ICP-MS法測定不同品種工業(yè)大麻稈中5種重金屬元素

孟沛鑫 趙毅 賈明宏

摘要?[目的]利用ICP-MS法快速測定不同品種工業(yè)大麻稈中Pb、Cd、As、Cr、Hg 5種重金屬的含量。[方法]將樣品經(jīng)過微波消解進行前處理，使用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測定工業(yè)大麻稈中Pb、Cd、As、Cr、Hg 5種重金屬的含量。[結(jié)果]5種重金屬元素在各自范圍內(nèi)線性關系良好（r≥0.998 6），平均加樣回收率在93.0%～103.0%。4種工業(yè)大麻稈中重金屬（Pb、Cd、As、Cr、Hg）含量均符合作為木塑復合材料的標準。[結(jié)論]該方法分析速度快、靈敏準確、操作穩(wěn)定性高，可用于工業(yè)大麻稈中重金屬的檢測。

關鍵詞?工業(yè)大麻;重金屬;ICP-MS;含量測定

中圖分類號?TS207.3?文獻標識碼?A?文章編號?0517-6611（2021）09-0177-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.09.048

Abstract?[Objective]Using inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS） for determining five heavy metals （Pb，Cd，As，Cr，Hg） from different industrial hemp varieties stalks rapidly. [Method]The samples were beneficiated by microwave digestion， determination of Pb，Cd，As，Cr and Hg in different industrial hemp varieties stalks by ICP-MS. [Result]The five metal elements had good linear relationship in their respective ranges（r≥0.998 6），the average rate of recovery was 93.0%-103.0%.The content of heavy metals （Pb， Cd， As， Cr， Hg） in the four types of industrial hemp stalks all met the standards for wood-plastic composite materials.[Conclusion]This method is rapid， sensitive， good flexibility and stable operation， and can be used for determination of heavy metals from industrial hemp stalks.

Key words?Industrial hemp;Heavy metals;ICP-MS;Content determination

工業(yè)大麻在中國又被稱為漢麻，是指四氫大麻酚含量低于0.3%的大麻，從工業(yè)大麻中提取的大麻二酚具有鎮(zhèn)痛作用，并且具有治療癲癇、抗類風濕性關節(jié)炎、抗失眠等一系列生理活性功能[1]，因此近些年工業(yè)大麻的種植備受關注。隨著工業(yè)大麻的大規(guī)模擴產(chǎn)，麻稈的量也隨之增加，但由于其開發(fā)利用程度不高，大部分的麻稈最終還是通過焚燒或者回填的方式進行處理，這造成了極大的資源浪費，燃燒也導致了環(huán)境污染;現(xiàn)階段工業(yè)大麻稈芯粉已經(jīng)應用于軍用作訓鞋、頭盔等產(chǎn)品中，高欣等[2-4]也在嘗試將工業(yè)大麻稈用作提煉吸水性樹脂、制備木塑復合材料的原材料。

雖然工業(yè)大麻稈的纖維素含量和半纖維素含量足以應用于木塑復合材料，但工業(yè)大麻本身是一種生長快、生物量高、富集重金屬能力強的物種[5]。因此在使用每一批次的工業(yè)大麻稈為原材料之前對其重金屬含量進行快速測定具有一定意義。在以往對工業(yè)大麻的檢測方法中常采用火焰原子吸收分光光度法測定Pb、Cd[6];采用原子熒光法測定As、Hg[7];采用示波極譜法測定Cr[8];多種方法組合測定操作煩瑣，電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法操作相對簡便、靈敏度高、線性范圍寬、抗干擾能力強，可以同時快速測定多種元素[9]。該試驗采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，對4個不同品種工業(yè)大麻稈中的Pb、Cd、As、Cr、Hg 5種金屬進行測定，為工業(yè)大麻稈作為木塑復合材料及其他用途的開發(fā)及利用提供參考和依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?材料與試劑

