碰撞/反應池ICP-MS法研究葛根茶中元素

馬曉鳳，陸　源

(鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇　鎮(zhèn)江　212000)

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碰撞/反應池ICP-MS法研究葛根茶中元素

馬曉鳳，陸源

(鎮(zhèn)江市產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心，江蘇鎮(zhèn)江212000)

建立了碰撞/反應池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)對地方性特產(chǎn)葛根茶中元素種類和元素含量研究的方法。樣品經(jīng)微波消解后，直接用ICP-MS同時測定了鈉Na、鎂Mg、鉀K、鈣Ca、鉻Cr、鐵Fe、銅Cu、鋅Zn、砷As、鎘Cd、鉛Pb等11種元素，檢出限在0.004～0.496 μg/L之間；線性良好，相關系數(shù)在0.9991～0.9999之間；加標回收率在84.0%～100.0%之間；使用標準物質(zhì)GBW10052綠茶進行質(zhì)量控制達到了令人滿意的結果。該方法操作簡便、分析速度快、靈敏度高，有效的對葛根茶中的元素種類進行了分析，對鈉Na、鎂Mg、鉀K、鈣Ca、鉻Cr、鐵Fe、銅Cu、鋅Zn、砷As、鎘Cd、鉛Pb等11種元素含量分析達到了質(zhì)量控制的要求。

微波消解；ICP-MS；元素；葛根茶

葛根是中華民族傳統(tǒng)的藥食兩用型植物，其為原料開發(fā)出的葛根茶富含黃酮類化合物、淀粉營養(yǎng)物質(zhì)、人體所必須氨基酸及微量元素[1]。本文運用碰撞/反應池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法研究鎮(zhèn)江茅山特產(chǎn)葛根茶中微量元素的分布，該研究對于綜合利用葛根茶的食用價值、正確認識葛根茶中多元素的組成分布及其生物效應均具有十分重要的意義。

ICP-MS的元素分析能力很強，但是因為它使用的質(zhì)譜是四級桿質(zhì)譜系統(tǒng)，仍屬于低分辨率范疇，在原子質(zhì)量數(shù)(amu)小于80的一些過渡元素上，會遇到一些多原子離子的干擾，而這些元素是常規(guī)分析元素，它們受到的干擾主要來自Ar等離子體，水和試劑。食品樣品分析中又有來自有機物帶入C、S等元素所形成多原子離子干擾[2]。因此，本研究應用碰撞反應池技術可以抑制葛根茶在前處理過程中由于試劑和有機物本身的碳所引起的多原子離子干擾。

1　實　驗

1.1儀器和試劑

Thermo iCAP Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國賽默飛公司；Milli-Q純水處理系統(tǒng)，德國Millipore公司；安東帕微波消解儀，奧地利安東帕公司。

多元素標準溶液：10.00 μg/mL，IV-ICPMS-71A(inorganic)，以2%HNO3(V/V)為介質(zhì)，臨用前逐級稀釋。內(nèi)標元素溶液。質(zhì)譜最佳化調(diào)諧液Ba，Bi，Ce，Co，In，Li，U 1.0 μg/mL(each) in 2%HNO3+0.5%HCl(美國賽默飛公司)。實驗所用HNO3、H2O2和甲醇均為優(yōu)級純，實驗用水電阻率≥18.2 MΩ·cm-1的去離子水，所用器皿均采用20%HNO3(V/V)浸泡6～8 h后，用純凈水沖洗3次，烘箱105 ℃烘干待用。

1.2樣品處理

表1　微波消解程序升溫Table 1　The steps of microwave digestion

將葛根茶粉碎制成粉狀，準確稱取0.5000 g樣品于微波消解罐內(nèi)襯管內(nèi)，加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，放在電熱板上130 ℃預消解30 min后旋緊頂蓋放入微波消解儀內(nèi)進行消解。消解過程采用三步升溫控制程序，過程如表1所示。

消解完成后，130 ℃電熱板趕酸，趕至余酸量至黃豆粒大小。用高純水將消解液移至50 mL容量瓶，定容，消解液呈澄清透明淡黃色或無色。搖勻待上機測定，同時做空白試驗。

1.3儀器工作參數(shù)

儀器工作參數(shù)通過iCAP Q全自動調(diào)諧得到，氧化物產(chǎn)率<1.9%，RF發(fā)生功率1550 W，等離子體氣流量15.0 L/min，霧化器流量1.08 L/min，碰撞氣He流速3.0 mL/min，樣品提升量0.1 mL/min，樣品采樣深度5.0 mm，積分時間3 s，重復采樣次數(shù)3。

