電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定苧麻不同部位的鉻、砷、鎘、鉛4種重金屬元素含量

徐 芳

(湖南省分析測(cè)試中心有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410000)

苧麻為蕁麻科苧麻屬多年生宿根性草本植物，又名銀苧、苧根、山麻. 作為一種重要的韌皮纖維作物，是我國(guó)的傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)特產(chǎn)，其主要種植于浙江、湖南、廣西、廣東、云南和貴州等地[1]. 隨著土壤重金屬污染以及修復(fù)研究的不斷深入，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)苧麻具有一定的富集重金屬的作用，且苧麻具有生長(zhǎng)速度快、不進(jìn)入食物鏈等特點(diǎn)，適合進(jìn)行土壤重金屬污染的修復(fù)[2-3]. 根據(jù)苧麻這種特性，有專家研究出了苧麻微球來吸收廢水中Cd[4].

目前，土壤中重金屬的檢測(cè)方法主要有火焰原子吸收光譜法(FAAS)、石墨爐原子吸收光譜法(GF-AAS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)及電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)等. 與傳統(tǒng)的FAAS和GF-AAS對(duì)重金屬的檢測(cè)相比，本文所采用的ICP-MS法具有硝酸使用少、對(duì)環(huán)境污染小且效率高等優(yōu)點(diǎn). 而與ICP-AES相比，此法具有分析精度高、干擾少、重現(xiàn)性好等特點(diǎn).

本文以苧麻根、莖、葉和花的4個(gè)部位預(yù)處理后作為樣品，采用硝酸-雙氧水-氫氟酸體系微波消解，ICP-MS測(cè)定111Cd、52Cr、75As、208Pb 4種元素含量，建立了一種準(zhǔn)確、快速測(cè)定苧麻不同部位多種元素含量的方法，有助于植物修復(fù)土壤重金屬的研究.

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

X seriesII 型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)賽默飛世爾科技有限公司)；TOPEX型全能型微波消解儀(上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司)；TOPEXG-400型智能控溫電加熱器(上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司)；CP214先行者精密型電子天平(美國(guó)奧豪斯儀器上海有限公司)；UPT-I I-40L型超純水制備裝置(四川優(yōu)普超純科技有限公司).

硝酸、雙氧水、氫氟酸均為優(yōu)級(jí)純；試驗(yàn)用水為經(jīng)超純水制備裝置處理過的超純水，電阻率為18.25 MΩ.cm；Cr、As、Cd、Pb單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，)，Ge、Rh、Re單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)，Ba、Be、Bi、Ce、Ni、Pb、Li、Co、In、U調(diào)諧液10 mg/L：Multi-Element Tune A(Thermo Fisher Scientific)，高純氬氣(≥99.999%).

1.2 樣品前處理

苧麻采自長(zhǎng)沙近郊，其根、莖、葉、花分別采摘，

清理干凈，風(fēng)干，用精米機(jī)粉碎，分別封存于自封袋中. 每部位取樣30份.

用萬(wàn)分之一天平稱取0.1 g(精確到0.000 1 g)樣品于微波消解罐中，加入5 mL硝酸、1 mL雙氧水和1 mL氫氟酸，旋緊罐蓋，用微波消解儀消解，消解控溫程序如表1所列. 消解完成后，緩慢打開，揭蓋放氣，將消解罐在智能控溫電加熱器上160 ℃加熱趕酸40 min. 冷卻后，用去離子水將消解液準(zhǔn)確定容至25 mL，混勻備用.

表1 波消解程序Table 1 Conditions of microwave digestion

1.3 檢測(cè)方法建立

參照食品中重金屬檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)方法和相關(guān)ICP-MS檢測(cè)方法[5-7]，首先，用1 μg/L的Tune A調(diào)諧液調(diào)諧儀器，使靈敏度、氧化物比例、雙電荷比例達(dá)到檢測(cè)要求，儀器參數(shù)如表2所列. 其次，編輯檢測(cè)方法，用快速提取方法自動(dòng)進(jìn)樣. 選擇待測(cè)元素鉛、鎘、鉻、砷的同位素及所選用的內(nèi)標(biāo)元素，如表3所列，同時(shí)輸入各待測(cè)元素曲線濃度.

