ICP-MS 法在茶葉非金屬元素分析中的應(yīng)用
在中國,茶葉是歷代居民最重要及喜愛的傳統(tǒng)飲品之一,與咖啡和可可共享世界三大飲料的美譽,富含氨基酸、茶多酚、維生素及兒茶素等對人體有益的營養(yǎng)成分,飲用茶湯具有提神醒腦、降壓降脂、去膩開胃、利尿解乏等保健功能,因而備受推崇。然而近年來隨著居民生活水平的提高和各類食品安全事件的持續(xù)曝光,茶飲者也開始將焦點轉(zhuǎn)移到了茶葉的品質(zhì)上。茶葉中農(nóng)藥殘留量和重金屬含量高低是大家比較關(guān)注的熱點問題,目前食品安全國家標準 GB 2762《食品污染物限量》中只對鉛含量做了規(guī)定(≤5.0 mg/kg [1] ),但是對人體來說,各種元素均存在安全攝入量限值,過量攝入亦會對人體造成危害,因此對茶葉中各相關(guān)元素的含量進行檢測具有重要現(xiàn)實意義。
磷是人體生命活動必需的營養(yǎng)元素,是骨骼和牙齒發(fā)育的重要物質(zhì)以及遺傳核酸、三磷酸腺苷和酶的重要組成部分,參與人體生命和生長發(fā)育的各個環(huán)節(jié)。硼是人體必需的 18 種微量元素之一,人體的生命活動同樣需要其參與,但是人體攝入量如果超過自身忍耐值便會誘發(fā)各種疾病,甚至死亡。硒也是人體必需的 18 種微量元素之一,國內(nèi)外大量的臨床試驗證明,人體缺硒可引起某些重要臟器功能失調(diào),導(dǎo)致許多嚴重疾病發(fā)生,其中以腫瘤、肝病、心血管疾病等發(fā)病率很高,低硒或缺硒人群通過適量補硒可以預(yù)防腫瘤、肝病等的發(fā)生,提高機體免疫能力。
目前,磷測定方法的報道主要見于分光光度法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法;硼的測定方法有分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法。硒的測定通常采用氫化物原子熒光法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法。
電感耦合等離子體質(zhì)譜(Inductively Coupled Plasma-mass Spectrometry,ICP-MS)的發(fā)展起源于20世紀80年代,因其具有高選擇性、高靈敏度、低檢出限、可進行多元素同時在線快速分析等優(yōu)點,是目前蕞具發(fā)展前景的元素檢測技術(shù),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于不同領(lǐng)域各類樣品的金屬元素檢測中。但在非金屬元素分析方面,除砷等少數(shù)元素外,其它非金屬元素尚未得到廣泛關(guān)注。主要是因為非金屬元素普遍都具有較高的電離能(如 As 9.81 eV、Se 9.75 eV、P 10.48 eV、B 8.30 eV ),這些非金屬元素在氬氣形成的等離子體中只有少部分電離(如 P 的電離效率只有 6%),電離程度相對金屬元素較低,其次在 ICP-MS分析中存在一些嚴重的多原子離子干擾,導(dǎo)致ICP-MS 檢測非金屬元素的能力大為遜色,所以使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀分析非金屬元素具有一定難度。實驗通過優(yōu)化儀器參數(shù),加入去干擾技術(shù),實現(xiàn)了非金屬元素磷、硼和硒的準確測定。
儀器與試劑
電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(上海美析儀器有限公司);
萬分之一電子天平;
恒溫干燥箱;
密閉高壓消解罐;
Millipore 超純水機;硝酸(GR級);
H2O2(GR級);水為超純水。
硒單元素標準溶液、磷單元素標準溶液、硼單元素標準溶液、鈧和鍺元素混合標準溶液均購自國家有色金屬及電子材料分析測試中心;
國家有證標準物質(zhì)綠茶(GBW 10052,中國地質(zhì)科學(xué)院地球物理地球化學(xué)勘察研究所)。
樣品
市售綠茶樣品。
標準溶液及內(nèi)標溶液的配制
準確移取適量的硒、磷、硼單元素標準溶液,用稀硝酸溶液(5+95)制成質(zhì)量濃度為 0,0.1,0.5,1.0,5.0,10.0,50.0,100.0 μg/L硒標準系列;0,1.0,5.0,10.0,50.0,100.0 μg/L 磷標準系列; 0,1.0,5.0,10.0,50.0,100.0 mg/L 硼標準系列;同法移取適量的鍺和鈧元素混合內(nèi)標溶液另行配制成 1.0mg/L 的混合內(nèi)標使用液。
