三重四極桿ICP-MS測(cè)定煙葉中的痕量硒

林祖斌 陳慶文 陳彤 韋信榛 陳星峰 林隆 張志靈 林海濱 高偉民 房權(quán)祥

摘 ?要：為準(zhǔn)確測(cè)定煙葉中的痕量硒，本研究使用三重四極桿ICP-MS進(jìn)行測(cè)定，并與單四極桿ICP-MS進(jìn)行比較。試驗(yàn)表明，三重四極桿ICP-MS采用兩級(jí)質(zhì)譜進(jìn)行質(zhì)量篩選，選擇O2作為反應(yīng)氣體，將待測(cè)元素Se質(zhì)量數(shù)轉(zhuǎn)移到無(wú)干擾的質(zhì)量數(shù)區(qū)域，能消除多原子離子和雙電荷離子的干擾，可獲得更加準(zhǔn)確的結(jié)果。78Se、80Se和82Se三種同位素的回收率分別為99.1%、98.3%、99.2%，相對(duì)偏差（RSD）分別為1.59%、2.07%、1.32%，線性相關(guān)系數(shù)r>0.9999。結(jié)果還表明，三重四極桿ICP-MS方法測(cè)定煙葉中的痕量硒受干擾因素小，可獲得更準(zhǔn)確結(jié)果。

關(guān)鍵詞：三重四極桿;ICP-MS;痕量硒;消除干擾

Abstract： In order to determine trace element selenium in tobacco leaves accurately， a triple quadrupole ICP-MS method was used to determine trace selenium in tobacco leaves， and the results were compared with that from single quadrupole ICP-MS. The results showed that when triple quadrupole ICP-MS was used for mass screening by bipolar mass spectrometry， O2 was chosen as reaction gas to transfer the mass number of Se to the undisturbed region， the interference of polyatomic ions and double charged ions can be eliminated and more accurate results can be obtained. The recovery rates of the isotopes 78Se， 80Se and 82Se were 99.1%， 98.3%， 99.2% respectively. The relative deviation （RSD） was 1.59%， 2.07%， and 1.32% respectively. The linear correlation coefficient was r>0.9999. It was indicated that the interference factor was small and the results were more accurate for the determination of trace selenium in tobacco by triple quadrupole ICP-MS.

Keywords： triple quadrupole; ICP-MS; trace selenium; eliminate interference

硒對(duì)人體健康具有多方面的生物效應(yīng)，是人體多種酶的活動(dòng)中心，尤其是具有抗氧化作用[1-2]。硒也是煙草生長(zhǎng)必需的一種微量元素，煙葉中的蛋白質(zhì)能富集硒。提高卷煙的硒含量不僅可以提高吸煙者的血硒水平，還可以降低卷煙焦油釋放量和煙氣自由基，對(duì)開發(fā)低危害卷煙具有重要的意義[3-6]。但是硒的有益范圍較窄，過(guò)多攝入會(huì)引起毒副作用。因此，準(zhǔn)確測(cè)定硒含量具有重要的意義。

經(jīng)典的比色法、熒光光度法和原子吸收光譜法測(cè)定硒，設(shè)備簡(jiǎn)單，但靈敏度低，檢測(cè)限達(dá)不到測(cè)量痕量硒的要求[7-11]，目前廣泛使用的是電感耦合等離子體（ICP-MS）法。ICP-MS具有靈敏度高，干擾小的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于同位素分析[12]。具體到硒元素，由于硒的第一電離能高（9.75 eV），導(dǎo)致電離效率較低，同時(shí)易受到多原子離子和雙電荷的干擾，如80Se（豐度49.61%）受到了40Ar40Ar、40Ar40Ca、16O64Zn、160Gd++、160Dy++等干擾，78Se（豐度23.77%）受到40Ar38Ar、14N64Zn、156Gd++、156Dy++等干擾，82Se（豐度8.73%）受到16O66Zn、12C70Ge、164Dy++干擾。雖然采用動(dòng)能歧視（KED）模式能消除多原子離子的干擾，但是由于這些雙電荷離子與硒具有相同的質(zhì)荷比，在分析質(zhì)量范圍內(nèi)能夠被檢測(cè)到，因此這些元素的雙電荷離子干擾常導(dǎo)致硒的分析測(cè)定出現(xiàn)假陽(yáng)性，使結(jié)果偏高[13]。李冰等[14-15]利用在線加入有機(jī)醇增敏來(lái)提高硒元素檢測(cè)的信號(hào)值，從而提高檢測(cè)靈敏度，但還不能消除干擾。因此如何提高煙葉中硒元素的測(cè)定精度有待進(jìn)一步的深入研究。

