防腐高效溶樣罐-ICP-MS測定生物體中As、Hg等9種微量元素*

殷學博，曾志剛，李三忠，王曉媛，陳 帥

(1.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 266071；2.中國科學院海洋研究所海洋地質與環境重點實驗室，山東 青島 266071)

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防腐高效溶樣罐-ICP-MS測定生物體中As、Hg等9種微量元素*

殷學博1,2，曾志剛2，李三忠1，王曉媛2，陳 帥2

(1.中國海洋大學海洋地球科學學院，山東 青島 266071；2.中國科學院海洋研究所海洋地質與環境重點實驗室，山東 青島 266071)

本文采用防腐高效溶樣法，實驗消解了國家標準物質GBW08517(海帶)、GBW08571(貽貝)、GBW08573(黃魚)、GBW010016(茶葉)、GBW07602(灌木枝葉)及GBW07603(灌木枝葉)，標準模式測試了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素，測試結果大致與標準值相符合。該方法具有操作簡單、扣合速度快(一秒扣合)、試劑用量少、密封效果好、安全可靠、消解完全(有效消解有機質)、批量處理(一次完成200個樣品)等優點，可在生物及環境樣品分析中廣泛應用。

ICP-MS；防腐高效消解罐；標準物質

生物體中的微量元素(如Cu、Zn、Se等)越來越成為人們關心的焦點，這些元素在生物體內的變化，不論是過量，還是缺少，都影響著其生物功能和代謝過程，因此生物樣品中微量元素的準確測定在生命科學中有重要的意義。隨著無機元素分析技術的發展，不同的儀器及測試技術運用到生物體樣品測試中來。付川[1]等運用火焰原子吸收測試中藥中的Cu與Zn等微量元素，賀廣凱[2]等采用微波消解-原子熒光法測試海洋生物樣品中的As，曾憲津[3]、甘志勇[4]、DeBratter[5]、Doner[6]與Kira[7]等采用電感耦合等離子發射光譜(ICP-AES)測定了生物樣品的常量與部分微量元素。近年來隨著質譜技術的發展成熟，電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)在食品科學中得到了廣泛的應用，與原子吸收(AAS)、電感耦合等離子發射光譜(ICP-AES)等分析手段相比，ICP-MS具有低檢測限、多元素同時檢測、譜圖簡單、干擾少、以及高達9個數量級的的動態檢測范圍[8]，為分析工作者所接推崇，索衛國[9]、賴國新[10]、李文龍[11]以及Elene[8]等國內外學者和專家紛紛采用微波消解處理樣品并配合電感耦合等離子質譜來測試生物樣品中的Cu、Zn與Pb等微量元素。

生物體中微量元素的測試一直是一個難點問題。生物體樣品含有大量的有機碳，主要由C、H、O、N等元素構成，較難完全消解，容易形成C與N的高分子碎片，這些碎片在高溫等離子體下，易形成40Ar12C、40Ar14N、40Ar13C等生物體特有的多原子干擾，影響52Cr、53Cr的測試。Juliana[12]、Dufailly[13]Kim-Yen[14]等采用動態反應池模式(DRC)或碰撞池技術(CCT)通過原子碰撞或者交換反應，消除40Ar12C等多原子干擾，Guo Wei[15]等實驗了CH4-Ar混合氣體為反應氣的方法，去除了Ar的等多原子干擾，降低了Se方法檢出限，提高了測試準確度。動態反應池模式(DRC)或碰撞池技術(CCT)，整個過程復雜，需經過老化反應池，優化池氣體等參數等，影響分析效率與效果，本文改進了已有的高壓消解罐，采用雙內弧設計，壓力大，解決了密封差、酸泄露、酸掛壁與掛頂的難題，標準模式條件模式下，實現Hg、As與Se等易揮發元素有效回收。消解過程中，酸在罐內形成有效的循環回路，加快樣品消解速率，完全消解有機樣品，溶液清澈透亮，能有效去除40Ar12C對52Cr干擾，實現了標準模式下準確測試Cr、Se、As與Hg等元素。其罐體設計，實現一秒扣合，比已有消解罐及消解容器提高9倍以上的前處理效率。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

電感耦合等離子體質譜(美國Perkin Elmer公司)；防腐高效消解罐(青島濟科實驗儀器有限公司)，JKHF-300型防腐烘箱；ULTRA IONIC型超純水機(英國Elga公司)。

