電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法與原子吸收光譜(AAS)法測定西洋參中的鎘

夏擁軍 曹文忠

（張家港出入境檢驗檢疫局，江蘇 張家港215600）

前言

對人和動物而言，鎘的所有化學(xué)形態(tài)都是有害的。在實際生產(chǎn)應(yīng)用中，鎘作為油漆的著色劑，塑料的穩(wěn)定劑，以及用于電鍍和鎘電池中。由于鎘具有很多良好的特性，使得鎘在熒光體、半導(dǎo)體、原子反應(yīng)堆、航海和航空等方面有著廣泛用途。這些行業(yè)的發(fā)展又使得鎘進入了生物圈，導(dǎo)致土壤和環(huán)境中鎘含量增加。而環(huán)境中的鎘是不能生物降解的，其在體內(nèi)的累積，人和動物就會產(chǎn)生鎘中毒現(xiàn)象[1]。

對于人體的組織和器官來說，鎘的危害是多方面的，首先是對肝臟和腎臟的危害，此外，鎘還能導(dǎo)致高血壓、貧血、肺水腫、骨軟化癥和嗅覺減退甚至喪失等病癥。1984年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署提出的《危害全球環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)過程清單》中，鎘的危害性排在化學(xué)物質(zhì)的第一位。目前我國對西洋參中鎘的最高允許濃度為0.3 mg/kg，所以，有必要對西洋參中鎘進行測定[2]。

目前鎘的主要分析方法有電感耦合等離子原子發(fā)射光譜（ICP-AES）法[3]，原子吸收光譜（AAS）法[4]，電感耦合等離子體-質(zhì)譜（ICP-MS）法[5]等，這些方法各有其特點，但電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）法具有線性范圍寬、精密度好、準(zhǔn)確度高，能同時分析多種元素等優(yōu)點，近年來已廣泛地應(yīng)用于食品、醫(yī)藥、水質(zhì)、環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域中[6-8]。

本文利用電感耦合等離子體質(zhì)譜法與原子吸收光譜法對西洋參中鎘的測定進行對比，發(fā)現(xiàn)兩種方法都具有操作簡單，準(zhǔn)確度高、精密度好的特點，其中電感耦合等離子體質(zhì)譜法與原子吸收光譜法相比，具有測定的線性范圍更寬，檢出限更低，精密度更好的優(yōu)點[9]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

NexION 300X型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國PE公司），AA-800型原子吸收光譜儀（美國PE公司），MARS5型高壓密閉微波消解儀（美國CEM公司），超純水發(fā)生器（美國Millipore公司），AT201型電子天平（梅特勒-托利多公司）。硝酸（優(yōu)級純，用超純水配成0.5 mol/L）；鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；銦內(nèi)標(biāo)溶液（100 mg/L，美國PE公司）。

國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：GBW10044四川大米，GBW10012玉米，地球物理地球化學(xué)勘察研究所。

實驗用水為超純水（電阻率應(yīng)大于18.2 MΩ·cm）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

稱取制備好的西洋參樣品0.3～0.5 g（精確至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入8 m L硝酸，按設(shè)定好的程序進行微波消解（見表1）。待消解完成后，將消解罐放入電熱趕酸裝置，150℃趕酸后至樣液剩余1 m L左右，用超純水洗滌3～4次，移入25 m L容量瓶中，用超純水定容至刻度，混勻后待測。同時做樣品空白實驗[10]。

表1 微波消解的溫度控制程序Table 1 Temperature control program of microwave digestion

1.2.2 樣品測定

1.2.2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀最佳工作條件：高頻發(fā)射功率1 100 W，載氣流速0.87 L/min，輔助氣流速1.2 L/min，等離子氣流速10 L/min，樣品提升速率0.1 r/s，采樣深度7.5 mm，樣品提升量0.4 mL/min，氧化物比值＜0.06，雙電荷比值＜0.03，氦氣流速3.5 L/min。

用硝酸（0.5 mol/L）將鎘標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（1 000 mg/L）稀釋成1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。使用前移取適量的1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用硝酸（0.5 mol/L）分別稀釋成1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0和100.0μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液。在儀器最優(yōu)的工作條件下繪制工作曲線，隨后測定空白溶液和樣品溶液。

1.2.2.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜儀工作條件：波長228.8 nm，光譜通帶寬度0.7 nm，燈電流5 m A，氘燈扣背景，進樣體積25μL，灰化溫度1 400℃，原子化溫度2 400℃，測量方法為標(biāo)準(zhǔn)曲線法。

