微波消解-ICP-MS法同時測定植物源性轉基因食品中的稀土元素

徐森彪

(英格爾檢測技術服務(上海)有限公司，上海 201109)

0 引言

稀土元素(REE)廣泛存在于自然界中，具有獨特的物理化學性質(zhì)，成為對農(nóng)作物內(nèi)在品質(zhì)有重要影響的特征元素，我國是稀土儲存、使用量大國，隨著科技的發(fā)展，稀土在各領域得到廣泛的應用，特別是在農(nóng)業(yè)上成規(guī)模的使用，使得稀土元素及其化合物大量進入環(huán)境.當前，因農(nóng)田地表徑流和工業(yè)廢水排放等原因?qū)е逻M入環(huán)境的稀土元素不斷增加，自然界中的稀土元素被生長性植物所富集，并通過生物鏈進入人體而影響人體的健康[1]，由陳祖義等人關于稀土元素的骨蓄積性、毒性及其對人群健康的潛在危害的研究表明，長期攝入低劑量的稀土元素可在人體的重要器官蓄積，從而引起人體的病變.轉基因食品(Genetically Modified Foods, GMF)是利用現(xiàn)代生物技術，將某些生物的基因轉移到其他物種中去，改造生物的遺傳物質(zhì)，使其在性狀、營養(yǎng)物質(zhì)、消費品質(zhì)等方面向人們所需要的目標轉變.隨著社會的進步和科技的發(fā)展，轉基因食品越來越普及，品類也是越來越多，種植的面積也越來越廣，日常超市、菜場常見的轉基因蔬菜有土豆、玉米、黃豆、西葫蘆、玉女番茄等等，然而目前，植物源性轉基因食品對環(huán)境中稀土元素的富集能力與非轉基因存在的差異性尚未有相關報道[2-6]；同時，關于植物源性轉基因食品中稀土元素的研究分析也鮮有相關文獻和標準，因此，開展植物源性轉基因食品中稀土元素的含量分析具有十分重要的意義.

目前，稀土元素的分析方法主要有X線熒光光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)和電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)[7-9]等，其中，X線熒光光譜和ICP-OES對于稀土元素痕量分析靈敏度無法滿足要求[10-11].ICP-MS以其多元素同步分析，動態(tài)線性范圍寬，高靈敏度和光譜干擾少等突出優(yōu)點被廣泛應用于各行各業(yè)的元素分析，在分析痕量稀土元素方面也應用越來越廣泛[12-18].

因此，本研究通過采用內(nèi)標定量，微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法，建立植物源性轉基因食品中稀土元素分析方法，該方法操作方便，準確度高，靈敏度和精密度均能滿足日常稀土元素的分析要求，對植物源性轉基因食品中稀土元素的檢測方法的建立具有積極意義.

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 ICP-MS(美國PE公司，NexION 1000型)；電子天平(Sartorius，BSA224S)；超純水由Milli-Q純水儀制得；雙氧水、硝酸均為優(yōu)級，購自上海國藥集團化學試劑有限公司.

調(diào)諧液：1%硝酸介質(zhì)，濃度為1 μg/L，內(nèi)含Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 8種元素，美國PE公司，N8145041.

稀土元素標準貯備液(鈧Sc、釔Y、鑭La、鈰Ce、鐠Pr、釹Nd、釤Sm、銪Eu、釓Gd、鋱Tb、鏑Dy、鈥Ho、鉺Er、銩Tm、鐿Yb、镥Lu)：100 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心，20D9556.

標準中間液Ⅰ：10.00 μg/mL，準確移取標準貯備溶液1.00 mL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋至刻度.

標準中間液Ⅱ：1.00 μg/mL，準確移取標準中間液Ⅰ10.00 mL于100 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋至刻度.

準確移取1.00 μg/mL的標準中間液Ⅱ 0、0.025、0.050、0.125、0.250、0.500 mL于25 mL容量瓶中，用2%硝酸溶液稀釋至刻度，搖勻，配成的標準系列質(zhì)量濃度為0、1.00、2.00、5.00、10.0、20.0 μg/L.

1.2 試驗方法

1.2.1 同位素及內(nèi)標元素的選擇 同位素的選擇應遵循靈敏度高、豐度比值大、基體干擾較小的原則，本文中選擇的同位素分別為：45Sc、89Y、139La、140Ce、141Pr、146Nd、147Sm、153Eu、157Gd、159Tb、163Dy、165Ho、166Er、169Tm、172Yb、175Lu.基于試驗過程可能受樣品溶液的粘度、儀器信號偶然性的波動及基體效應可能產(chǎn)生的干擾，本研究采用樣品溶液與內(nèi)標溶液在線混合同步進樣的方式校正測試，選擇的內(nèi)標元素為鍺(74Ge).

1.2.2 儀器工作條件 射頻功率、等離子體氣流量、偏轉電壓等參數(shù)的設定直接影響著分析過程中雙電荷、氧化物離子、多原子離子等干擾的大小，因此，選用濃度為1 μg/L的Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U 8種元素混合調(diào)諧液將儀器調(diào)試至最佳測試狀態(tài)，儀器工作條件具體見表1和表2.