樣品前處理器皿的選擇
磷和硼在大自然中含量較為豐富,屬于易污染元素,而實驗器皿作為樣品前處理的重要環(huán)節(jié),器皿本底的潔凈度直接關(guān)系到前處理的質(zhì)量,樣品前處理不當很容易造成結(jié)果偏差。為了保證實驗結(jié)果準確、可靠,真實反映樣品中各元素的實際含量,實驗選用聚四氟乙烯材料內(nèi)罐消解樣品(聚四氟乙烯內(nèi)罐前處理方法:先放在稀硝酸溶液(1+9)中浸泡 24 h 以上,撈出后用超純水洗凈,往里加入 4 mL 左右的濃硝酸加蓋 110 ℃ 左右高溫蒸煮 4 h 以上,倒出罐內(nèi)硝酸,并趁熱用超純水洗凈備用)。儲存標準系列和待測樣品的器皿采用聚丙烯塑料制品。
茶葉樣品前處理
新鮮采摘的茶葉用超純水洗凈后,放入恒溫干燥箱中烘干(105 ℃),用破壁機研磨成粉末(聚四氟乙烯罐體)。準確稱取一定量的樣品(約0.4g 左右)到100mL 聚四氟乙烯內(nèi)罐中,依次加入10.0mL HNO3 和2.0mL H2O2 ,蓋上內(nèi)蓋,擰好不銹鋼罐放入恒溫干燥箱中加熱(參考表 1)。消解結(jié)束待其自然放冷后,取出內(nèi)罐放在電熱板上140 ℃左右趕酸,趕至溶液剩約1.0mL 時,將溶液全量轉(zhuǎn)移至 50 mL塑料容量瓶中,并用去離子水清洗內(nèi)罐3~4次,定容搖勻上機測定,同法制備質(zhì)控樣及空白對照溶液。
非質(zhì)譜和質(zhì)譜干擾的消除
非質(zhì)譜干擾主要來源于樣品本身的基體效應(yīng),消除非質(zhì)譜干擾最有效的做法通常是對樣品進行稀釋或者采用內(nèi)標元素進行校正。實驗選用內(nèi)標法消除非質(zhì)譜干擾(在線加入 74 Ge和 45 Sc 內(nèi)標溶液),確保了測定結(jié)果的準確性。質(zhì)譜干擾通常是指雙電荷離子、同量異位素、多原子等對測定結(jié)果帶來的影響。使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定 P 時,SiH、NOH 和 NO可對測定結(jié)果造成干擾;測定 B 時,BH 可對測定結(jié)果造成干擾;測定 Se 時,則易受到 Kr、BrH、Ar2H、Ho++ 、Dy++ 和 Er++ 的干擾;在這些質(zhì)譜干擾中,部分多原子分子較易形成,結(jié)合非常牢固,較難清除,所以使用 ICP-MS 測定硒和磷十分困難。為得到準確的數(shù)據(jù),試驗以國家一級有證標準物質(zhì)作為考察指標,優(yōu)化儀器的各項指標。蕞鍾確定使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定硼和磷時,采用動能歧視技術(shù)可得到準確的測定結(jié)果(向四級桿前端反應(yīng)池中通入氦氣(He),He 撞擊各類干擾使其質(zhì)荷比發(fā)生變化,動能改變,從而消除其干擾);測定硒時采用質(zhì)量甄別技術(shù)(NH3 和干擾物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),使其質(zhì)量變化改變飛行軌跡)可得到實驗結(jié)果。
分析方法
儀器工作參數(shù):射頻功率:1200W;等離子體氣流量:15.0L/min;霧化器流量:0.74L/min;霧化室溫度:-2 ℃;采樣深度:2.5mm;氧化物產(chǎn)率<2.0%,雙電荷比<0.2%。將待測元素標準溶液分別稀釋為一系列濃度梯度的標準溶液,根據(jù)質(zhì)量數(shù)相近原則,為待測元素選擇 Sc、Ge 作為內(nèi)標元素(在線加入),從低到高依次測定各個濃度的標準溶液,以每個濃度點測得值的3次讀數(shù)與內(nèi)標讀數(shù)比值的平均值為縱坐標,相應(yīng)濃度點為橫坐標,儀器自動擬合標準曲線。經(jīng)標準曲線換算得到的樣品濃度扣除樣品空白濃度的結(jié)果,即各元素的含量。
結(jié)果分析
實驗結(jié)果表明,該茶園的綠茶中富含對人體有益的硒和磷元素,硒含量范圍在0.059~ 0.190mg/kg,平均值為0.112mg/kg,磷含量范圍在1700~2660g/kg,平均值為2090mg/kg。硼元素含量范圍在10.2~16.2mg/kg,平均值為13.4mg/kg。
儀器參數(shù)
ICP-MS6880電感耦合等離子體質(zhì)譜儀
1.產(chǎn)品介紹