表2 ICP-MS儀器檢測(cè)參數(shù)Table 2 Parameters in inductively coupled plasma mass spectrometry

2 結(jié)果與討論

2.1 待測(cè)元素同位素及內(nèi)標(biāo)元素的選擇和干擾排除

由于ICP-MS是通過元素質(zhì)量數(shù)進(jìn)行分析，氧化物、同質(zhì)異位數(shù)、多原子離子容易形成干擾，即質(zhì)譜干擾，選擇合適的同位素可以避免此干擾. 根據(jù)待測(cè)元素的質(zhì)量數(shù)、相對(duì)豐度、同位素對(duì)應(yīng)的多原子離子干擾，確定待測(cè)元素的同位素和內(nèi)標(biāo)元素如表3. 此外，由于砷元素在分析過程中極易受到基體背景帶來的氬和氯的干擾，所以通過在檢測(cè)方法中編輯干擾校正公式[8](As75=M75-3.3132 208×Ar Cl77)的方法來排除干擾. 作物樣品相對(duì)于土壤樣品來說成分較純凈，同質(zhì)元素干擾少，無(wú)需編輯干擾校正公式.

表3 待測(cè)元素選擇的同位素和內(nèi)標(biāo)元素Table 3 Isotopes and internal standard elements for element under test

2.2 各元素的檢出限

以空白樣品連續(xù)測(cè)定11次，儀器自動(dòng)得到標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算儀器檢出限，再根據(jù)稱樣量和定容體積得到方法檢出限. 各元素的方法檢出限分別為：52Cr 0.05 mg/kg，75As 0.02 mg/kg，111Cd 0.02 mg/kg，208Pb 0.03 mg/kg. 線性范圍分別為Cr 0.5～50 mg/kg、As和Cd均是0.1～12.5 mg/kg、Pb 0.2～25 mg/kg.

2.3 精密度和穩(wěn)定性

與莖、葉、花部位相比，苧麻根部較難消解，且成分略復(fù)雜. 因此，以根部樣品為基質(zhì)，添加3個(gè)不同水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，添加鉻元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.0、4.0、8.0 mg/kg，添加砷、鎘、鉛元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4、0.8、1.0 mg/kg，每個(gè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)做6個(gè)平行，檢測(cè)樣品中鉻、砷、鎘、鉛4種重金屬元素含量，計(jì)算回收率和變異系數(shù). 結(jié)果顯示，試驗(yàn)回收率為80.0%～125%，RSD為0.018%～0.085%，在滿足檢測(cè)要求的基礎(chǔ)上進(jìn)一步提高了檢測(cè)限. 試驗(yàn)結(jié)果如表4所列.

表4 方法的精密度和添加回收率Table 4 Precision of method and spiked recovery

*: 6組平行

2.4 苧麻不同部位重金屬元素含量

通過分析檢測(cè)，得到了苧麻4個(gè)不同部位的4種不同重金屬元素的含量，結(jié)果如表5所列. 由表5可知，苧麻根部中的Cr、As、Pb含量均高于莖、葉和花，而Cd含量則是葉中的含量較高，這符合尹易成等[9]的研究，其研究發(fā)現(xiàn)由于海綿組織中的細(xì)胞外負(fù)載和葉肉細(xì)胞內(nèi)隔離空泡，Cd從根部向地上部分轉(zhuǎn)運(yùn)，提高葉片Cd積累量，4種含量均較低的部位是苧麻的花. 此結(jié)果為以后的苧麻富集作用途徑和土壤重金屬的轉(zhuǎn)移方式提供了前期參考，在今后的研究中，可以進(jìn)一步探討土壤與苧麻中的重金屬作用機(jī)理.

表5 苧麻根、莖、葉、花不同部位的4種重金屬元素含量Table 5 Contents of 4 heavy metal elements in root, stem, leaf and flower of ramie /(mg/kg)

3 結(jié)論

(1)建立了通過硝酸體系進(jìn)行微波消解，加熱控溫趕酸后，首次提出使用ICP-MS對(duì)苧麻不同部位的重金屬進(jìn)行檢測(cè)的方法. 方法前處理操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)限較低(Cr 0.05 mg/kg，As 0.02 mg/kg，Cd 0.02 mg/kg，Pb 0.03 mg/kg)，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確(回收率在80.0%～125%之間)，分析速度快，靈敏度高，為苧麻不同部位重金屬的檢測(cè)提供了便利，有助于推動(dòng)苧麻吸附土壤重金屬課題的研究.

(2)本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，根部4種重金屬元素含量均高于莖、葉和花，其次是葉高于莖，花則最低，這可能與根直接接觸土壤有關(guān)，而花在植物生長(zhǎng)階段是最晚發(fā)育的. 從元素含量分布來看，只有根是按照Cr、Pb、Cd和As的順序依次遞減，其他3個(gè)部位都是Cd含量最高，Cr和Pb次之，As的含量最低，可見相對(duì)于其他3種元素，苧麻各部位對(duì)砷的吸附效果較差.

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