電感耦合等離子體串聯質譜法測定農作物樣品中硫元素

李耕偉，解 魁，趙志飛，宋娟娥

（1. 新鄉市糧油飼料產品質量監督質檢所，河南新鄉 453000；2. 河南省疾病預防控制中心，河南鄭州 450016；3. 安捷倫科技（中國）有限公司，北京 100102）

硫是農作物生長必須的營養元素之一，農作物根部細胞以硫酸鹽形式從土壤中吸收硫，農作物葉片暴露在空氣中可以吸收大氣中的二氧化硫最終轉化成對農作物有營養的硫酸鹽。準確測定植物中硫含量，可評估區域內二氧化硫的污染狀況，同時研究不同綠化植物對大氣中二氧化硫的吸收能力可以為環境綠化提供數據支持[1-3]；金屬硫蛋白是廣泛存在于農作物體內的低分子量蛋白質，具有很強的Cd、Hg、Cu、Zn等金屬離子配位結合能力，通過基因修飾后的煙草等農作物可以利用根部吸收大量的重金屬，被用來土壤凈化、清除土壤中重金屬污染[4]。目前農作物中硫的檢測方法分為常規化學方法和儀器檢測方法，常規化學方法主要有燃燒滴定法、硫酸鋇比濁法和重量法，這三種方法存在操作復雜，分析時間較長等不足；儀器分析方法有離子色譜法、燃燒紅外法、庫倫滴定法、火焰原子吸收法、電感耦合等離子體發射光譜法等[5-11]，這些方法靈敏度更高，可以更準確測定硫含量更低的農作物樣品。電感耦合等離子體質譜法（ICP–MS）分析金屬元素具有檢出限低、多元素同時分析等優勢；微波消解技術是使用比較多的快速消解方式，試劑消耗少、消解效率高、空白值低；微波消解–ICP–MS法已經成為食品和農作物類樣品中多元素分析的首選方法[12-14]。但是ICP–MS分析硫元素時受到嚴重的32OO、34OO干擾，很難對硫元素進行準確分析。電感耦合等離子體串聯質譜法（ICP–MS/MS）是最新的元素分析方法，相比較ICP–MS具有去干擾能力強，分析元素廣，檢出限低等優點，尤其是分析復雜基體中干擾嚴重的元素如氯、硫、硅、稀土等，ICP–MS/MS已經應用于環境、食品等領域[15-17]，Silvia Diez Fernández等首次使用ICP–MS/MS分析了蛋白中硫的絕對含量[18]，使ICP–MS/MS分析低含量硫元素成為可能。本文采用微波消解–ICP–MS/MS探索準確測定農作物中硫元素的方法，為農作物中硫元素分析提供一個全新的低檢出限檢測方法。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

濃硝酸（UP級）：蘇州晶瑞化學股份有限公司；硫標準儲備液1 000 mg/L：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；農作物國家標準物質：中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所。

1.2 儀器與設備

8900電感耦合等離子體串接質譜儀：美國Agilent公司；微波消解儀：意大利 Milestone公司；超純水系統：美國密理博公司。

1.3 樣品前處理

參考GB 5009.268—2016中微波消解法，每份樣品準確稱取0.1 g，置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入2 mL超純水潤濕后加入6 mL濃硝酸，放置半小時后，放入微波消解儀中，按照表1中消解程序進行消解，消解完畢后取出消解罐，冷卻后打開，消解液呈無色或者淡黃色，用超純水轉移至20 mL塑料瓶中，定容至刻度，混勻備用，同步做方法空白實驗溶液。將上述溶液超純水稀釋十倍后上機分析。

表1 微波消解條件

1.4 標準溶液配制

吸取1 000 mg/L的硫標準儲備液0.5 mL，加入到50 mL容量瓶中，用硝酸溶液（3+97）定容，得到 10 μg/mL的硫標準溶液，然后分別取10 μg/mL的硫標準溶液 0.2、0.5、2.5、5、10 mL到 50 mL容量瓶中用硝酸溶液（3+97）配置成0.04、0.1、0.5、1.0、2.0 μg/mL 硫標準工作曲線溶液。

1.5 檢測方法

1.5.1 測量模式

ICP–MS/MS分析32S時受到來自32OO的重疊干擾，硫可以和氧氣發生反應生成48SO，而32OO很難再和氧氣反應生成48OOO，可以通過測定48SO間接得出32S的含量，48Ti的干擾在ICP–MS/MS中可以通過第一個四極桿首先過濾掉，不干擾48SO的測定，如圖1所示，本實驗選擇串接氧氣模式間接測定硫元素。