2　結果與討論

2.1樣品處理條件

As、Se、Hg等元素為易揮發(fā)元素，為防止樣品處理過程中元素的損失和樣品處理體系之外的體系帶來的元素污染，本實驗選擇了高通道密閉微波消解系統(tǒng)處理樣品。消解完成后的樣品處理液中殘留了大量的硝酸，一方面殘留的硝酸會腐蝕設備對儀器造成損害，另一方面殘留的硝酸中含大量的N元素進入等離子體中會消耗等離子體的能量降低待測元素的離子化效率，特別是對難電離的元素。隨著硝酸殘留濃度在濃度的逐漸增大，所有待測元素的譜線強度均受到了不同程度的影響呈下降趨勢，難電離元素As、Se、Hg的下降幅度較大，表明消解液中殘留硝酸的存在所產(chǎn)生的酸效應對待測元素的影響不容忽視[3]。鑒于此,樣品經(jīng)微波消解后,為消除殘留的大量硝酸需將消解液在電熱板上低溫趕酸至消解液黃豆粒大小。

2.2碰撞/反應池模式的選擇

對地方特產(chǎn)葛根茶樣品進行定性分析,結果如圖1所示。

圖1　葛根茶中元素種類質(zhì)譜圖Fig.1　Mass spectra of Pueraria lobata root tea

對該譜圖進行分析，葛根樣品中組成豐富包含鈉Na、鎂Mg、鋁Al、硅Si、磷P、硫S、鉀K、鈣Ca、鈧Sc、鈦Ti、釩V、鉻Cr、鐵Fe、錳Mn、鎳Ni、鈷Co、銅Cu、鋅Zn、砷As、鎵Ga、鍺Ge、銣Rb、鍶Sr、鋇Ba、鎘Cd、鉛Pb、釓Gd、釤Sm等28中元素。以上28種元素在ICP-MS分析過程中均存在不同程度的多原子離子質(zhì)譜干擾，如表2所示。

表2　28種元素的多原子離子質(zhì)譜干擾Table 2　Potential mass interferences of 28 kinds elements

續(xù)表2

S16O+1H+16O、14N+19F、1H+32SK16O+23Na、12C+27AlCa16O+1H+27Al、40Ar+4He、12C+32S、16O+28SiSc14N+31P、16O+1H+28SiTi16O+1H+31P、16O+32SV12C+39K、40Ar+11B、16O+35ClCr36Ar+12C、1H+51V、12C+40CaFe40Ar+16O、1H+55Mn、16O+40Ca、16O+1H+39KMn16O+39KNi40Ca+16OCo14N+45Sc、40Ar+19FCu40Ar+23Na、12C+51CZn12C+52Cr、40Ar+24Mg、16O+48Ti、1H+63CuAs40Ar+35Cl、16O+59Co、12C+63Cu、16O+1H+58NiGa14N+55Mn、16O+1H+52CrGe14N+56Fe、12C+58Ni、1H+69GaCd16O+1H+89Y、16O+90Zr、40Ar+66ZnRb40Ar+45Sc、16O+69GaSr12C+72Ge、14N+70GeBa40Ar+90Zr、16O+114CdPb-Gd12C+140Ce、14N+138Ba、40Ar+112CdSm16O+1H+127I、14N+130Te

為消除多原子離子的質(zhì)譜干擾，提高葛根茶中元素分析的準確性，本實驗采用KED模式進行分析。KED模式下由于多原子離子(即干擾離子)碰撞的截面積大于單原子離子(待測元素)的碰撞面積，在同一質(zhì)譜儀條件下，碰撞氣氦氣原子Ar與多原子離子發(fā)生碰撞的機會大于Ar與單原子離子，多原子離子的動能損失較單原子離子大。設置四級桿的電位勢高于碰撞反應池的電動勢，此時四級桿勢能高于多原子離子的動能，多原子離子無法進入四級桿而不被檢測，高動能的單原子離子可以進入四級桿被檢測出來。鑒于此，該KED碰撞反應池模式適合基體復雜、干擾類型多的葛根茶中元素含量的分析。

2.3工作曲線

鑒于目前標準溶液元素種類的限制，選取定性分析中鈉Na、鎂Mg、鉀K、鈣Ca、鉻Cr、鐵Fe、銅Cu、鋅Zn、砷As、鎘Cd、鉛Pb等11種元素進行定量分析。按照自動調(diào)諧后儀器的工作參數(shù)，將多元素儲備液逐級稀釋0 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、60 μg/L、100 μg/L，各元素呈良好的線性關系，相關系數(shù)0.9991～0.9999。線性范圍與相關系數(shù)如表3所示。

表3　11種元素線性方程、相關系數(shù)與檢出限Table 3　Parameters of standard curve, linear correlation and detection limits of the 11 elements