電感耦合等離子體質(zhì)譜儀 (簡稱ICP-MS),是20世紀80年代發(fā)展起來的一種新的微量、痕量和超痕量元素分析技術(shù)。ICP-MS可測定元素周期表中大部分元素,且具有極低的檢出限、極寬的動態(tài)線性范圍、譜線簡單、干擾少、精密度高、分析速度快等性能優(yōu)勢,上海美析儀器是國內(nèi)較早開發(fā)ICP-MS的廠家,擁有國內(nèi)資深的ICP-MS研發(fā)團隊,努力打造國內(nèi)優(yōu)質(zhì)的ICP-MS產(chǎn)品。
2.性能特點
◇ 集成氣路模塊,減少氣路接頭,輕量化、模塊化,保障儀器便于移動工作
◇自主研發(fā)的固態(tài)電源可以保證儀器在多種模式(如常規(guī)模式、冷等離子體模式)下運行,并且在同一方法中允許運行多種模式,節(jié)約大量分析時間及方便研究。
◇ 采用主流化市場設(shè)計,為用戶特別是第三方檢測用戶大大節(jié)省了儀器占用空間,也為未來實現(xiàn)車載應(yīng)用,增加了可能性。
◇中英文快速切換軟件界面,“一鍵式”參數(shù)設(shè)置直觀快捷,提高了用戶的工作效率,也提供自動控制儀器及其附件的能力,完美適應(yīng)Windows 專業(yè)操作系統(tǒng)
◇美析儀器遍布全國的服務(wù)網(wǎng)絡(luò),我們10分鐘響應(yīng)、48小時內(nèi)上門服務(wù)、客服中心隨時跟蹤服務(wù)、保證服務(wù)質(zhì)量
3.應(yīng)用領(lǐng)域
高校、質(zhì)檢中心、環(huán)境監(jiān)測站、企業(yè)、農(nóng)業(yè)系統(tǒng)、地質(zhì)地礦、 環(huán)境保護、地質(zhì)冶金、電子電器、食品安全、化工制藥等。
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上海美析儀器公司簡介
上海美析儀器有限公司(以下簡稱美析),是一家具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高新技術(shù)企業(yè),美析的創(chuàng)業(yè)理念“科技——因你改變”,并以此為企業(yè)宗旨,不斷探究、果敢創(chuàng)新。特別是在分析測試儀器領(lǐng)域,不斷開發(fā)出先進的產(chǎn)品,使美析成為優(yōu)質(zhì)儀器資源的供應(yīng)者。
美析主營光譜類儀器可見分光光度計、紫外可見分光光度計、原子吸收光譜儀、超微量分光光度計、原子熒光光度計、ICP 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀、ICP 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀,目前,我們的產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于有機化學(xué)、無機化學(xué)、生物化學(xué)、醫(yī)藥、環(huán)保、冶金、石油、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域。同時美析利用在產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)、光學(xué)設(shè)計、電氣應(yīng)用和軟件開發(fā)方面積累的豐富經(jīng)驗,結(jié)合市場的需求,近期將陸續(xù)推出一批分析類儀器。美析的總部及生產(chǎn)基地設(shè)在上海,營銷中心設(shè)在北京,并在江蘇、上海、山東三地建有研發(fā)基地。為充分利用各地的智力資源,美析與國內(nèi)外的部分科研單位也進行了深層次的科研合作,不斷將科研成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。為更好的服務(wù)于廣大客戶,美析儀器國內(nèi)設(shè)有 12家辦事機構(gòu),度身定制符合您需求的應(yīng)用解決方案,提高產(chǎn)品的附加值。在不斷服務(wù)國內(nèi)用戶的同時,美析也與 20 多個國家的分銷機構(gòu)建立了深度的戰(zhàn)略合作關(guān)系。
(美析儀器不僅僅只是一家高新技術(shù)認證企業(yè),更通過了 CE 認證、FCC 認證、RoHS 認證以
及國內(nèi)多項資質(zhì)審查認證,并有著多項自行研發(fā)的光譜類專利版權(quán)等等)