本研究在三重四極桿ICP-MS的碰撞反應(yīng)池（簡(jiǎn)稱CRC）中加入反應(yīng)氣體O2來(lái)使Se產(chǎn)生具有更高質(zhì)量數(shù)的SeO+離子，以期避開干擾的質(zhì)量數(shù)區(qū)域，具有更強(qiáng)的抗干擾能力，為準(zhǔn)確測(cè)定煙葉中的痕量硒提供依據(jù)。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料、試劑和儀器

烤煙硒元素國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）（國(guó)家煙草質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心）。福建煙區(qū)烤煙樣品：烤后煙葉40 ℃烘干，過(guò)40目篩備用。

Se元素標(biāo)準(zhǔn)溶液10.0 μg/mL和鍺元素（Ge）內(nèi)標(biāo)貯備液10.0 μg/mL（ICP分析用，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心）;30%雙氧水（優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）;65%硝酸（色譜純，F(xiàn)isher Chemical公司）;超純水（18.2 MΩ·cm）。

iCAPTQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國(guó)Thermo Fisher公司，石英同心霧化器自動(dòng)提升速度0.2 mL/min、石英旋流霧化室制冷至2.7 ℃、2.8 mm高靈敏嵌片鎳錐，霧化氣流量1.04 L/min）;MARS6微波消解儀（美國(guó)CEM公司）;Milli-Q Integral 15型超純水系統(tǒng)（美國(guó)Millipore公司）;EHD-24電熱消解儀（北京東航科儀公司）;MS104TS電子天平（感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2 ?方法

1.2.1 ?標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和內(nèi)標(biāo)溶液配制 ?移取2.5 mL的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，用2%的硝酸介質(zhì)定容至250 mL，得到濃度為100 μg/L的硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，在4 ℃條件下避光保存。使用時(shí)，分別移取不同量的硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，稀釋成濃度為1、2、5、10、20、40 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。用鍺內(nèi)標(biāo)貯備液配制成50 μg/L內(nèi)標(biāo)溶液。

1.2.2 ?樣品前處理 ?準(zhǔn)確稱取0.25 g（精確至0.1 mg）的烤煙樣品置于微波消解管中，依次加入5 mL 65%濃硝酸和2 mL 30%過(guò)氧化氫溶液，旋緊密封微波消解管，并置于微波消解儀中，按表1的程序進(jìn)行消解。消解完畢，冷卻后旋開消解管蓋子，沖洗管蓋，置于電熱消解儀中130 ℃下趕酸至0.5～1.0 mL。冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，用超純水沖洗消解罐3次，清洗液一并轉(zhuǎn)移到容量瓶中進(jìn)行定容，搖勻備用。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.3 ?儀器工作參數(shù)

單四極桿ICP-MS，采用SQ-KED動(dòng)能歧視模式，以氦氣作為碰撞氣體。三重四極桿ICP-MS，采用TQ-O2反應(yīng)模式，以氧氣作為反應(yīng)氣體。利用智能數(shù)據(jù)處理軟件的自動(dòng)調(diào)諧程序?yàn)闇y(cè)量模式智能設(shè)定最佳的工作參數(shù)（表2）。

2 ?結(jié) ?果

2.1 ?稀土元素Gd和Dy對(duì)硒元素測(cè)定的干擾

福建省煙葉產(chǎn)區(qū)位于武夷山脈，土壤中富含稀土元素，本試驗(yàn)對(duì)烤煙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和福建煙區(qū)的烤煙10個(gè)樣品進(jìn)行處理后測(cè)定Gd和Dy元素含量，結(jié)果（表3）顯示，質(zhì)量數(shù)分別為156、160、164的Gd和Dy元素同位素在福建烤煙樣品中大量存在。