標(biāo)準(zhǔn)系列工作溶液是移取適量的1.0 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，用硝酸（0.5 mol/L）分別稀釋成1.0、2.0、4.0、8.0、12.0、16.0和20.0μg/L。在儀器最優(yōu)的工作條件下繪制工作曲線，隨后測定空白溶液和樣品溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的條件優(yōu)化

電感耦合等離子體質(zhì)譜法在測定時，干擾一般來源于雙電荷干擾、多原子干擾、氧化物干擾、基體效應(yīng)干擾和物理效應(yīng)干擾等方面。本實驗在參考文獻[11-12]的基礎(chǔ)上通過一系列預(yù)實驗，選取In為內(nèi)標(biāo)元素來校正基體效應(yīng)和物理效應(yīng)所造成的信號漂移。

2.2 原子吸收光譜儀的條件優(yōu)化

2.2.1 燈電流的選擇

在一定范圍內(nèi)，原子吸收的信號強度與燈電流的大小成正比，燈電流選擇過高，一方面會導(dǎo)致燈的使用壽命下降，另一方面會導(dǎo)致噪聲過高，不利于測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，而燈電流選擇過低，也會降低測定結(jié)果的靈敏度。因此，為了獲得較高的分析靈敏度和準(zhǔn)確度，實驗選取燈電流為5 m A。

2.2.2 灰化溫度和原子化溫度的選擇

灰化溫度和原子化溫度較大地影響著分析的靈敏度和重現(xiàn)性。通過對鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0μg/L）測定，實驗選擇進樣體積為25μL，灰化溫度選擇1 400℃、原子化溫度選擇2 400℃（見圖1、圖2）。

圖1 灰化溫度的影響曲線Figure 1 Influence of ashing temperature.

圖2 原子化溫度的影響曲線Figure 2 Influence of atomization temperature.

2.3 ICP-MS和AAS的標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、線性范圍和方法檢出限實驗

在優(yōu)化的實驗條件下，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，分別對鎘的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液和11份試劑空白進行測定，得到兩種不同方法下鎘的標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、線性范圍和方法的檢出限見表2。

表2 兩種方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)、線性范圍和檢出限對比試驗Table 2 Comparison of standard curve，correlation coefficient，linear range and detection limit of the two methods/(μg·L-1)

2.4 ICP-MS和AAS的準(zhǔn)確度和精密度實驗

為了驗證兩種方法結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性，采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，分別對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)玉米（GBW10012）和四川大米（GBW10044）中鎘進行測定，結(jié)果如表3所示，用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定的精密度在2.5%～3.3%，用原子吸收光譜法測定的精密度在3.1%～4.5%。兩種測定方法的測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本接近，準(zhǔn)確度和精密度都能滿足測定要求。

2.5 ICP-MS和AAS的加標(biāo)回收實驗

為了驗證兩種方法的準(zhǔn)確度，對西洋參樣品進行了加標(biāo)回收實驗。分別在樣品中加入1.0、5.0、10.0μg/L的3個濃度水平的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)過消解處理后，上儀器測定，計算加標(biāo)回收率，結(jié)果如表4所示，用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定的加標(biāo)回收率在93.0%～101%，用原子吸收光譜法測定的加標(biāo)回收率在87.0%～92.2%。

表3 利用國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗證分析值和精密度試驗Table 3 Test and analysis of national standard substance /(μg·kg-1)

表4 兩種方法的加標(biāo)回收實驗結(jié)果Table 4 Results of spiked recoveries of the two methods /(μg·L-1)

2.6 實際樣品中兩種方法的測定結(jié)果對比

選取5種不同的西洋參，分別采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，對樣品中的鎘進行測定，結(jié)果如表5所示，用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定的精密度在2.1%～3.6%，用原子吸收法測定的精密度在3.0%～4.9%。

表5 樣品中鎘的測定結(jié)果和精密度對比Table 5 Comparison of test results and precision of cadmium in samples /(μg·kg-1)

3 結(jié)論

對電感耦合等離子體質(zhì)譜法與原子吸收光譜法測定西洋參中鎘進行對比，兩種方法都具有操作簡單，準(zhǔn)確度高、精密度好的特點，均可運用于西洋參的日常檢測。相比較而言，與原子吸收光譜法相比，電感耦合等離子體質(zhì)譜法具有更寬的測定范圍，檢出限更低，精密度更好的優(yōu)點，但該儀器購買費用較高，運行和維護成本也較大。

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