīng)免疫系統(tǒng)等疾病均有臨床應(yīng)用[5-7]。但是螞蟻屬于依靠陸地生活的動(dòng)物，其體內(nèi)微量元素的含量，特別是重金屬含量受到生存環(huán)境的影響[8]，因此，準(zhǔn)確定量分析擬黑多刺蟻體內(nèi)微量元素的含量，對(duì)其制品的應(yīng)用有重要意義。

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀是目前應(yīng)用廣泛的元素分析儀器之一，相對(duì)于分光光度計(jì)、原子吸收光譜儀和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，其具有線性范圍廣、檢出限低、靈敏度高、多元素同時(shí)檢測(cè)等諸多優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)礦產(chǎn)、冶金冶煉、環(huán)境監(jiān)測(cè)、農(nóng)產(chǎn)品檢測(cè)、食品醫(yī)藥和功能材料等領(lǐng)域的分析檢測(cè)[9-14]。本實(shí)驗(yàn)采用微波消解法，以HNO3-H2O2混合酸為消解體系進(jìn)行樣品前處理，在KED模式下以Rh為內(nèi)標(biāo)測(cè)定Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr和Cd，以Re為內(nèi)標(biāo)測(cè)定Hg和Pb，建立了電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定擬黑多刺蟻中11種微量元素的方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

iCAP RQ型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS，美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司)，MASTER 40型微波消解儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，ECH-20型控溫加熱板(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，F(xiàn)A1004型萬(wàn)分之一電子天平(上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司)，艾柯Exceed系列超純水機(jī)(成都唐氏康寧科技發(fā)展有限公司)。

鉻、錳、鎳、銅、鋅、砷、硒、鍶、鎘、汞、鉛和金單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心)，ICP-MS交叉校正專用溶液(美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司)，硝酸、過(guò)氧化氫均為電子級(jí)，實(shí)驗(yàn)用水為超純水(電阻率>18.25 MΩ·cm)。

ICP-MS調(diào)諧液(美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司)：含Be、Li、Co、In、U的質(zhì)量濃度均為1.00 μg/L，以2% HNO3(V/V)為介質(zhì)。

1.2 儀器工作條件

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀點(diǎn)火并開啟高純He氣流吹掃碰撞反應(yīng)池，經(jīng)30 min穩(wěn)定后，使用調(diào)諧液進(jìn)行儀器工作條件優(yōu)化。優(yōu)化后的儀器工作條件為：射頻功率1 550 W，采樣深度6.0 mm，等離子氣流量14.0 L/min，輔助氣流量0.80 L/min，載氣流量1.020 L/min，He流量4.83 mL/min，蠕動(dòng)泵速40 r/min，氧化物產(chǎn)率(140Ce16O+/140Ce+)<0.2%，掃描方式為跳峰，3點(diǎn)測(cè)量，積分時(shí)間15 s。

1.3 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列

將Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液用8% HNO3(V/V)逐級(jí)稀釋，以2 mg/L Au為Hg保護(hù)劑，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，各元素質(zhì)量濃度見(jiàn)表1。

表1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列Table 1 Mixed standard solution series /(μg·L-1)

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

稱取0.25 g樣品(精確至0.000 1 g)，置于微波消解罐中，加入4 mL硝酸，搖勻后放置在控溫電熱板上，100 ℃預(yù)消解30 min，取下稍冷，再加入2 mL硝酸和1 mL過(guò)氧化氫，蓋好密封蓋后，按照微波消解程序消解(見(jiàn)表2)。消解完成后取出消解罐，放置在控溫加熱板上，于95 ℃加熱，待棕黃色煙冒盡后取下冷卻，將消解液轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，用超純水定容至刻度，搖勻后待測(cè)。隨同實(shí)驗(yàn)做雙份空白實(shí)驗(yàn)。