表1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀工作條件

表2 微波消解儀工作條件

1.3 測定方法

1.3.1 樣品制備 鮮樣：取樣品可食部分，切碎，充分混勻，按四分法縮分，放入組織搗碎機中搗碎成勻漿，勻漿放入聚乙烯容器中，待測；

干樣：取適量干樣品去除其中的雜質(zhì)，于粉碎機中打碎至粉末狀，裝袋備用.

1.3.2 樣品溶液制備 稱取1.00 g鮮樣或0.50 g干樣(精確至0.000 1 g)樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入5 mL硝酸和2 mL雙氧水，置于100 ℃石墨消解儀上進行預消解，待消解罐冒白煙時取下，冷卻完成后裝罐于微波消解儀中，按照設定的消解程序完成消解后取出，于140 ℃石墨消解儀上趕酸至剩余0.5 mL左右時，用2%(V/V)硝酸溶液定容至25 mL，混勻，待測.每批樣品至少制備2個全程空白試樣.

2 結果與分析

2.1 前處理方式的選擇樣品前處理直接關系著后續(xù)儀器的分析測試，前處理的效果直接影響著目標元素的回收率，本研究對比了敞口常壓濕法消解、高壓罐消解和微波消解法，其中濕法消解因在常壓下進行，消解液粘度較大，產(chǎn)生的基質(zhì)干擾也較大；高壓罐本身比較笨重，連續(xù)作業(yè)效果差，在烘箱中消解的時間比較長，且由于烘箱不能在通風櫥中放置，造成高壓罐在消解過程中或多或少會有酸霧和酸的分解物氮氧化物氣體逸出.因此，本研究選用密封式、高溫、高壓微波消解法作為前處理方式.

2.2 質(zhì)譜干擾與校正優(yōu)化儀器分析的參數(shù)條件可大大降低ICP-MS測定過程中的質(zhì)譜干擾和基體效應等干擾，在等離子體6 000～10 000 K的高溫下產(chǎn)生的多原子離子經(jīng)常會與目標元素質(zhì)量數(shù)重疊，這是質(zhì)譜干擾的主要來源，例如40Ar16O對56Fe產(chǎn)生的干擾，39Ar對39 K產(chǎn)生的干擾，40Ar35Cl對75As 的干擾，以上干擾可通過：75As:-3.127×Se77+2.733×Se82校正方程予以消除，也可通過碰撞池模式減弱干擾，在碰撞池中通過氦氣碰撞多原子離子，降低其本身的動能，使其無法到達質(zhì)量分析器.同時，采用內(nèi)標定量法也可以有效地降低基體干擾和測試過程中儀器產(chǎn)生的波動.

2.3 線性關系及方法檢出限按照上述儀器工作條件進行16種稀土元素測試，得出各元素的校準曲線方程和相關系數(shù)，測定21次全過程空白溶液，以3倍響應信號強度值(cps值)與內(nèi)標元素cps值之比的標準偏差和校準曲線斜率的比值作為檢出限，經(jīng)計算得各元素的檢出限，具體見表3.

表3 各元素相關系數(shù)和方法檢出限

由表3可知，稀土各元素相關系數(shù)(r2)均大于0.995，各元素的檢出限范圍為0.02～0.55 μg/kg，滿足分析要求.

2.4 精密度和準確度試驗為考察方法的精密度和準確度，選取轉基因食品大豆(干樣)作為試驗對象，經(jīng)制樣完成后，分別準確稱取相同樣品0.50 g，共計稱取20份樣品，其中2份樣品作為本低樣，其他18份樣品分成3組，每組6份，每組分別加入標準中間液Ⅱ0.025 mL、0.125 mL、0.500 mL，按1.3.2方法制備溶液,加標量依次分別為0.050 mg·kg-1、0.250 mg·kg-1、1.00 mg·kg-1，同時，每批次至少2個過程空白樣品，試驗結果見表4.

表4 精密度和準確度試驗結果(n=6)

由表4可見，方法的相對標準偏差(RSD)在0.71%～13.70%，回收率在79.8%～111.3%，說明該方法的精密度和準確度能夠滿足植物源性食品中稀土的分析要求.

2.5 實際樣品分析按照已建立的分析方法，分別選取相同生長地點大棚栽培的甜椒、玉女番茄、紫番薯、大豆、西葫蘆和玉米6批次轉基因樣品進行分析，結果見下表5.從表5可知，不同的品類對稀土元素存在不同程度的富集，其中大豆和玉米比其他4個品類富集程度更強些；其次，同一品類對不同的稀土元素富集也存在差異性.

表5 不同品類植物源性轉基因食品中稀土元素試驗結果(n=3) mg/kg

3 結論

本研究對比了敞口常壓濕法消解、高壓罐消解和微波消解法 3種前處理方法對植物源性轉基因食品中稀土元素提取效率的差異性，優(yōu)化了質(zhì)譜條件，評估了樣品基質(zhì)在測定過程中對準確度的影響，最終建立了硝酸-雙氧水體系，微波消解，內(nèi)標法定量，電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)測定植物源性轉基因食品中稀土元素含量的的方法.該方法16種稀土元素加標回收率在79.8%～111.3%，精密度在0.71%～13.7%，檢出限在0.02～0.55 μg/kg.方法定量靈敏、準確，可滿足日常植物源性轉基因食品中稀土元素的檢測需求.