微波密閉消解-乙醇增敏-串聯(lián)質(zhì)譜(ICP-MS/MS)法測定生物樣品中的硒

張啟云 張武萍

(青海省地質(zhì)礦產(chǎn)測試應(yīng)用中心,西寧 810021)

硒(Se)是人體必須的微量元素,參與多種酶和蛋白質(zhì)的合成,Se的缺乏和過量都會引起毒性作用[1]。Se是目前廣為關(guān)注的微量元素,既可是營養(yǎng)元素,亦可為毒性元素[2]。人體內(nèi)硒的攝入主要依靠所攝入的糧食、蔬菜、水果等食物,隨著地質(zhì)調(diào)查工作中不斷有富硒區(qū)域的發(fā)現(xiàn),以及地質(zhì)調(diào)查與農(nóng)業(yè)的相互結(jié)合和發(fā)展,在這些富硒區(qū)域內(nèi)種植的農(nóng)產(chǎn)品也給社會上提供了形形色色的富硒農(nóng)產(chǎn)品,比如:富硒蔬菜[3]、富硒糧食[4]、富硒水果、富硒蛋類等。富硒農(nóng)產(chǎn)品的宣傳在市場上也是非常廣泛,富硒農(nóng)產(chǎn)品在社會上的認(rèn)可度也不斷提高,同時也帶動了富硒區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展,為全社會脫貧攻堅作出了較大貢獻(xiàn)。因此,對生物樣中硒含量的準(zhǔn)確測定顯得尤為重要。

硒的測定方法,目前主要是原子熒光光譜法[5],但由于原子熒光光譜法靈敏度低、檢出限較高等限制,測定結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度相對較差;在樣品的消解方面,植物樣品中Se的消解主要采用濕法敞開消解[6]和微波密閉消解[7],但大多使用敞開式消解,由于生物樣中氯的存在或HCl的引入,在敞開式消解加熱過程中會有Se的揮發(fā)損失,相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求加熱至近干,但切不可蒸干[8],消解不完全的情況也會發(fā)生。近年來,隨著質(zhì)譜技術(shù)的普及,采用電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法測定也越來越普遍,但I(xiàn)CP-MS法標(biāo)準(zhǔn)模式測定Se時,由于測定靈敏度相對較低,同時還存在一些質(zhì)譜干擾,因此在質(zhì)譜法測定Se時,對檢測人員掌握質(zhì)譜操作水平的要求較高。李冰等[9]曾研究了乙醇在電感耦合等離子體中的增強(qiáng)效應(yīng),表明在ICP-MS測定過程中乙醇對待測元素有一定的增敏作用。

本方法采用微波密閉消解樣品,減少在樣品處理過程中Se的揮發(fā)損失;用三重四級桿質(zhì)譜儀(ICP-MS/MS)測定,采用乙醇增敏以提高信號靈敏度,降低信噪比;通過加入反應(yīng)氣(O2)實現(xiàn)待測離子的質(zhì)量轉(zhuǎn)移,有效消除質(zhì)譜干擾,很大程度降低了Se測定的方法檢出限,提高了精密度和準(zhǔn)確度。并且在同一溶液體系中還可以同時進(jìn)行其他無機(jī)微量元素的測定,避免了同一樣本中多種元素需要多種儀器參與測定的繁瑣操作,從而節(jié)約了實驗成本,提高了檢測效率。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

美國Thermo公司iCAP TQ型三重四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS/MS),美國CEM公司MARSXPress型高通量微波消解儀。消解程序設(shè)定見表1。

表1 生物樣微波消解條件

VB48UP趕酸儀(萊伯泰科公司),美國Millipore公司,Milli-Q型去離子高純水處理機(jī)(美國Millipore公司);所有實驗用水均為電阻率大于18.0 MΩ·cm的純水。

銠(Rh)內(nèi)標(biāo)溶液(10 μg/mL,國家有色金屬電子材料分析測試中心有證標(biāo)準(zhǔn)溶液):逐級稀釋至10 ng/mL的Rh內(nèi)標(biāo)工作溶液(其中溶液介質(zhì)中含有7%乙醇和3%硝酸),測定時采用三通閥在線加入。

