微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定油茶籽油中的5種重金屬元素

倪張林，湯富彬*，屈明華，劉毅華，沈丹玉

(中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，國(guó)家林業(yè)局經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測(cè)中心(杭州)，浙江 富陽(yáng) 311400)

植物油在食品營(yíng)養(yǎng)衛(wèi)生學(xué)上占有很重要的位置，是人們?nèi)粘Ｉ畹谋匦杵?。隨著工業(yè)的迅速發(fā)展，生產(chǎn)中排放的廢水、廢氣、廢渣中的無(wú)機(jī)元素不可避免進(jìn)入土壤、地下水和地表水；化肥、農(nóng)藥中也含有微量的重金屬元素，它們通過(guò)土壤中遷移到植物體中，從而進(jìn)入到植物油中。另外，植物油在生產(chǎn)、加工、運(yùn)輸、貯存過(guò)程中都有可能受到重金屬元素的污染。因此需要建立一種處理簡(jiǎn)單、快速、靈敏度高的方法來(lái)對(duì)植物油中的重金屬含量進(jìn)行測(cè)定的方法。

植物油中99%以上的組分為脂肪酸等有機(jī)成分，其特性決定了消解過(guò)程的復(fù)雜性。目前植物油中的前處理技術(shù)主要有濕法消解法[1-2]、干灰化法[3-4]、微波消解法等方法[5-6]；植物油中重金屬的檢測(cè)方法主要有分光光度法[7]、原子吸收光譜法[1,5,8-9]、原子熒光法[4,6,10]、電化學(xué)法[3,11]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(inductively coupled plasma optical emission spectrometer，ICP-OES)[12-13]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)[14-15]。其中微波消解法利用高壓消解和微波快速加熱，具有消解速度快、污染小、樣品消解完全、回收率高的特點(diǎn)，適合于植物油難消解的特點(diǎn)，同時(shí)ICP-MS技術(shù)具有檢出限低、線性動(dòng)態(tài)范圍更寬、干擾更少，適合極低濃度的多個(gè)元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，尤其適合于植物油中低含量金屬元素的測(cè)定。本實(shí)驗(yàn)選取油茶籽油的毛油和精煉油，采用微波消解-ICP-MS技術(shù)，通過(guò)方法優(yōu)化，對(duì)5種重金屬元素(鉛、鎘、鉻、銅、砷)進(jìn)行測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

毛油、精煉油產(chǎn)自湖南益陽(yáng)或浙江衢州。

硝酸(優(yōu)級(jí)純) 美國(guó)默克公司；過(guò)氧化氫(優(yōu)級(jí)純) 國(guó)藥集團(tuán)(上海)化學(xué)試劑有限公司；鉛、鎘、鉻、銅、砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液、內(nèi)標(biāo)物、茶葉標(biāo)樣(GBW10016)以及蘋(píng)果標(biāo)樣(GBW10019) 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)物中心；質(zhì)譜調(diào)諧液 美國(guó)Perkin Elmer公司。

1.2 儀器與設(shè)備

AB104-S萬(wàn)分位天平 瑞士Mettler Toledo公司；NexIon 300D ICP-MS 美國(guó)Perkin Elmer公司；Multiwave3000微波消解儀 奧地利Anton Paar公司；陶瓷電熱板 德國(guó)IKA公司；其他玻璃器皿用30%硝酸溶液煮沸60min，再用超純水沖洗3次以上，晾干備用。

1.3 樣品前處理

用萬(wàn)分位天平稱取約0.3g油茶籽油樣品于消化管中，加入5mL硝酸，2mL過(guò)氧化氫，加蓋漏斗，放置過(guò)夜，次日于電熱板上180℃預(yù)消化約2h，冷卻后補(bǔ)加2mL過(guò)氧化氫，然后密封好消化管，放入微波消解器，微波消解程序見(jiàn)表1，消解完畢后，再以180℃趕酸至近干，冷卻后，采用1%硝酸，少量多次洗滌定容至25mL，上機(jī)備用。