圖1 防腐高效溶樣罐示意圖

HNO3、H2O2均為電子純(臺灣聯仕電子化學材料有限公司)；As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、Se與Zn多元素混合標準溶液：10mg/L(美國Perkin Elmer公司)；Hg單元素標準溶液：10mg/L(美國Perkin Elmer公司)；Re單元素標準溶液1000mg/L(美國Environmental Express公司)。

1.2 儀器條件

表1 ICP-MS儀器條件Table 1 ICP-MS operating conditions

1.3 實驗方法

(1)準確稱取100mg樣品到聚四氟消解內罐中，加入2mL硝酸與1mL雙氧水，密封靜置2h。

(2)置于防腐溶樣罐外套內，于150℃防腐烘箱內，恒溫消解12h，冷卻。

(3)純水準確定質量到40g，待上機測試。

1.4 標準曲線

本次實驗用到標準溶液為0,1，5，10μg/L濃度的標準溶液制備標準曲線，PE標準溶液配制成100μg/L標準溶液，再用2% HNO3溶液配制0,1，5，10μg/L濃度標準溶液(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn)，所有元素的標準曲線相關系數均在0.999以上。采用在線內標法對信號加以校正，內標核素為187Re。

2 結果與討論

2.1 方法檢測限

本實驗方法檢測限為過程空白連續10次測定濃度值的標準偏差的3倍，乘以稀釋倍數(400倍)所得到的數值。

2.2 干擾與校正

生物體為有機樣品，富含C、H、O、N等元素，測試干擾主要為高含量元素形成的氧化物、雙電荷離子、多原子離子干擾及基體引起的物理效應影響。在實驗中采用的試劑為HNO3與H2O2，其元素組成為H、O、N，與Ar等元素形成多原子干擾，Cu有2種同位素，63Cu與65Cu，不存在同量異位素干擾，但樣品中會含有一定的Na元素，形成23Na40Ar干擾，故選用65Cu；Zn也存在5種同位素64Zn、66Zn、67Zn、68Zn與70Zn，64Zn與66Zn受24Mg40Ar、26Mg38Ar及26Mg40Ar影響，67Zn與68Zn無同量異位素干擾，但受134Ba2+與136Ba2+干擾，70Zn存在70Ge同量異位素干擾，綜合比較，66Zn是理想的核素；40Ar12C對52Cr形成干擾，而采用防腐高效溶樣罐，有效消解有機樣品，溶液清澈透亮，有機體被充分氧化，能夠轉化為CO2，其形成的干擾可忽略不計；75As只有1個同位素，容易受到40Ar35Cl多原子干擾，一般采取了DRC反應模式和公式干擾校正的方法予以校正，本方法不存在Cl干擾，也無需校正；Se元素存在6種同位素，不存在同量異位素干擾的核素只有77Se，76Se受38Ar2與76Ge，78Se受40Ar38Ar與78Kr、80Se受40Ar2與80Kr、82Se受82Kr干擾影響，綜合評價77Se是理想的測試核素，但其同位素百分占有率低，同時Se電離能高，不容易電離，靈敏度低，造成了方法檢出限高，但可以滿足生物體樣品中Se的測試；55Mn、114Cd、202Hg與208Pb為理想的測試核素，不需要進行干擾校正即可實現這些元素的準確測試。

2.3 結果

本次實驗選取國家生物標準物質GBW08517(海帶)、GBW08571(貽貝)、GBW10016(茶葉)、GBW07602(灌木枝葉)與GBW07603(灌木枝葉)進行10個平行樣品前處理，測試了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素，表3為標準物質測試結果與標準值，Cr的相對標準偏差(RSD)為3.89%～15.27%，Mn的RSD為1.54%～47.52%，Cu的RSD為1.58%～18.45%，Zn的RSD為1.81%～5.15%，As的RSD為1.51%～9.19%，Se的RSD為2.72%～22.10%，Cd的RSD為1.38%～24.15%，Hg的RSD為1.22%～14.94%與Pb的RSD為1.39%～7.21%。對數據結果分析發現：As、Cd、Cr、Cu、Mn、與Zn元素含量在0.1×10-6以上，相對標準偏差都小于10%，含量在0.1×10-6以下，相對標準偏差都小于20%，而Se、Hg與Pb元素偏差較大，主要是Se與Hg元素靈敏度較低，產生信號強度低，波動較大造成的，而Pb元素屬于易污染元素，容易受到外界環境影響，造成檢測限偏高。