表2 微波消解程序Table 2 Procedure of microwave digestion

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方式的選擇

食品和藥品的樣品前處理方式主要有干灰化法、敞開濕法消解、高壓密閉消解法和微波消解法。干灰化法的操作步驟繁瑣、耗時(shí)長(zhǎng)，碳化灰化的灼燒過(guò)程會(huì)出現(xiàn)樣品飛濺，高溫灰化過(guò)程會(huì)造成As、Hg等元素的損失；敞開濕法消解的試劑消耗量大，空白值高；高壓密閉消解法是在密閉系統(tǒng)中進(jìn)行樣品消解，具有試劑消耗量小、空白值低的優(yōu)點(diǎn)，但消解流程耗時(shí)長(zhǎng)；微波消解法也是一個(gè)密閉消解系統(tǒng)，消解時(shí)間短、試劑用量少、空白值低，所檢測(cè)的元素也不易損失，準(zhǔn)確性好。螞蟻樣品中油脂、蛋白質(zhì)等有機(jī)物含量高，以HNO3-H2O2為消解體系，當(dāng)樣品為0.25 g時(shí)，加入4 mL HNO3預(yù)消解樣品，再補(bǔ)加2 mL HNO3和1 mL H2O2進(jìn)行微波消解，樣品消解完全，消解液無(wú)色透明清亮，無(wú)殘余物及沉淀。因此，實(shí)驗(yàn)選擇微波消解法為樣品前處理方法，HNO3-H2O2為消解體系。

2.2 趕酸溫度及時(shí)間的選擇

待測(cè)元素Pb是易受環(huán)境因素影響的元素，實(shí)驗(yàn)流程長(zhǎng)會(huì)導(dǎo)致Pb的空白值顯著變高；待測(cè)元素Hg是易揮發(fā)元素，趕酸溫度過(guò)高會(huì)造成Hg的損失，導(dǎo)致測(cè)定值偏低。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)了趕酸溫度與趕酸時(shí)間的正交實(shí)驗(yàn)，流程空白與擬黑多刺蟻樣品經(jīng)微波消解后，分別在不同的溫度及時(shí)間條件下進(jìn)行趕酸實(shí)驗(yàn)，并分別測(cè)定空白溶液中的Pb和樣品消解液中的Hg，正交實(shí)驗(yàn)條件見(jiàn)表3，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)趕酸溫度為95 ℃，趕酸時(shí)間為40 min時(shí)，空白溶液中Pb及樣品消解液中Hg的測(cè)定值處于最佳狀態(tài)。

表3 正交實(shí)驗(yàn)條件Table 3 Orthogonal test conditions

圖1 趕酸溫度及時(shí)間對(duì)Hg、Pb測(cè)定結(jié)果的影響Figure 1 Influence of acid driving temperature and time on the determination results of Hg and Pb.

2.3 干擾與消除

ICP-MS測(cè)定過(guò)程的干擾分為質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾兩類。質(zhì)譜干擾主要來(lái)源于由同質(zhì)異位素、金屬氧化物離子、雙電荷原子離子以及多原子離子產(chǎn)生的質(zhì)量數(shù)重疊干擾，通?？梢圆扇∵x用不同的元素同位素、使用碰撞/反應(yīng)模式(如KED模式)、采用數(shù)學(xué)校正等方法消除此類干擾。待測(cè)元素受到的質(zhì)譜干擾主要有：52Cr+受到40Ar12C+、40Ca12C+的干擾，75As+受到40Ar35Cl+的干擾，80Se+受到40Ar40Ar+的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在KED模式下，儀器的背景干擾遠(yuǎn)低于常規(guī)模式，可以達(dá)到消除質(zhì)譜干擾的目的。同時(shí)，全流程實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明KED模式下，52Cr和75As受到的質(zhì)譜干擾基本得到消除；但80Se即使在KED模式下，仍受到質(zhì)譜干擾的影響，因此選用Se的第二豐度同位素78Se為目標(biāo)同位素。非質(zhì)譜干擾主要是基體效應(yīng)和儀器漂移，可以通過(guò)采用內(nèi)標(biāo)法來(lái)校正。根據(jù)同位素豐度高、干擾因素少的原則選擇待測(cè)元素同位素，同時(shí)以電離度相似、質(zhì)量數(shù)接近為內(nèi)標(biāo)選擇條件，本實(shí)驗(yàn)在KED模式下以103Rh為內(nèi)標(biāo)測(cè)定52Cr、55Mn、60Ni、63Cu、66Zn、75As、78Se、88Sr和111Cd，以185Re為內(nèi)標(biāo)測(cè)定202Hg和208Pb。