圖1 ICP–MS/MS氧氣模式測量硫示意圖

1.5.2 ICP–MS/MS測量工作條件

優化 ICP–MS/MS常規工作參數如：采樣深度、載氣流速、透鏡電壓等使靈敏度最佳、氧化物產率156CeO+/140Ce+小于 1.5%，雙電荷70Ce++/140Ce+小于2%，儀器工作條件具體見表2。

表2 ICP–MS/MS主要工作條件

2 結果與分析

2.1 氧氣流量的優化

碰撞反應池通入的氧氣流量大小影響反應發生的程度和信號的強度，本方法使用硫單標優化氧氣流量。在0～1.5 mL/min量程內改變氧氣流量，分別對3%硝酸空白和2 μg/mL硫單標進行分析，觀察32OO干擾的去除效果和48SO的靈敏度，結果見表 3。從數據可以看出氧氣流量超過 15%量程以后空白計數降到1 000 cps以下，背景等效濃度趨于穩定，綜合考慮信號靈敏度和背景等效濃度，氧氣流量為20%量程可以達到更好的干擾消除效果和信號靈敏度，以下實驗氧氣流量都為20%量程。

2.2 干擾消除效果

農作物中含有少量的鈦元素，如果在第二個四極桿之前沒有去除鈦離子，48Ti對48SO會產生重疊干擾，實驗中第一個四極桿設置m/z=32理論上會過濾掉鈦的所有離子，不會干擾第二個四極桿中48SO的測定；為了驗證串接模式第一個四極桿去除效果，在實驗條件下分析 0.02、0.2、2.0 μg/mL濃度的鈦單標溶液，觀測儀器信號響應，結果見表 4，表中數據可以看出信號響應強度和空白溶液相當，第二個四極桿處檢測出的濃度<0.000 1 μg/mL，證明串接模式可以完全消除鈦的干擾。

表4 鈦的干擾消除效果

2.3 方法線性范圍

ICP–MS/MS本身線性范圍較寬，但是在氧氣反應模式時存在反應轉化率，硫濃度高時和氧氣反應不完全，會造成分析結果偏低，在本實驗條件下分析了濃度為 0.0、0.04、0.1、0.5、1.0、2.0、10.0 μg/mL共 7個工作曲線點，相關系數為0.999 9；溶液中硫元素濃度為10 μg/mL相當于樣品中硫含量在2%以內都在本方法的線性范圍內，方法線性參數見表5。

表5 方法線性相關參數

2.4 方法檢出限

按照微波消解制備樣品的方法制備流程空白，優化后的方法連續測量15次，計算分析結果的標準偏差，3倍標準偏差（3δ）為儀器檢出限，本方法0.9 μg/L的檢出限優于現有硫元素的檢測方法[9-11]；樣品處理成溶液稀釋倍數 DF=2 000，方法檢出限以 DF*3δ計算，方法檢出限達到1.8 μg/g；測量數據結果見表6。

表6 分析方法檢出限

2.5 方法準確度

按照樣品處理流程，將小麥、玉米、胡蘿卜和柑橘葉等國家生物成分標準物質制備成待測溶液，其中GBW10011（小麥）和GBW10046（河南小麥）平行處理了雙份，共7份待測溶液，使用優化后的分析方法測定硫元素，分析結果見表7；表中數據可以看出，每個標準物質的分析結果都在推薦范圍值內，GBW10011和GBW10046的雙份樣品測量結果平行性較好。實驗中實際樣品GBW10011的 ICP–MS/MS質譜圖如圖 2所示，其中 32→48是本實驗采用的譜線，34→50是硫元素靈敏度比較低的非推薦譜線，其它四個為在線加入的鈧、鍺、銠、銦四個內標元素譜線。

表7 生物成分標準物質分析結果 %

圖2 GBW10011樣品ICP–MS/MS質譜圖

3 結論

本文采用微波消解–ICP–MS/MS串接氧氣模式消除了硫在質譜中的強干擾，準確測定了農作物樣品中的硫含量，通過干擾實驗和國家一級標準物質驗證了方法的準確性，本方法具有檢出限低和線性范圍寬等優點，完全可以滿足農作物樣品中硫元素的分析。同時微波消解–ICP–MS是農作物類樣品中金屬元素測定的常規方法，本方法除了分析硫元素外，還可以和農作物中其它金屬元素同時分析，減少實驗室分析流程，提高分析效率。

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