為驗(yàn)證Gd和Dy兩元素對(duì)烤煙硒元素測(cè)定的影響，試驗(yàn)將濃度各為1 mg/L的Gd和Dy兩元素混合溶液（REER的總濃度為2 mg/L）作為待測(cè)液（不含硒元素），采用SQ-KED單四極桿和TQ-O2三重四極桿兩種模式測(cè)定硒質(zhì)量數(shù)為78、80、823種同位素的背景等效濃度，其結(jié)果（表4）表明，采用SQ-KED單四極桿ICP-MS測(cè)定Se元素出現(xiàn)了假陽(yáng)性的結(jié)果，而TQ-O2三重四極桿ICP-MS測(cè)定硒元素基本上可排除Gd和Dy兩元素對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響。說(shuō)明用單四極桿ICP-MS測(cè)定烤煙中的硒含量易受Gd和Dy兩稀土元素的干擾。

2.2 ?硒元素檢測(cè)方法的選擇

2.2.1 ?兩種模式消除干擾效果比較 ?三重四極桿ICP-MS具有兩級(jí)質(zhì)譜進(jìn)行質(zhì)量篩選，儀器通過(guò)在碰撞反應(yīng)池中加入反應(yīng)氣體O2使待測(cè)元素Se質(zhì)量數(shù)產(chǎn)生具有更高質(zhì)量數(shù)的SeO+離子，從而得到準(zhǔn)確測(cè)定Se元素的目的。即Q1設(shè)定目標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)（Se+）78、80、82，可以去除與產(chǎn)物離子質(zhì)荷比相同的同位素Mo94、Mo96、Mo98以及質(zhì)量數(shù)分別為156、160、164的Gd和Dy雙電荷離子。Q2通入純氧氣與Se反應(yīng)生成氧化物，將Se轉(zhuǎn)化為（SeO+）94、96、98。Q3設(shè)置為反應(yīng)產(chǎn)物離子質(zhì)量數(shù)（SeO+）94、96、98，從而消除與（Se+）78、80、82質(zhì)荷比相同的多原子離子和雙電荷的干擾。單四極桿雖然也可以使用反應(yīng)模式來(lái)測(cè)試Se，但是因?yàn)闆]有第一重質(zhì)量篩選無(wú)法消除樣品中與產(chǎn)物離子相同質(zhì)荷比的干擾，故三重四極桿可以更好地消除在單四極桿模式下難以去除的干擾，獲得更為準(zhǔn)確的結(jié)果。試驗(yàn)比較了SQ-KED單四極桿和TQ-O2三重四極桿兩種模式對(duì)烤煙標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，其結(jié)果（表5）表明，采用TQ-O2三重四極桿模式測(cè)定78Se、80Se、82Se均可以得到準(zhǔn)確、穩(wěn)定的結(jié)果。

2.2.2 ?抗干擾能力驗(yàn)證 ?為驗(yàn)證TQ-O2三重四極桿模式下測(cè)量硒元素的準(zhǔn)確性，本試驗(yàn)將1 μg/L的Se標(biāo)液加入到濃度均為1 mg/L的Gd和Dy兩元素混合溶液中，計(jì)算其回收率，結(jié)果（表6）顯示，Se的3種同位素的加標(biāo)回收率在95%～105%之間，顯示出其良好的抗干擾性。

綜上所述，在煙葉中普遍含有Gd和Dy等稀土元素的情況下，選擇TQ-O2三重四極桿ICP-MS測(cè)定Se元素，能消除多原子離子和雙電荷的干擾，從而獲得更準(zhǔn)確的測(cè)量值?

2.3 ?方法的線性范圍和檢出限

對(duì)1.2.1節(jié)的方法配制不同濃度的硒標(biāo)準(zhǔn)工作溶液進(jìn)行分析，以不同濃度信號(hào)值（cps）為縱坐標(biāo)，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸。在TQ-O2的模式下78Se16O、80Se16O、82Se16O的線性關(guān)系良好（r>0.9999）（圖1），其檢出限（LOD）和背景值（BEC）均低于單四極桿SQ-KED模式下的測(cè)定值（表7），可見本方法具有更高的靈敏度。