2.4 校準(zhǔn)曲線、方法檢出限與方法定量限

在優(yōu)化后的儀器工作條件下，用ICP-MS對(duì)配制的11種元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測(cè)定，并繪制校準(zhǔn)曲線；按照實(shí)驗(yàn)方法處理全流程空白溶液并連續(xù)測(cè)定11次，同時(shí)根據(jù)試樣稀釋因子，計(jì)算各元素的標(biāo)準(zhǔn)偏差(S)，以3S對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為各元素的方法檢出限(LOD)，并以3倍的LOD為方法定量限(LOQ)。各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)、方法檢出限和方法定量限見(jiàn)表4。

表4 曲線相關(guān)系數(shù)、方法檢出限和方法定量限Table 4 Curve correlation coefficient，limit of detection and limit of quantitation

2.5 精密度實(shí)驗(yàn)

按照實(shí)驗(yàn)方法，對(duì)同一擬黑多刺蟻樣品進(jìn)行9次獨(dú)立溶樣，用ICP-MS測(cè)定各元素的含量，進(jìn)行方法精密度實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)見(jiàn)表5。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.2%～5.5%。

表5 方法精密度結(jié)果Table 5 Results of method precision(n=9)

2.6 準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

2.6.1 擬黑多刺蟻樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

稱取同一擬黑多刺蟻樣品各三份，分別按表6中的加標(biāo)量加入待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照實(shí)驗(yàn)方法溶樣，進(jìn)行全流程加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。以精密度實(shí)驗(yàn)中的平均值為樣品含量值，計(jì)算各元素的加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表6。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，各元素的加標(biāo)回收率在91.2%～107%。

表6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of recovery experiments

2.6.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定

因無(wú)市售的螞蟻成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，采用人發(fā)粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW07601)和柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW10020)進(jìn)行全流程實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見(jiàn)表7。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中11種待測(cè)元素的測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)值允許差范圍內(nèi)。

表7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果Table 7 Determination results of reference materials /(mg·kg-1)

2.7 實(shí)驗(yàn)室比對(duì)實(shí)驗(yàn)

在不同的時(shí)間，由實(shí)驗(yàn)室A和實(shí)驗(yàn)室B分別稱取同一產(chǎn)地?cái)M黑多刺蟻樣品，按實(shí)驗(yàn)方案溶樣后，用ICP-MS測(cè)定各待測(cè)元素的含量，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)實(shí)驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表8。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)實(shí)驗(yàn)的相對(duì)偏差在-3.15%～2.74%。

表8 實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 8 Results of comparative tests in different laboratories

2.8 不同產(chǎn)地螞蟻樣品分析

分別選取大興安嶺、吉林長(zhǎng)白山、廣西橫縣、廣西桂林、云南保山和云南文山等六個(gè)地區(qū)的擬黑多刺蟻樣品，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行分析測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表9。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同產(chǎn)地的擬黑多刺蟻中微量元素含量差異較大，有益元素Mn、Zn、Sr在東北地區(qū)(大興安嶺和吉林長(zhǎng)白山)樣品中含量最高，同時(shí)該地區(qū)樣品中重金屬元素Cr和Pb的含量最高，西南地區(qū)樣品中As和Se兩種元素含量均高于東北地區(qū)的樣品。

表9 不同產(chǎn)地?cái)M黑多刺蟻的測(cè)定結(jié)果Table 9 Determination results of Polyrhachis vicina from different habitats /(mg·kg-1)

3 結(jié)論

采用ICP-MS測(cè)定擬黑多刺蟻中11種微量元素含量，在KED模式下分別以Rh和Re為內(nèi)標(biāo)，曲線線性、精密度和加標(biāo)回收率都符合數(shù)據(jù)質(zhì)量控制要求，實(shí)驗(yàn)室間比對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示無(wú)較大差異，測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定可靠，能滿足擬黑多刺蟻實(shí)際樣品中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb含量的分析檢測(cè)要求。