優(yōu)化Rpa電壓-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定鐵皮石斛中不同部位的14種金屬元素

倪張林，湯富彬，喻 晴，屈明華，莫潤宏

(中國林業(yè)科學研究院亞熱帶林業(yè)研究所，國家林業(yè)局經(jīng)濟林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗 檢測中心(杭州)，浙江杭州 311400)

鐵皮石斛是是一種具有較高食用和藥用價值的草本植物，可用于治療慢性萎縮性胃炎、高血壓、糖尿病，有抗腫瘤和抗衰老等作用[1]。目前，針對鐵皮石斛的成分研究主要集中在多糖和石斛堿[2]，而對鐵皮石斛中元素的分布報道較少。近幾年研究發(fā)現(xiàn)：鐵皮石斛的葉片和花也具有較高的保健作用，尤其是石斛花不但含有豐富的對人體有益的石斛堿，而且含有多種芳香物質(zhì)[3]。為了進一步了解鐵皮石斛的藥用和食用價值，對鐵皮石斛中的元素含量(包括營養(yǎng)元素和重金屬元素)進行研究十分必要。

植物樣品中元素測定方法主要有原子吸收光譜法[4，5]、原子熒光光譜法[6]、電感耦合等離子體光譜法[7,8]和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[9 - 11]。其中，ICP-MS法可實現(xiàn)多元素同時測定，且檢出限較低。ICP-MS靈敏度極高，測定大量元素時需要稀釋數(shù)十倍甚至上百倍，從而使其在測定高含量的元素時受到限制。本實驗采用動態(tài)反應池-ICP-MS法，在消除干擾的同時，調(diào)節(jié)Rpa電壓，測定鐵皮石斛的葉片、莖干和花中的Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni、As、Se、Cd和Pb 14種金屬元素，為鐵皮石斛的食用安全和進一步開發(fā)和利用提供依據(jù)。

1 實驗部分

1.1 主要儀器、試劑和材料

NexIon 300D ICP-MS儀(美國，PerkinElmer公司)；Mars6微波消解儀(美國，CEM公司)；Milli-Q純水儀(美國，Merck Millipore公司)。50 mL聚丙烯刻度離心管(美國，Corning公司)，使用前用10%HNO3浸泡24 h以上，然后用5%HNO3再清洗2次，自然晾干，待用。

HNO3(優(yōu)級純，美國Thermo Fisher Scientific公司)；H2O2(優(yōu)級純，國藥集團化學試劑有限公司)；14種單元素標準溶液、內(nèi)標物、柑橘葉標準物質(zhì)(GBW10020)，均購于國家標準物質(zhì)中心；質(zhì)譜調(diào)諧液購于美國PerkinElmer公司。

1.2 樣品來源

實驗樣品采集于溫州雁蕩山的2個大棚種植基地，采集時間為2015年5月25日，采集粗壯且長度不小于15 cm的莖干，同時采集其花和葉片，每個基地采集18份樣品(6份石斛莖干、6份花和6份葉片)。采集后的樣品放入60 ℃烘箱烘干后，用食品粉碎機粉碎，裝入封口袋，置于干燥器內(nèi)常溫保存，備用。

1.3 樣品前處理

稱取約0.2 g樣品(精確到0.001 g)于聚四氟乙烯消化管中，加入5 mL HNO3，置于趕酸爐上150 ℃預消解30 min，冷卻后加入2 mL HNO3和1 mL H2O2，密封好消化管，放入微波消解器，微波消解程序見表1。消解完畢后，再放到趕酸爐上以180 ℃趕酸至管內(nèi)液體剩余1 mL左右，冷卻后，用水定容至50 mL。每個樣品做3個平行，同時做樣品空白。

表1 微波消解程序

1.4 ICP-MS工作條件

ICP-MS的工作條件見表2。

表2 ICP-MS工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 測定條件的選擇和測定

低質(zhì)量數(shù)尤其是小于質(zhì)量數(shù)80的元素，很容易受到基體溶液中的C、H和O等元素干擾，如40Ar12C和52Cr質(zhì)量數(shù)非常相近，在普通模式(STD)下40Ar12C將對52Cr定量造成很大的正干擾。實驗采用動態(tài)反應池(DRC)模式，以氨氣(NH3)作為碰撞氣，用于消除干擾。為了降低待測元素的干擾信號，實驗需要對DRC模式下NH3流量和Rpq值進行優(yōu)化，優(yōu)化過程為儀器自動，最終優(yōu)化的條件見表2。