龍麻1號工業(yè)大麻稈、龍麻2號工業(yè)大麻稈（孫吳縣永強漢麻種植專業(yè)合作社提供）;云麻1號工業(yè)大麻稈、云麻7號工業(yè)大麻稈（云南華方工業(yè)大麻有限公司提供）;Pb、Cd、As、Cr、Hg、Au元素標準溶液，濃度為 1 000 μg/mL（國藥集團化學試劑有限公司）;Bi、In、Ge內(nèi)標溶液，濃度為10 mg/L（美國安捷倫公司）;HNO3（優(yōu)級純，德國默克公司）;H2O2（優(yōu)級純，北京化學試劑研究所）;水為超純水。

1.2?儀器

NexION 300X 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國PE公司）;MARS-5型微波消解儀（美國CEM公司）;202A-0電熱恒溫干燥箱（上虞星星儀器設備有限公司）;ZN-04A實驗室杯式粉碎研磨機（北京興時利和科技發(fā)展有限公司）;Mettler MS204S電子分析天平（德國梅特勒公司）;移液槍10～100 μL、移液槍100～1 000 μL及槍頭若干（北京大龍興創(chuàng)實驗儀器有限公司）。

1.3?方法

1.3.1?樣品處理。

1.3.1.1?材料預處理[10-14]。將工業(yè)大麻稈韌皮部剝離后用超純水洗凈，放入電熱恒溫干燥箱中，80 ℃恒溫干燥至麻稈體積略微變大后取出，將沒有剝離干凈的韌皮部刮干凈后，將工業(yè)大麻稈放入粉碎機中粉碎，將粉碎后的工業(yè)大麻稈芯粉放入干燥箱中80 ℃恒溫干燥至重量不再發(fā)生變化后取出研磨，過100目篩后得到的麻稈粉樣品，將麻稈粉放入恒溫干燥箱中備用，待使用前再過100目篩。

1.3.1.2?樣品前處理。取麻稈粉0.5 g，精密稱定，置于聚四氟乙烯（PTFE）消解罐中，加入HNO3 5 mL、H2O2 2 mL和H2O 1 mL，采用微波消解處理樣品。微波消解程序如表1所示。消解完成后，待消解液冷卻至60 ℃以下，取出消解罐，將消解液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，加入Au元素標準溶液（1 μg/mL）200 μL后用超純水稀釋定容至刻度，搖勻，待分析。

1.3.2?標準溶液制備。

1.3.2.1?內(nèi)標溶液。精密量取內(nèi)標溶液及Au單元素標準溶液適量，經(jīng)5%硝酸溶液稀釋制得每1 mL各含1 μg的混合溶液。

1.3.2.2?標準溶液。精密量取Hg單元素標準溶液適量，以4 ng/mL Au的5%硝酸溶液稀釋制成Hg濃度為0.1 μg/mL的貯備液，精密量取適量，稀釋成0、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0 ng/mL，臨用現(xiàn)配;精密量取Pb、Cd、As、Cr單元素標準溶液適量，以5%硝酸溶液稀釋制成每1 mL各含Pb、Cd、As、Cr 500 ng的貯備液，精密量取適量，制成0、0.5、1.0、10.0、30.0、50.0 ng/mL待用。

1.3.3?ICP-MS工作參數(shù)。

射頻功率1 550 W，等離子氣體流量15 L/min，輔助氣體流量0.2 L/min，載氣流速1.05 L/min，采集模式為跳峰，霧化室溫度2 ℃，重復次數(shù)3次，掃描次數(shù)30次。

2?結(jié)果與分析

2.1?方法學考察

2.1.1?線性關系考察。

測定各個元素標準系列溶液，以元素質(zhì)量濃度為橫坐標（X，μg/L）、各元素的響應值與內(nèi)標響應值的比為縱坐標（Y）繪制標準曲線，進行線性回歸，得到5種重金屬的回歸方程，結(jié)果表明（表2），各元素在其相應質(zhì)量濃度內(nèi)線性關系良好（r≥0.998 6）。

