電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定農(nóng)作物樣品中硫元素

李耕偉，解 魁，趙志飛，宋娟娥

（1. 新鄉(xiāng)市糧油飼料產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督質(zhì)檢所，河南新鄉(xiāng) 453000；2. 河南省疾病預(yù)防控制中心，河南鄭州 450016；3. 安捷倫科技（中國(guó)）有限公司，北京 100102）

硫是農(nóng)作物生長(zhǎng)必須的營(yíng)養(yǎng)元素之一，農(nóng)作物根部細(xì)胞以硫酸鹽形式從土壤中吸收硫，農(nóng)作物葉片暴露在空氣中可以吸收大氣中的二氧化硫最終轉(zhuǎn)化成對(duì)農(nóng)作物有營(yíng)養(yǎng)的硫酸鹽。準(zhǔn)確測(cè)定植物中硫含量，可評(píng)估區(qū)域內(nèi)二氧化硫的污染狀況，同時(shí)研究不同綠化植物對(duì)大氣中二氧化硫的吸收能力可以為環(huán)境綠化提供數(shù)據(jù)支持[1-3]；金屬硫蛋白是廣泛存在于農(nóng)作物體內(nèi)的低分子量蛋白質(zhì)，具有很強(qiáng)的Cd、Hg、Cu、Zn等金屬離子配位結(jié)合能力，通過(guò)基因修飾后的煙草等農(nóng)作物可以利用根部吸收大量的重金屬，被用來(lái)土壤凈化、清除土壤中重金屬污染[4]。目前農(nóng)作物中硫的檢測(cè)方法分為常規(guī)化學(xué)方法和儀器檢測(cè)方法，常規(guī)化學(xué)方法主要有燃燒滴定法、硫酸鋇比濁法和重量法，這三種方法存在操作復(fù)雜，分析時(shí)間較長(zhǎng)等不足；儀器分析方法有離子色譜法、燃燒紅外法、庫(kù)倫滴定法、火焰原子吸收法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法等[5-11]，這些方法靈敏度更高，可以更準(zhǔn)確測(cè)定硫含量更低的農(nóng)作物樣品。電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP–MS）分析金屬元素具有檢出限低、多元素同時(shí)分析等優(yōu)勢(shì)；微波消解技術(shù)是使用比較多的快速消解方式，試劑消耗少、消解效率高、空白值低；微波消解–ICP–MS法已經(jīng)成為食品和農(nóng)作物類樣品中多元素分析的首選方法[12-14]。但是ICP–MS分析硫元素時(shí)受到嚴(yán)重的32OO、34OO干擾，很難對(duì)硫元素進(jìn)行準(zhǔn)確分析。電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜法（ICP–MS/MS）是最新的元素分析方法，相比較ICP–MS具有去干擾能力強(qiáng)，分析元素廣，檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，尤其是分析復(fù)雜基體中干擾嚴(yán)重的元素如氯、硫、硅、稀土等，ICP–MS/MS已經(jīng)應(yīng)用于環(huán)境、食品等領(lǐng)域[15-17]，Silvia Diez Fernández等首次使用ICP–MS/MS分析了蛋白中硫的絕對(duì)含量[18]，使ICP–MS/MS分析低含量硫元素成為可能。本文采用微波消解–ICP–MS/MS探索準(zhǔn)確測(cè)定農(nóng)作物中硫元素的方法，為農(nóng)作物中硫元素分析提供一個(gè)全新的低檢出限檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

濃硝酸（UP級(jí)）：蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司；硫標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液1 000 mg/L：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；農(nóng)作物國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

8900電感耦合等離子體串接質(zhì)譜儀：美國(guó)Agilent公司；微波消解儀：意大利 Milestone公司；超純水系統(tǒng)：美國(guó)密理博公司。

1.3 樣品前處理

參考GB 5009.268—2016中微波消解法，每份樣品準(zhǔn)確稱取0.1 g，置于聚四氟乙烯微波消解罐中，加入2 mL超純水潤(rùn)濕后加入6 mL濃硝酸，放置半小時(shí)后，放入微波消解儀中，按照表1中消解程序進(jìn)行消解，消解完畢后取出消解罐，冷卻后打開，消解液呈無(wú)色或者淡黃色，用超純水轉(zhuǎn)移至20 mL塑料瓶中，定容至刻度，混勻備用，同步做方法空白實(shí)驗(yàn)溶液。將上述溶液超純水稀釋十倍后上機(jī)分析。

表1 微波消解條件

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

吸取1 000 mg/L的硫標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液0.5 mL，加入到50 mL容量瓶中，用硝酸溶液（3+97）定容，得到 10 μg/mL的硫標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后分別取10 μg/mL的硫標(biāo)準(zhǔn)溶液 0.2、0.5、2.5、5、10 mL到 50 mL容量瓶中用硝酸溶液（3+97）配置成0.04、0.1、0.5、1.0、2.0 μg/mL 硫標(biāo)準(zhǔn)工作曲線溶液。

1.5 檢測(cè)方法

1.5.1 測(cè)量模式

ICP–MS/MS分析32S時(shí)受到來(lái)自32OO的重疊干擾，硫可以和氧氣發(fā)生反應(yīng)生成48SO，而32OO很難再和氧氣反應(yīng)生成48OOO，可以通過(guò)測(cè)定48SO間接得出32S的含量，48Ti的干擾在ICP–MS/MS中可以通過(guò)第一個(gè)四極桿首先過(guò)濾掉，不干擾48SO的測(cè)定，如圖1所示，本實(shí)驗(yàn)選擇串接氧氣模式間接測(cè)定硫元素。