由于消解液中Mg、K、Ca、Al、Mn、Fe、Zn的含量較高，儀器信號很容易出現(xiàn)溢出的情況，導致無法準確定量。針對樣品中這些元素的測定，一般做法是預先將消解液稀釋較大倍數(shù)，然后上機測試。稀釋不但增加了工作量，同時也給樣品的污染帶來一定的風險。本實驗在通入NH3情況下，在DRC模式下，調(diào)節(jié)高含量元素的Rpa電壓值，從而選擇性地抑制高濃度元素的信號強度，同時對其它元素信號不產(chǎn)生影響。以K元素為例，圖1為Rpa值對1 mg/L K標準溶液的信號強度以及信噪比(S/N)(S/N計算方法：選定條件下，1 mg/L K標準溶液信號強度與5% HNO3空白溶液信號強度的比值)。結(jié)果表明，當Rpa的值增加至0.084時，其信號強度從原來的3.5×108降至約12 000；此時，S/N的比值下降也較為明顯(比值為102)，但仍可完全滿足于鐵皮石斛樣品中K元素的測定。其它元素最終優(yōu)化后的Rpa值見表2。實驗采用50 μg/L內(nèi)標液來校正信號漂移，內(nèi)標的選用見表3。

采用選定的質(zhì)量數(shù)下進行各元素的測定，其線性范圍、線性方程和相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 待測元素的質(zhì)量數(shù)、內(nèi)標元素及標準曲線

2.2 方法檢出限、準確度和精密度

按1.3所述的方法制備11個獨立的空白溶液，然后進行上機測定，計算其標準偏差，檢出限(LOD)為其3倍的標準偏差(表4)，由表4可知各元素的方法檢出限均滿足檢測要求。在上述儀器條件下，采用鐵皮石斛的莖干樣品進行精密度測試，各元素的日內(nèi)精密度(RSD)為0.7%～4.6%(n=6)，日間精密度為1.5%～5.8%(n=12)(表4)，方法穩(wěn)定。

表4 方法的檢測限、精密度和準確度

為驗證方法的可靠性，選擇鐵皮石斛莖作為加標基質(zhì)，通過低含量加標和高含量加標進行測試并計算其回收率，結(jié)果見表5。由表5可知：14種元素的加標回收率在 83.9%～112%之間，RSD小于6%(n=6)，由此可見樣品的基質(zhì)效應對本方法影響較小，檢測方法穩(wěn)定可靠。為進一步證實方法的準確度，實驗測定了與鐵皮石斛樣品同時處理的有證標準物質(zhì)柑橘葉(GBW10020)，從表4中可看出，測定值均在標準值范圍之內(nèi)，表明方法準確。

表5 鐵皮石斛樣品加標回收率實驗(n=6)

a：The units of Mg,Al,K,Ca,Mn,Fe and Zn were μg;The units of Cr,Ni,Cu,As,Se,Cd and Pb were ng.

2.3 實際樣品的測定

實驗采用優(yōu)化后的方法對共計36個樣品(12個莖、12個花和12個葉)進行了測試，表6為實際樣品測定結(jié)果(每個樣品重復3次獨立測定)，如表所示營養(yǎng)元素的含量高低順序分別為：莖，K>Ca>Mg>Mn>Zn>Fe>Se；葉，K>Ca>Mg>Zn>Mn>Fe>Se；花，K>Ca>Mg>Mn>Zn>Fe>Se。重金屬元素的含量高低順序分別為：莖，Cu>Ni>Cd>Pb>As；葉，Cu>Pb>Ni>Cd>As；花，Cu>Ni>Pb>As>Cd。葉和花中的營養(yǎng)元素如K、Ca、Mg要顯著高于莖中的含量，同時葉和花中的重金屬如Pb和As也要顯著高于莖干中的含量。鐵皮石斛的莖是目前主要食用部位，針對其食用安全，浙江省的地方標準(DB33 635.4-2007)《無公害鐵皮石斛 第4部分 安全質(zhì)量要求》規(guī)定了其中Pb、Cd 和As限量分別為0.2、0.2和0.5 mg/kg，此次采集的2個大棚種植的基地，共12個樣品中這3種重金屬含量均低于限量規(guī)定。但隨著種植方式的多樣化，如：活樹仿生種植、石壁種植，鐵皮石斛中的重金屬含量仍然需要不斷跟蹤以保證其品質(zhì)，尤其是鐵皮石斛中的葉和花現(xiàn)在的開發(fā)利用還處在起步階段。

表6 樣品測定結(jié)果

a：The units of Mg,K and Ca were g/kg,and others were mg/kg.

3 結(jié)論

實驗建立了一種適合于植物性樣品中多元素測定的ICP-MS方法，樣品經(jīng)過微波消解后，采用動態(tài)反應池技術(shù)消除低質(zhì)量數(shù)的質(zhì)譜干擾問題，同時針對植物性樣品中大量的元素，在不進行稀釋的情況下，實驗采用調(diào)節(jié)反應池的Rpa電壓的方法，降低儀器的響應，進行準確定量。方法快捷簡單、準確度高，可適用于植物性樣品的測定。同時本文對大棚種植的鐵皮石斛的14 種元素進行了定量分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其不同部位(莖、葉和花)重金屬含量處于較低水平。