表 1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.4 ICP-MS工作條件

RF功率1100W，霧化氣流量0.9L/min，等離子氣流量15L/min，輔助氣(氦氣)流量：測(cè)定As(動(dòng)能甄別模式)時(shí)為3.4L/min，測(cè)定Cr(動(dòng)能甄別模式)時(shí)為4.3L/min，溶液提升量0.3mL/min；透鏡電壓6.80V，模擬電壓－1600V，脈沖電壓800V，掃描方式為跳峰掃描，掃描次數(shù)為20次，測(cè)量方式為模擬加脈沖，重復(fù)次數(shù)3次。

1.5 待測(cè)元素同位素、內(nèi)標(biāo)的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

表 2 待測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)、內(nèi)標(biāo)元素及標(biāo)準(zhǔn)曲線Table 2 Element isotopes, internal standards and standard curves

ICP-MS的動(dòng)態(tài)線性范圍很寬，可高達(dá)9個(gè)數(shù)量級(jí)，各元素的工作曲線用貯備液質(zhì)量濃度為100mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋至0.1mg/L的工作溶液，待測(cè)元素質(zhì)量數(shù)選則的原則：按照干擾小、豐度大的原則來(lái)選擇同位素的質(zhì)量數(shù)。內(nèi)標(biāo)元素的選用可以消除基體干擾和分析信號(hào)的漂移，選用與待測(cè)元素質(zhì)量數(shù)相近的內(nèi)標(biāo)元素，見(jiàn)表2。

2 結(jié)果與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)條件的考察與篩選

2.1.1 微波功率的確定

本實(shí)驗(yàn)采用的微波消解儀為中壓微波消解儀，對(duì)于高能量的植物油脂，稱樣量受到一定的限制，本實(shí)驗(yàn)稱取0.3g樣品，樣量為儀器推薦此類樣品的最大稱樣量，所以需采用較長(zhǎng)時(shí)間(至少1h)的預(yù)消解，以保證微波消解過(guò)程的安全性。微波程序設(shè)置方面，本實(shí)驗(yàn)采用3步升溫，同時(shí)在升溫速率方面比較緩慢，以保證內(nèi)罐壓力上升較為平緩，通過(guò)對(duì)最終微波功率實(shí)驗(yàn)比較發(fā)現(xiàn)：小于900W時(shí)，消解效果差，消解液呈黃色渾濁狀，大于900W時(shí)，消解內(nèi)壓上升過(guò)快，有一定的危險(xiǎn)性，所以選擇900W的作為終點(diǎn)功率，既可保證消解過(guò)程的安全，又能對(duì)油茶籽油進(jìn)行很好地消解。

2.1.2 干擾的消除

ICP-MS法的主要干擾來(lái)自于物理干擾、基體干擾和質(zhì)譜干擾。物理干擾主要是由于樣品溶液黏度大和鹽分含量高而影響溶液的提升量，通過(guò)加大樣品溶液稀釋倍數(shù)可降低物理干擾，油茶籽油無(wú)機(jī)鹽分含量較低，采用本方法進(jìn)行前處理，干擾可忽略不計(jì)?；w干擾主要表現(xiàn)在樣品基體檢測(cè)過(guò)程中對(duì)檢測(cè)元素信號(hào)產(chǎn)生抑制或增強(qiáng)效應(yīng)，產(chǎn)生短期或長(zhǎng)期漂移，通過(guò)分別加入與待測(cè)元素物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)以及質(zhì)量數(shù)相近的內(nèi)標(biāo)元素，可以監(jiān)測(cè)和校正信號(hào)的短期和長(zhǎng)期漂移，提高儀器的穩(wěn)定性，改善測(cè)定的精密度校正一般樣品的基體影響。質(zhì)譜干擾主要是同質(zhì)異位素重疊和多原子粒子的干擾，由于油茶籽油樣品中除了待測(cè)元素外，還存在其他元素如Cl，Cl元素與Ar結(jié)合生成的ArCl，會(huì)嚴(yán)重干擾51.94Cr、74.92As這兩種元素的測(cè)定，所以采用動(dòng)能甄別模式碰撞模式來(lái)消除ArCl的干擾。

