2020, Vol. 44
文章信息
- 邱军, 孙鹏, 刘文琳, 王晓婷, 于卫松. 2020.
- QIU Jun, SUN Peng, LIU Wen-lin, WANG Xiao-ting, YU Wei-song. 2020.
- 防腐高效溶样罐-ICP-MS测定海洋生物体中微量元素
- Determination of trace elements in marine organisms by anticorrosive and efficient digestion bomb-ICP-MS method
- 海洋科学, 44(6): 131-136
- Marina Sciences, 44(6): 131-136.
- http://dx.doi.org/10.11759/hykx20190307001
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文章历史
- 收稿日期：2019-03-07
- 修回日期：2019-04-30
2. 青岛嘉泽包装有限公司, 山东 青岛 266107;
3. 山东中烟工业有限责任公司, 山东 济南 250014
2. Qingdao Justo Packaging Co. Ltd., Qingdao 266107, China;
3. China Tobacco Shandong Industrial Co. Ltd., Jinan 250014, China
微量元素是构成海洋生物体内代谢酶及其他生命功能蛋白质的关键组分, 影响着生命活动功能和代谢过程。在海洋生物体中, 微量元素的生物功能作用, 越来越引起生物学家的关注, 微量元素的准确测试尤显重要, 选择合适的测试方法是准确测定生物样品中微量元素含量的重要保证。
随着分析技术的发展和提高, 诸多现代分析仪器快速运用到生物样品检测领域。张剑[1]等采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)测定中草药海金沙茎中微量元素的含量。Siqueira[2]等采用FAAS对不同城市的蜂花粉样品进行了Fe、Mn、Zn元素含量的测定。陈林伟[3]等采用微波消解-电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)分析了9种补血类中药中的元素含量。随着质谱技术的发展与成熟, 电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)在食品检测领域得到了广泛应用, 同原子吸收法(AAS)、电感耦合等离子发射光谱法(ICP-AES)等通用检测方法相比, ICP-MS具有高通量、高灵敏度、多元素同时检测、低干扰等显著优势, 已经成为微量元素分析的重要工具。陈海英[4]等采用微波消解-ICP-MS测定了银杏叶茶中的多种微量元素, 袁利杰[5]、刘慧[6]、冯永明[7]以及Pinheiro[8]等以微波消解为样品前处理方法, 消解后采用ICP-MS测试生物样品中微量元素含量。但海洋生物体中微量元素的测试方法较少, 亟需开发一种适合海洋生物体中微量元素准确测定的分析方法。
海洋生物体主要为C、H、O、N等元素构成, 分析中容易产生大量的多原子干扰, 影响分析结果, 样品前处理尤为重要。与以往消解方法相比, 防腐高效溶样罐法具有密封性好、样品消解时间短、消解效率高且酸消耗量少等优点, 因此采用防腐高效溶样罐法进行生物体样品的前处理受到越来越多分析工作者的青睐。王晓媛[9]等采用防腐高效溶样罐溶样, 建立了地质样品34种微量元素的快速测试方法。殷学博[10]等采用防腐高效溶样罐消解包括海带、贻贝、黄鱼等生物体, 测试了As、Hg等9种微量元素。但海洋生物体中微量元素与稀土元素的测定方法未见报道。本文采用防腐高效溶样罐, 高温高压消解海洋生物体样品, 采用ICP-MS进行样品测试, 建立了针对海洋生物体中微量元素的防腐高效溶样罐-ICP-MS测试方法。
1 实验材料与方法 1.1 仪器设备ICP-MS:美国Perkin Elmer公司Nexion 300D, 配备动态反应池(DRC), 运行模式包括标准模式与DRC模式, DRC模式下NH3作为反应气消除Ar对部分元素测试的干扰。实验中海洋生物样品中的Cr、Fe元素以DRC模式测试, 其它元素则采用标准模式测定。
防腐高效溶样罐:青岛济科实验仪器有限公司; JKHF-140L型防腐烘箱:青岛济科实验仪器有限公司; JK-60TH型防腐电热板:青岛济科实验仪器有限公司; ULTRA IONIC型超纯水机:英国Elga公司。
1.2 主要材料与试剂硝酸:国产电子纯(MOS); 纯水:蒸馏水经过Elga纯水机处理, 电导率为18.2 MS/cm; 标准溶液:美国Perkin Elmer公司, 混标溶液, 10 mg/L; 稀土溶液:美国Perkin Elmer公司, 10 mg/L; 标准物质:国家海洋局第二海洋研究所的GBW08517(海带Saccharina japonica)与GBW08571(贻贝Mytilus coruscus Gould)。
1.3 仪器条件采样锥(孔径1.1 mm)和截取锥(孔径0.9 mm)均为铂锥, 石英同心雾化器, 雾化气流速0.92 L/min, 辅助气流速1.1 L/min, 等离子气流速16 L/min, ICP射频功率1 250 W, 脉冲压1 200 V, 模拟压–2 300 V, In灵敏度(1 μg/L)41 820 cps, CeO+与Ce+物质的量比n(CeO+): n(Ce+)=2.20%, n(Ba++): n(Ba+)=1.8%, 背景值(220)为1.0 cps。