圖1 ICP–MS/MS氧氣模式測(cè)量硫示意圖

1.5.2 ICP–MS/MS測(cè)量工作條件

優(yōu)化 ICP–MS/MS常規(guī)工作參數(shù)如：采樣深度、載氣流速、透鏡電壓等使靈敏度最佳、氧化物產(chǎn)率156CeO+/140Ce+小于 1.5%，雙電荷70Ce++/140Ce+小于2%，儀器工作條件具體見表2。

表2 ICP–MS/MS主要工作條件

2 結(jié)果與分析

2.1 氧氣流量的優(yōu)化

碰撞反應(yīng)池通入的氧氣流量大小影響反應(yīng)發(fā)生的程度和信號(hào)的強(qiáng)度，本方法使用硫單標(biāo)優(yōu)化氧氣流量。在0～1.5 mL/min量程內(nèi)改變氧氣流量，分別對(duì)3%硝酸空白和2 μg/mL硫單標(biāo)進(jìn)行分析，觀察32OO干擾的去除效果和48SO的靈敏度，結(jié)果見表 3。從數(shù)據(jù)可以看出氧氣流量超過(guò) 15%量程以后空白計(jì)數(shù)降到1 000 cps以下，背景等效濃度趨于穩(wěn)定，綜合考慮信號(hào)靈敏度和背景等效濃度，氧氣流量為20%量程可以達(dá)到更好的干擾消除效果和信號(hào)靈敏度，以下實(shí)驗(yàn)氧氣流量都為20%量程。

2.2 干擾消除效果

農(nóng)作物中含有少量的鈦元素，如果在第二個(gè)四極桿之前沒有去除鈦離子，48Ti對(duì)48SO會(huì)產(chǎn)生重疊干擾，實(shí)驗(yàn)中第一個(gè)四極桿設(shè)置m/z=32理論上會(huì)過(guò)濾掉鈦的所有離子，不會(huì)干擾第二個(gè)四極桿中48SO的測(cè)定；為了驗(yàn)證串接模式第一個(gè)四極桿去除效果，在實(shí)驗(yàn)條件下分析 0.02、0.2、2.0 μg/mL濃度的鈦單標(biāo)溶液，觀測(cè)儀器信號(hào)響應(yīng)，結(jié)果見表 4，表中數(shù)據(jù)可以看出信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)度和空白溶液相當(dāng)，第二個(gè)四極桿處檢測(cè)出的濃度<0.000 1 μg/mL，證明串接模式可以完全消除鈦的干擾。

表4 鈦的干擾消除效果

2.3 方法線性范圍

ICP–MS/MS本身線性范圍較寬，但是在氧氣反應(yīng)模式時(shí)存在反應(yīng)轉(zhuǎn)化率，硫濃度高時(shí)和氧氣反應(yīng)不完全，會(huì)造成分析結(jié)果偏低，在本實(shí)驗(yàn)條件下分析了濃度為 0.0、0.04、0.1、0.5、1.0、2.0、10.0 μg/mL共 7個(gè)工作曲線點(diǎn)，相關(guān)系數(shù)為0.999 9；溶液中硫元素濃度為10 μg/mL相當(dāng)于樣品中硫含量在2%以內(nèi)都在本方法的線性范圍內(nèi)，方法線性參數(shù)見表5。

表5 方法線性相關(guān)參數(shù)

2.4 方法檢出限

按照微波消解制備樣品的方法制備流程空白，優(yōu)化后的方法連續(xù)測(cè)量15次，計(jì)算分析結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（3δ）為儀器檢出限，本方法0.9 μg/L的檢出限優(yōu)于現(xiàn)有硫元素的檢測(cè)方法[9-11]；樣品處理成溶液稀釋倍數(shù) DF=2 000，方法檢出限以 DF*3δ計(jì)算，方法檢出限達(dá)到1.8 μg/g；測(cè)量數(shù)據(jù)結(jié)果見表6。

表6 分析方法檢出限

2.5 方法準(zhǔn)確度

按照樣品處理流程，將小麥、玉米、胡蘿卜和柑橘葉等國(guó)家生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)制備成待測(cè)溶液，其中GBW10011（小麥）和GBW10046（河南小麥）平行處理了雙份，共7份待測(cè)溶液，使用優(yōu)化后的分析方法測(cè)定硫元素，分析結(jié)果見表7；表中數(shù)據(jù)可以看出，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析結(jié)果都在推薦范圍值內(nèi)，GBW10011和GBW10046的雙份樣品測(cè)量結(jié)果平行性較好。實(shí)驗(yàn)中實(shí)際樣品GBW10011的 ICP–MS/MS質(zhì)譜圖如圖 2所示，其中 32→48是本實(shí)驗(yàn)采用的譜線，34→50是硫元素靈敏度比較低的非推薦譜線，其它四個(gè)為在線加入的鈧、鍺、銠、銦四個(gè)內(nèi)標(biāo)元素譜線。

表7 生物成分標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果 %

圖2 GBW10011樣品ICP–MS/MS質(zhì)譜圖

3 結(jié)論

本文采用微波消解–ICP–MS/MS串接氧氣模式消除了硫在質(zhì)譜中的強(qiáng)干擾，準(zhǔn)確測(cè)定了農(nóng)作物樣品中的硫含量，通過(guò)干擾實(shí)驗(yàn)和國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性，本方法具有檢出限低和線性范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，完全可以滿足農(nóng)作物樣品中硫元素的分析。同時(shí)微波消解–ICP–MS是農(nóng)作物類樣品中金屬元素測(cè)定的常規(guī)方法，本方法除了分析硫元素外，還可以和農(nóng)作物中其它金屬元素同時(shí)分析，減少實(shí)驗(yàn)室分析流程，提高分析效率。

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