2.4 ?樣品的加標(biāo)回收率及精密度

在經(jīng)消解和稀釋后的樣品中加入5 μg/L的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用TQ-O2三重四極桿模式對(duì)硒的3種同位素78Se、80Se、82Se進(jìn)行測(cè)定，如表8所示，硒的回收率分別為99.1%、98.3%、99.2%。每個(gè)加標(biāo)溶液水平測(cè)定6次，相對(duì)偏差（RSD）為1.59%、2.07%、1.32%，表明了本方法對(duì)于樣品中硒的測(cè)定具有良好的準(zhǔn)確性。

2.5 ?兩種模式對(duì)烤煙樣品中硒元素測(cè)定結(jié)果比較

取10份福建煙區(qū)烤煙樣品，分別用SQ-KED單四極桿ICP-MS和TQ-O2三重四極桿ICP-MS測(cè)定硒元素，結(jié)果（表9）表明，使用TQ-O2三重四極桿ICP-MS測(cè)定硒同位素78Se、80Se和82Se的測(cè)定值穩(wěn)定，3種同位素測(cè)定值之間相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小。使用SQ-KED單四極桿ICP-MS測(cè)定硒同位素78Se、80Se和82Se的測(cè)定值差異大，數(shù)據(jù)不穩(wěn)定（其中80Se的測(cè)定值由于背景空白值較高，其結(jié)果為扣除空白后獲得）。表明iCAPTQ電感耦合等離子體質(zhì)譜儀在TQ-O2模式下進(jìn)行78Se、80Se和82Se測(cè)定均能滿足痕量硒元素分析測(cè)試的一般要求。

3 ?討 ?論

ICP-MS法具有檢出限低、多元素測(cè)定的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的無(wú)機(jī)分析技術(shù)相比，在痕量元素測(cè)定方面具有很大的優(yōu)勢(shì)，儀器帶有的碰撞反應(yīng)池（簡(jiǎn)稱CRC）技術(shù)的應(yīng)用，可有效地去除大部分質(zhì)譜的干擾，但對(duì)于硒元素測(cè)定還是存在一些問(wèn)題，由于硒的第一電離能值較大，使得硒元素在ICP-MS中離子化效率相對(duì)較低，嚴(yán)重影響到單四極桿ICP-MS檢測(cè)硒的靈敏度和準(zhǔn)確性。

福建煙區(qū)土壤富含稀土元素，烤煙中的稀土元素Gd和Dy雙電荷離子由于具有與硒元素相同的質(zhì)荷比，對(duì)于單四極桿ICP-MS無(wú)法進(jìn)行消除干擾，如果采用加入反應(yīng)氣體，又會(huì)帶來(lái)新的基體干擾。在三重四極桿ICP-MS系統(tǒng)中，等離子體質(zhì)譜儀具有兩級(jí)質(zhì)譜進(jìn)行質(zhì)量篩選，其第一個(gè)四極桿可以把基體中與硒元素具有相同質(zhì)荷比的雙電荷離子分離掉，當(dāng)元素進(jìn)入到第二級(jí)的碰撞反應(yīng)池（CRC）中時(shí)，硒元素與O2反應(yīng)生成更高的質(zhì)量數(shù)，消除了同量異位素的干擾，此方法由于額外增加了一個(gè)四極桿從而使CRC系統(tǒng)中碰撞/反應(yīng)不受基體的影響，使得背景信號(hào)值大幅度降低，從而獲得準(zhǔn)確的分析結(jié)果。

福建煙區(qū)煙葉中硒含量普遍較低，大部分樣品質(zhì)量濃度低于0.1 mg/kg，而Gd和Dy的質(zhì)量濃度均較高，在0.2 mg/kg左右，因而對(duì)煙葉中硒元素的測(cè)定產(chǎn)生的干擾較大，如果采用單四極桿ICP-MS檢測(cè)硒元素，往往得不到理想的結(jié)果。

4 ?結(jié) ?論

本研究對(duì)比了SQ-KED單四極桿ICP-MS和TQ-O2三重四極桿ICP-MS消除干擾的差異性以及對(duì)硒元素測(cè)定結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)TQ-O2三重四極桿模式測(cè)定煙葉中的硒能更好地消除多原子離子和雙電荷的干擾，能獲得更低的檢出限和背景等效濃度、更準(zhǔn)確穩(wěn)定的結(jié)果。

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