硒(Se)標(biāo)準(zhǔn)溶液(10 μg/mL 國家有色金屬電子材料分析測試中心有證標(biāo)準(zhǔn)溶液):用3%硝酸溶液逐級稀釋配制成0、0.10、0.50、1.00、5.00、10.0 ng/mL標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。

國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):GSB-1a、GSB-9、GSB-12、GSB-13、GSB-23a生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

硝酸:Fisher Chemical高純硝酸。

實驗所用器皿均用10%硝酸溶液單獨浸泡48 h處理后,用實驗用水沖洗干凈瀝干備用。

1.2 實驗方法

準(zhǔn)確稱取0.50 g(精確至0.1 mg)試樣,于聚四氟乙烯微波消解罐底部,慢慢加10 mL濃硝酸,放置2 h或過夜,旋緊罐蓋,按照預(yù)設(shè)的微波消解儀程序消解,冷卻后取出,緩慢打開罐蓋排氣,用少量水沖洗內(nèi)蓋及罐壁,將消解罐放在趕酸儀上,160 ℃加熱趕酸60～90 min,罐內(nèi)溶液剩余1～2 mL左右,取下冷卻后,用水定容至50 mL容量瓶,混勻待測,同時做試劑空白。

儀器經(jīng)調(diào)諧、優(yōu)化參數(shù)后,內(nèi)標(biāo)溶液通過三通閥以在線加入方式和待測樣溶液一起引入ICP-MS/MS進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 待測元素同位素的選擇

質(zhì)譜法測定時,一般會選擇豐度靈敏度最大,干擾少或干擾容易消除,與內(nèi)標(biāo)元素不造成相互干擾的同位素進(jìn)行測定。Se的天然同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se、82Se共六種,其中78Se、80Se兩種同位素的豐度相對較高,分別為23.8%和79.6%,其余幾種同位素的豐度均在10%以下。由于Se的第一電離能相對較高為9.75 eV,一般樣品中Se的含量極低,因此測定靈敏度相對較低。通過綜合分析,本實驗選用豐度值最高的80Se進(jìn)行Se的測定,在測定時采取其他措施消除干擾。

2.2 干擾因素的分析與消除

生物樣經(jīng)消解后樣品溶液基體相對簡單,樣品溶液與標(biāo)準(zhǔn)溶液黏度不同等物理效應(yīng)差異影響,通過蠕動泵進(jìn)樣的優(yōu)勢可以忽略不計,因此,在測定過程中非質(zhì)譜干擾的影響幾乎不用考慮,也不需要采取特殊措施進(jìn)行消除。

本實驗測定Se時,最大的干擾來源在于質(zhì)譜干擾,以80Se為例:主要受到Kr等同量異位素、Ar2和BrH等多原子分子離子,Gd++和Dy++等稀土元素雙電荷離子的質(zhì)譜干擾。如果采用標(biāo)準(zhǔn)模式(STD)測定,質(zhì)譜干擾嚴(yán)重影響測定結(jié)果;采用碰撞模式(KED)則靈敏度將大幅降低,信噪比大,精密度較差。

本實驗采用三重四級桿質(zhì)譜儀(ICP-MS/MS)進(jìn)行測定,更好地達(dá)到了消除干擾的效果。第一級四級桿(Q1)設(shè)定分析物質(zhì)量數(shù)(80)來過濾去除所有不需要的離子;第二級四級桿(Q2)通過選擇反應(yīng)模式,加壓O2反應(yīng)氣進(jìn)行反應(yīng),來選擇性改變干擾物或目標(biāo)元素的質(zhì)量數(shù),使80Se和O2反應(yīng)得到96SeO作為目標(biāo)元素反應(yīng)產(chǎn)物,第三重四級桿(Q3)分離出待測元素的產(chǎn)物離子96SeO,通過第二級質(zhì)量過濾器去除所有殘留的干擾物,實現(xiàn)無干擾分析。串聯(lián)質(zhì)譜測定Se消除干擾原理見圖1。