續(xù)表3

鉻CrY=41178.6981×X+1036.99680.99990.022鐵FeY=3180.2458×X+64027.99580.99990.206銅CuY=53743.5530×X+8783.13820.99910.016鋅ZnY=19089.4845×X+1873.48250.99970.098砷AsY=66569.6781×X+2336.89480.99990.009鎘CdY=25546.0154×X+136.66790.99960.005鉛PbY=142616.7445×X+128.63540.99970.004

圖2　11中元素工作曲線Fig.2　Parameters of standard curve

2.4葛根茶中各元素的含量

在上述條件下分析6個本地地方性特產(chǎn)葛根茶，結果如表4所示。

表4葛根茶樣品分析結果

Table 4Analytical results of Pueraria lobata root tea

(mg/kg)

從表4中可以看出葛根茶中各元素含量具有較大的差異性。葛根茶中含鉀量較高，鉀是人體調(diào)節(jié)體液平衡、維持肌肉和神經(jīng)功能以及新陳代謝所必須的營養(yǎng)元素，并且具有抗癌作用；同時葛根茶中鈉、鎂、鈣、鐵、鋅含量也較高，而鉻、銅、砷、鎘、鉛的含量較低，遠低于GB 2762-2012食品安全國家標準食品中污染物限量規(guī)定的標準，食用安全[4]。

2.5方法準確度

為檢驗本方法的準確度，在樣品葛根茶1中加入一定量的鈉Na、鎂Mg、鉀K、鈣Ca、鉻Cr、鐵Fe、銅Cu、鋅Zn、砷As、鎘Cd、鉛Pb等11種元素的標準溶液，采用與葛根茶相同的前處理方式后，在優(yōu)化后的ICP-MS上對該樣品進行重復測定11次，分析結果如表5所示。

通過表 5可以看出11中目標元素的加標回收率在84.0%～100.0%之間，表明該方法測定葛根茶中的元素含量具有良好的準確度。

表5　加標回收率Table 5　Recoverery of standard addition

2.6標準物質(zhì)對比實驗

在本實驗過程中，使用標準物質(zhì)來評價本次研究的準確度，使用GBW10052綠茶進行質(zhì)量控制，結果如下表 6所示。

表6　使用標準物質(zhì)準確度評價Table 6　Analytical results of standard material

通過表6可以看出測定結果與標準值基本相符，表明所建立的方法有效可行。

3　結　論

本實驗應用高通道密閉微波消解系統(tǒng)-ICP-MS碰撞反應池法對地方性特產(chǎn)葛根茶中元素種類及元素含量進行了分析。針對分析葛根茶試樣基體復雜和多原子離子干擾的難題進行了研究，采取了KED碰撞反應池方式，有效地避開了多原子離子的干擾，建立了葛根茶元素分析的有效方法，對研究地方性特產(chǎn)葛根茶有重要的意義。

[1]王蕾,王剛,饒箐,等.葛根茶加工工藝研究[J].食品與發(fā)酵科技,2011,47(6):96-99.

[2]陸文偉,胡克.食品元素分析和元素化學形態(tài)分析中的ICP-MS應用[J].現(xiàn)代科學儀器,2003(1):32-35.

[3]聶西度.碰撞/反應池-電感耦合等離子體質(zhì)譜在食品分析中的研究[D].長沙:中南大學化學化工學院應用化學,2013.

[4]中華人民共和國衛(wèi)生部.食品安全國家標準食品中污染物限量[S]. GB 2762-2012.中華人民共和國:中國質(zhì)檢出版社,2012:2-7.

Study on Collision/Reaction Cell Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry for Analysis of Pueraria Lobata Root Tea

MAXiao-feng,LUYuan

(Zhenjiang Center for Products Quality Supervision & Inspection, Jiangsu Zhenjiang 212000, China)

A method for determination of elements (Na, Mg, K, Ca, Cr, Fe, Cu, Zn, As, Cd and Pb) in pueraria lobata root tea by ICP-MS was established. These elements were detected simultaneously after the samples digested by microwave digestion. The detection limits of these elements range were from 0.004 μg/L to 0.496 μg/L, linear correlation r2were between 0.9991 and 0.9999, and recoveries of samples were from 84.0% to 100.0%. The results showed close agreement with the tea standard material of GBW10052, and the results was fine. This method is simple, fast, high sensitivity, which can match the requirement of the laboratory.

microwave digestion; ICP-MS; element; pueraria lobata root tea

馬曉鳳(1971-)，女，工程師，主要從事色譜、光譜在食品中的分析研究。

TS 207.5

A

1001-9677(2016)015-0126-03