電感耦合等離子體發(fā)射光譜檢測煙葉樣品中的鈉鉀鈣鎂

(四川省煙草質(zhì)量監(jiān)督檢測站，成都 610041)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法(ICP-OES)具有靈敏度高、干擾少、線性范圍寬、分析速度快等特點(diǎn)，在測定顆粒物[1]、水體[2]、植物[3-5]、食品[6-8]、藥材[9-11]、材料[12，13]等介質(zhì)中的無機(jī)元素中有極為廣泛的應(yīng)用。近年來，煙草行業(yè)高度重視產(chǎn)品質(zhì)量安全工作，以ICP-MS為基礎(chǔ)的檢測技術(shù)被廣泛運(yùn)用于煙草及煙草制品中重金屬元素的檢測中，相關(guān)學(xué)者也以此方法研究了煙葉[14，15]、卷煙煙氣[16]、電子煙組件[17，18]中的各類元素。相較而言，以ICP-OES檢測煙葉中無機(jī)元素的報道相對較少。另據(jù)報道，高鈣、鎂處理可以有效提升煙草根系對鉀的吸收[19]，而當(dāng)鉀不足時，鈉可以部分的替代鉀[20]，研究這4種元素對優(yōu)化植煙施肥具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。因此，本文以微波消解為前處理手段，以ICP-OES檢測煙葉中的鈉鉀鈣鎂四種元素，旨在為研究煙草中的大中量元素提供一種快速、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的檢測方法，為進(jìn)一步優(yōu)化煙草平衡施肥提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

煙葉樣品為國家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心提供的2019年“煙草中無機(jī)元素含量分析共同實(shí)驗”煙末樣品，分別為YC2019A001和YC2019B001；質(zhì)控樣品為國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07602(灌木枯枝)。

65%硝酸(HNO3)、30%過氧化氫(H2O2)(EMSURE，德國Merck公司)；Aglient多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液(5% HNO3為介質(zhì))，Na、K、Ca、Mg濃度為1000mg/L(美國Aglient公司)。

PE Optima 8000電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(美國Perkin Elmer公司)；MARS-Xpress微波消解儀(美國CEM公司)；電子天平(梅特勒AL204)，CASCADA超純水儀(美國PALL公司)。

1.2 分析方法

每個煙末樣品分別稱取6份，每份稱樣量為0.20g，同時稱取兩份質(zhì)控樣品，稱樣量也為0.20g。稱取的樣品置于CEM微波消解罐中，加入5mL 65% HNO3和2mL 30% H2O2，經(jīng)預(yù)消解30分鐘后進(jìn)行微波消解，消解程序如表1所示。消解完后待冷卻至室溫，將樣品轉(zhuǎn)移至50mLPET醫(yī)療級塑料瓶中，用超純水沖洗消解罐和蓋子5次，沖洗液合并于PET瓶中，用超純水定容至刻度，充分搖晃混勻，即得到待測樣品溶液。

表1 消解程序

采用ICP-OES同時測定Na、K、Ca、Mg 4種元素，儀器工作參數(shù)和方法參數(shù)見表2。

表2 ICP-OES工作參數(shù)

2 結(jié)果與討論

2.1 干擾及消除

65%HNO3+ 30% H2O2的消解體系長期應(yīng)用于煙末的微波消解中，其特點(diǎn)是氧化能力強(qiáng)，且本底值干凈，對檢測結(jié)果的影響較小。從本方法的實(shí)際檢測結(jié)果來看，樣品空白中Na為0.007mg/L、K、Ca、Mg均為0.000 mg/L，表明試劑和超純水對檢測結(jié)果的影響較小。

相關(guān)學(xué)者曾報道過的以ICP-MS檢測煙葉中的Ca、Mg、K等元素[14]，其干擾多來自于多原子、雙電荷、氧化物和基體效應(yīng)等，同時測定時，元素間存在相互干擾情況(表3)。此外，煙草中Na、K、Ca、Mg的含量本身較高(0.04～5.15%)[20]，如果直接進(jìn)樣，容易造成質(zhì)譜強(qiáng)度響應(yīng)超載。雖然通過增大稀釋倍數(shù)的方式可以在一定程度上較少基體效應(yīng)，并使待測液達(dá)到質(zhì)譜測定的濃度范圍，但同時也會對檢測的準(zhǔn)確性造成了一定的影響。

表3 ICP-MS測定Na、K、Ca、Mg的干擾項(根據(jù)PE NeIon 300X)

與ICP-MS相比，ICP-OES的干擾主要為樣品的基體效應(yīng)，如果徑向(Radial)和軸向(Axial)檢測結(jié)果較為一致，則基體效應(yīng)可以忽略，若不一致，則用徑向模式進(jìn)行檢測即可。此外，利用徑向和軸向兩種模式對樣品空白進(jìn)行檢測，結(jié)果表明，軸向模式下，Na、K、Mg3個元素的樣品空白檢測值均顯著高于徑向模式，而通過標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn)(10mg/L)的強(qiáng)度對比來看，軸向模式響應(yīng)強(qiáng)度遠(yuǎn)高于徑向模式(表4)，在檢測高含量元素時容易導(dǎo)致強(qiáng)度飽和[2]，在進(jìn)一步表明徑向模式干擾更小，檢測范圍更寬，更適用于上述元素檢測。

表4 徑向和軸向模式下Na、K、Ca、Mg樣品空白檢測值和10mg/L標(biāo)曲點(diǎn)強(qiáng)度

2.2 線性范圍、檢出限

通過移取50、100、200、300、500μL的混合標(biāo)準(zhǔn)儲備液，以5%HNO3定容至50mL，配制得到1、2、4、6、10mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，經(jīng)過ICP-OES測定，其線性回歸的相關(guān)系數(shù)r分別為Na：0.999878、K： 0.999909、Ca：0.999731、Mg：0.999918。取標(biāo)準(zhǔn)曲線最低點(diǎn)(1mg/L)重復(fù)進(jìn)樣6次，以測定結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計算方法的檢出限，4個元素的檢出限分別是：Na為0.013mg/L、K為0.013mg/L、Ca為0.014mg/L、Mg為0.005 mg/L。

2.3 精密度與準(zhǔn)確性

對兩個不同的煙葉樣品各取6份，經(jīng)過微波消解后上ICP-OES進(jìn)行測定，結(jié)果顯示兩個樣品中Na、K、Ca、Mg相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍為0.19～1.43%(表5)，表明方法精密度較高。同時稱取兩份國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07602，經(jīng)過微波消解后上ICP-OES進(jìn)行測定，結(jié)果顯示Na、K、Ca、Mg4個元素均符合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)含量范圍要求，表明方法的準(zhǔn)確性較高(表6)。

表5 ICP-OES檢測煙葉樣品中Na、K、Ca、Mg 的精密度(n=6)

表6 ICP-OES測定GBW07602中Na、K、Ca、Mg的結(jié)果 %

3 結(jié)論

通過微波消解+ICP-OES體系，建立了檢測煙葉樣品中Na、K、Ca、Mg4個元素的方法，該方法前處理簡單、干擾小、檢測時間短、檢出限低、精密度高、準(zhǔn)確性好，適用于對4種元素的同時檢測。