圖1 串聯(lián)質(zhì)譜測定Se消除干擾原理圖

2.3 乙醇濃度對增敏效果的影響

質(zhì)譜法測定Se時靈敏度相對較低,不采取特殊措施直接測定時,測定信號強(qiáng)度較低,測定結(jié)果精密度極差,因此本實驗采用乙醇增敏,提高測定靈敏度。

對10 ng/mL的Se標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定,改變內(nèi)標(biāo)溶液中乙醇的濃度,對乙醇增敏效果進(jìn)行了最佳濃度的選擇。在不添加乙醇時測定10 ng/mL的Se標(biāo)準(zhǔn)溶液,Se信號強(qiáng)度為1 743 cps,隨著乙醇濃度的增加,信號強(qiáng)度明顯增強(qiáng),當(dāng)乙醇濃度達(dá)到7%以上時,信號強(qiáng)度的變化趨于平穩(wěn),乙醇增敏效果見圖2。故實驗選擇含有7%乙醇的內(nèi)標(biāo)溶液作為最佳乙醇增敏濃度。

圖2 乙醇增敏效果圖

2.4 儀器條件的優(yōu)化和選擇

Thermo iCAP TQ型三重四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜儀截取錐嵌片標(biāo)配三種規(guī)格,不同規(guī)格的嵌片其作用不同。2.8 mm嵌片高靈敏度模式,對應(yīng)STDS、KEDS模式,可獲得高靈敏度,但基體耐受性差;3.5 mm嵌片是標(biāo)準(zhǔn)配置,對應(yīng)STD、KEDS模式;4.5 mm對應(yīng)高基體模式,STDR、KEDR等,耐高基體、靈敏度稍差。本次實驗選用2.8 mm高靈敏度嵌片,以獲得更高的測定靈敏度。

用儀器自帶調(diào)諧溶液通過儀器軟件進(jìn)行自動優(yōu)化,最終儀器優(yōu)化參數(shù)見表2。

表2 儀器工作條件

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制和檢出限

用3%的硝酸將Se配制成濃度為0、0.10、0.50、1.00、5.00、10.0 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)系列,通過儀器測定繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。回歸方程及相關(guān)系數(shù)見圖3。

圖3 硒標(biāo)準(zhǔn)曲線圖

以建立的方法平行測定6份空白樣品,計算方法檢出限為0.004 μg/g。數(shù)據(jù)見表3。

表3 方法檢出限

2.6 準(zhǔn)確度和精密度實驗

以建立的方法測定國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米GSB-1a(GBW10010a)、雞肉GSB-9(GBW10018)、豆角GSB-12(GBW10021)、蒜粉GSB-13(GBW10022)、湖南大米GSB-23a(GBW10045a),每個樣品各平行分析6次,計算測定平均值和測定值的精密度(RSD),計算測定平均值和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值的ΔLogc和RE。測定結(jié)果見表4、5。

表4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果

由表4、5可知,測定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值不確定度范圍內(nèi),測定平均值和測定值的RSD小于10%;測定平均值和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值的ΔLogc在±0.05以內(nèi),RE在±10%以內(nèi),表明該方法測定精密度和準(zhǔn)確度均較好。

3 結(jié)論

建立了微波消解-乙醇增敏三重四級桿電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS/MS)法測定生物樣中硒含量的方法。用乙醇增敏,提高了靈敏度,加氧反應(yīng)通過質(zhì)量轉(zhuǎn)移消除質(zhì)譜干擾,極大地降低了信噪比。測定國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值相吻合,該方法具有樣品前處理操作簡便、消解快速完全、分析速度快、精密度好、準(zhǔn)確度高、檢出限低等優(yōu)點。因此,該方法對測定生物樣本中硒的檢測具有較好應(yīng)用前景,可在當(dāng)前及今后富硒區(qū)域調(diào)查、富硒農(nóng)產(chǎn)品、食品檢測等領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。