2.1.2?檢出限與定量限。按照“1.3.2”項所述的標準溶液制備方法制備試劑作為空白溶液，重復測定10次，以各目標元素的響應值與對應內(nèi)標響應值的比值代入回歸方程中，上機后儀器自動計算含量，其標準偏差3倍所對應的質(zhì)量濃度為檢出限，其標準偏差10倍所對應的質(zhì)量濃度為定量限，并按“1.3.2”中標準溶液制備時的比例折算得出樣品含量，結(jié)果見表3。由表3可知，該試驗的檢出限和定量限均滿足《食品安全國家標準 食品接觸材料及制品 砷、鎘、鉻、鉛的測定》（GB 31604.49—2016）中的相關要求，可以作為判斷工業(yè)大麻稈是否能應用于食品包裝材料的檢測方法。

2.1.3?加標回收率試驗。

選取云麻7號工業(yè)大麻稈芯粉樣品液進行加標回收試驗，分別加入不同質(zhì)量濃度的上述5種元素標準溶液，按試驗方法重復測定10次，結(jié)果見表4。從表4可以看出，各元素的加標回收率為93.0%～103.0%，RSD≤3.7%，驗證了該方法具有良好的準確性。

2.2?樣品的測定

根據(jù)樣品的測定結(jié)果（表5），參考GB/T 24508—2009中對木塑地板有害物質(zhì)的限量標準，上述4個品種的麻稈粉中Pb、Cr、Cd、Hg 4種元素含量均遠遠小于限量標準，As雖然未在該標準內(nèi)明確說明限量標準，但參考GB 2762—2012中對稻米中無機砷的限量指標（2 mg/kg），該4種工業(yè)大麻稈的砷含量小于該值，說明砷含量也在合理范圍之內(nèi)，可以作為木塑復合材料的填充物使用。

3?討論

由于工業(yè)大麻稈的稈芯與韌皮部連接過于緊密，普通的剝麻方法很容易在稈部遺留很多韌皮部，干擾試驗結(jié)果，稈芯內(nèi)中空部又容易出現(xiàn)昆蟲、蟲卵等物質(zhì)，也會對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響，因此該預處理方法先將采收后的工業(yè)大麻稈進行清洗，將中空部的其他雜質(zhì)排除，再進行烘干，利用木質(zhì)烘干產(chǎn)生開裂的效果待麻稈略微膨脹，表皮有一定外翹時進行去除韌皮部的操作，這樣能有效去除韌皮部，防止對試驗產(chǎn)生干擾。完成去除韌皮部后再進行烘干至重量不再發(fā)生變化、體積不再變大。研磨過篩后繼續(xù)放入烘箱備用，防止麻稈粉在常態(tài)下吸收水分干擾試驗。

在品種的選擇上選擇了現(xiàn)今產(chǎn)量較高的4種工業(yè)大麻品種，試驗結(jié)果覆蓋面相對足夠，并且在選擇麻稈的位置也有所考量，選取的位置均為距根部1 m處區(qū)域，有效地防止了根部和莖部連接處對試驗的干擾。

4?結(jié)論

該試驗利用ICP-MS靈敏度高、線性范圍寬、分析速度快、操作相對簡便的優(yōu)勢測定工業(yè)大麻稈芯粉中5種重金屬含量。工業(yè)大麻為一種生物量快、富集性強的物種，因此種植工業(yè)大麻也會作為土壤修復的一種手段，這也就導致了可能會有用于土壤修復的工業(yè)大麻被濫用的情況，這樣在使用前對每批次工業(yè)大麻稈的重金屬進行測定就很重要。使用該方法可為工業(yè)大麻稈芯粉的質(zhì)量控制提供參考依據(jù)。

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