表2 方法檢測限Table 2 Method limits

2.4討論

標準物質的測試值與標準值對比，可以看出Cr、Mn、As、Cd元素與標準值比較一致，其中低含量值差別較大，如GBW07603(灌木枝葉)的Cd元素，證書中只給出了參考值，并未給出確定范圍，此數據具有一定的定值參考價值；GBW08573(黃魚)中的Cr含量也只給出了參考值，Mn元素含量較低，同樣易受環境影響，造成結果偏差較大；Cr元素在微波消解-ICP-MS法測試過程中，一般采用DRC或CCT模式去除ArC對Cr的干擾[15-16]，而本方法采用防腐高效消解罐在高溫高壓條件下，把有機質轉化為CO2與NOX等，有效消除了有機質碳等，避免了其對Cr的干擾，簡化了方法流程，提高了測試的準確度。

As、Se與Hg元素容易形成氫化物，以原子熒光譜儀測試分析占主導地位，ICP-MS測試受到一定局限，主要電離能較高，不易電離，靈敏度較低，樣品前處理過程中容易早成揮發，通過改進高壓反應消解罐，實現消解全密封，不泄露，避免了這3種元素由于揮發造成的損失，對測試數據分析，可實現對3種元素、快速準確測試，提高了測試的效率；GBW07602(灌木枝葉)與GBW07603(灌木枝葉)中Hg元素含量較高，查閱其報告證書，其選取位置為礦區灌木枝葉，可能受到Hg污染，具體原因需要進一步分析與核實。

3 結語

實驗數據結果綜合分析，防腐高效溶樣罐法在生物體消解實驗中能有效破壞有機組分，使得C元素在高溫高壓條件下轉化為CO2，其他N、H、O等元素也以無機態形成溶液，由生物體自身帶來的干擾在消解過程中有效去除，基體變得簡單，在標準模式下可完成Cr元素的準確測試，同時一些易揮發元素As、Se與Hg由于溶樣罐的密封性好，消解過程無揮發損失，其回收率高，實現ICP-MS一種模式、一種方法準確測試As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se與Zn元素。本實驗方法具有操作簡單、速度快、試劑用量少、樣品不易污染、安全可靠、消解完全、批量處理等優點，數據準確，精度好等特點。

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責任編輯 徐 環

The Determination of 9 Trace Elements (Hg and As etc) in Organism by ICP-MS Using Anticorrosive High Efficiency Digestion Bomb

YIN Xue-Bo1,2, ZENG Zhi-Gang2, LI San-Zhong1, WANG Xiao-Yuan2, CHEN Shuai2

(1 College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266071; 2 The Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is common because of its unique capability and has been widely used in geological, environmental, petroleum, chemical, food and life science fields. The pretreatment techniques are rapidly developed for ICP-MS. The more typical ways include open vessel dissolving sample way, conventional digestion way, microwave digestion way and high pressure closed reaction vessel digestion way. This report describes that the determined values of As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Pb, Se and Zn at the same time in standard modes by ICP-MS were consistent with the certified values in reference materials such as GBW08517 (kelp), GBW08571 (mussels), GBW08573 (yellow fish), GBW010016 (tea), GBW07602 (shrub branches and leaves) and GBW07603 (shrub branches and leaves) using a high effective anticorrosion digestion way. The method has many advantages of easy operation, a-second capping, less reagents, difficulty to contamination, safety and reliability, good sealing, complete digestion (effective digestion organic matrix), batch processing (once for 200 samples), so it can be widely applied for biological and environmental samples.

ICP-MS; anticorrosive high efficiency digestion Bomb; reference materials

國家重點基礎研究發展計劃項目(2013CB429700)；國際海域資源調查與開發“十二五”項目(DY125-12 R-02)；山東省自然科學杰出青年基金項目(JQ200913)資助

2014-03-28；

2014-09-22

殷學博(1977-)，男，工程師。E-mail：re_hero@163.com

O654.1

A

1672-5174(2015)05-064-05

10.16441/j.cnki.hdxb.20140107