2.1.3 器皿的清洗方式

對(duì)于痕量分析，樣品空白的控制至關(guān)重要，為了找到合適的清洗方式，本實(shí)驗(yàn)隨機(jī)選取一批新的25mL容量瓶，分別采用純水沖洗，泡酸后清洗，超聲清洗，酸煮后清洗4種方式清洗，清洗后拿同一次配制的1%硝酸溶液定容，然后放置24h后上機(jī)測(cè)定，具體結(jié)果見(jiàn)表3(表中信號(hào)值為重金屬濃度的響應(yīng)，響應(yīng)值越大濃度越大，每個(gè)值為5次獨(dú)立實(shí)驗(yàn)的平均值)。由表3可知：用酸煮沸的清洗方式所得的信號(hào)相應(yīng)最低，重金屬殘留最少，效果最好，其次是泡酸后清洗，簡(jiǎn)單的用超純水清洗效果最差，仍有大量的重金屬殘留，所以本實(shí)驗(yàn)選擇酸煮沸后清洗的方式來(lái)清洗器皿，以保證實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

表 3 不同清洗方式的器皿空白值(n=5)Table 3 Blank signal using different washing method (n=5)

2.2 方法檢出限、準(zhǔn)確度

根據(jù)國(guó)際理論和化學(xué)聯(lián)合會(huì)(IUPAC)的規(guī)定，用公式L=3Sb/S(Sb為空白多次測(cè)量的標(biāo)準(zhǔn)偏差，S為方法的靈敏度(即標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率))計(jì)算儀器檢出限。方法檢出限計(jì)算方法：儀器檢出限的計(jì)算結(jié)果乘以定容體積，再除以稱樣量。本實(shí)驗(yàn)對(duì)空白消解液測(cè)定11次，計(jì)算出方法的檢出限。為證實(shí)本方法的準(zhǔn)確度，測(cè)定了與油茶籽油同時(shí)處理的茶葉標(biāo)準(zhǔn)樣品(GBW10016)和蘋(píng)果標(biāo)準(zhǔn)樣品(GBW10019)，從表4可看出，測(cè)定的精密度小于10%，方法穩(wěn)定性較滿意。

表 4 ICP-MS法測(cè)定的檢測(cè)限、準(zhǔn)確度(n=5)Table 4 Limit of detection and accuracy (n=5)

2.3 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)及精密度

表 5 油茶籽油樣加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)(n=5)Table 5 Results of recovery test (n=5)

為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的可靠性，本實(shí)驗(yàn)通過(guò)低含量加標(biāo)和高含量加標(biāo)進(jìn)行測(cè)試并計(jì)算其回收率，結(jié)果見(jiàn)表5。5種元素的加標(biāo)回收率在84%～111%之間，并且其RSD結(jié)果均小于8%，由此可見(jiàn)，油茶籽油樣品的基質(zhì)效應(yīng)對(duì)本方法影響較小，檢測(cè)方法穩(wěn)定可靠。

2.4 實(shí)際樣品測(cè)定

表 6 樣品測(cè)定結(jié)果Table 6 Results of sample analysis μg/kg

采用本實(shí)驗(yàn)建立的方法對(duì)采自湖南益陽(yáng)以及浙江衢州的油茶籽毛油和精煉油進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，4個(gè)油茶籽油樣品中所測(cè)定重金屬中Cu含量較其他4種重金屬要高，與已知文獻(xiàn)[13]報(bào)道中菜籽油、大豆油和花生油含量水平相當(dāng)。

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，通過(guò)合理的器皿清洗方式控制樣品空白，利用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定，能同時(shí)測(cè)定油茶籽油中5種重金屬元素，該方法精密度高，操作簡(jiǎn)便，分析速度快，是一種較好分析方法，利用本法可對(duì)其他植物油樣品進(jìn)行測(cè)定。

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