1.4 实验方法海洋生物样品, 相对来说, 基体简单, 主要为蛋白质、氨基酸等有机体, 硝酸能够有效消解这类样品, 但样品量是影响消解效果的主要因素, 本文采用海洋生物体标准物质GBW08517(海带)与GBW08571(贻贝)作为实验对象, 并选取两种样品量, 每种样品量称取5份样品, 实验消解, 具体如下:
前处理方法1:准确称取100 mg样品于聚四氟内胆中, 加入2 mL硝酸与0.5 mL氢氟酸, 静置反应12 h, 置于防腐溶样罐外套内, 放入150℃防腐烘箱恒温消解12 h, 冷却; 待完全冷却后取出内胆, 置于电热板上蒸至尽干, 加入1 mL硝酸与1 mL纯水, 再次放入150℃防腐烘箱内回溶12 h, 冷却后加入纯水, 准确定质量到40 g, 溶液振荡后上机测试。
前处理方法2:准确称取200 mg样品于聚四氟内胆中, 加入2 mL硝酸与0.5 mL氢氟酸, 静置反应12 h后, 置于防腐溶样罐外套内, 放入150℃防腐烘箱恒温消解12 h, 冷却; 待完全冷却后取出内胆, 置于电热板上蒸至尽干, 加入1 mL硝酸与1 mL纯水, 再次放入150℃防腐烘箱内回溶12 h, 冷却后加入纯水, 准确定质量到40 g, 溶液振荡后上机测试。
1.5 标准曲线本次实验标准曲线质量浓度为0、1、5、10 μg/L:首先将PE标准溶液稀释成100 μg/L的标准溶液, 再用2% HNO3溶液配制质量浓度分别为0、1、5、10μg/L的标准溶液, 并绘制成标准曲线。所有测试元素Li、Be、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Sr、Cd、Cs、Ba、Pb、Bi、Th及REE(稀土元素)的标准曲线相关系数均高于0.999。另B、Mo元素采用标准物质制备标准曲线。
1.6 干扰校正海洋生物体主要成分为C、H、O、N元素组成, 经消解后, 主要转化为CO2, H2O与氮化物, 但有一些生物体长链分子, 较难完全消解, 易消解成生物碎片, 残留在溶液中, 造成干扰, 40Ar12C与38Ar14N对52Cr, 40Ar16O对56Fe的干扰, 采用DRC反应池技术, 去除多原子干扰; 135Ba16O与137Ba16O分别对151Eu与153Eu造成多原子干扰, 138Ba16O/138Ba为2.16%, 通过公式法扣除BaO对Eu的干扰。
2 结果与讨论 2.1 方法检测限本实验方法检测限数值由过程空白连续10次测定浓度值的3倍偏差, 乘以稀释倍数所得, 方法定量限数值由过程空白连续10次测定浓度的10倍偏差所得, 表 1为方法定量限。
| 元素 | 定量限/(μg/kg) | |
| 方法1 | 方法2 | |
| Li | 0.87 | 0.44 |
| B | 8.5 | 4.3 |
| Cr* | 4.1 | 2.1 |
| Mn | 8 | 4 |
| Fe* | 74 | 37 |
| Co | 8.6 | 4.3 |
| Ni | 8.7 | 4.4 |
| Cu | 7.5 | 3.8 |
| Zn | 19.2 | 9.6 |
| As | 2.7 | 1.4 |
| Rb | 8.4 | 4.2 |
| Sr | 1.35 | 0.7 |
| Y | 0.18 | 0.09 |
| Mo | 2.1 | 1.1 |
| Cd | 0.75 | 0.38 |
| Cs | 0.27 | 0.14 |
| Ba | 7.7 | 3.8 |
| Pb | 1.7 | 0.9 |
| Bi | 0.48 | 0.24 |
| Th | 0.39 | 0.2 |
| U | 0.32 | 0.16 |
| La | 0.3 | 0.15 |
| Ce | 0.36 | 0.18 |
| Pr | 0.12 | 0.06 |
| Nd | 0.69 | 0.35 |
| Sm | 0.72 | 0.36 |
| Gd | 1.08 | 0.54 |
| Tb | 0.12 | 0.6 |
| Dy | 0.15 | 0.08 |
| Ho | 1.1 | 0.26 |
| Er | 1.7 | 0.9 |
| Tm | 0.9 | 0.45 |
| Yb | 0.66 | 0.33 |
| 注: “*”表示该元素为采用DRC模式测试得到的数据, 其他元素都为标准模式。 | ||
本次实验对生物标准物质GBW08517与GBW08571进行两种样品量的前处理, 测试了Li、B、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、As、Rb、Sr、Y、Mo、Cd、Cs、Ba、Pb、Bi、Th、U与REE元素, 结果为5个平行样品数据测试的平均值, 并与标准值相比较。其中Cr与Fe元素存在ArC与ArO的干扰影响, 采用NH3为反应气, 反应池模式去除多原子干扰, 实现样品中的Cr与Fe元素的准确测定。为标准物质测试结果与标准值。
通过表 2数据结果分析发现, 元素含量与标准偏差呈一定的相关性, 元素含量越高, 相对标准偏差越小, 含量越低, 相对标准偏差就大。GBW08517测试方法1中Cu、Zn、Sr与Mo等高含量元素, 测试值与标准值更加趋于一致。但Mn、Fe与Ni元素的含量较高, 仪器测试影响较少, 主要受外界环境与试剂空白因素的影响, 其稳定性相对较差; 稀土元素含量最低, 从Ce质量比1 150 µg/kg到Tb质量比9.9 µg/kg, 在质量比100 µg/kg以上时, 相对标准偏差都小于10%, 元素质量比在100 µg/kg以下时, 相对标准偏差都小于20%。GBW08571中元素, 前处理方法1与前处理方法2的测试值变化较小, Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr与Mo几乎无变化, 主要是含量较高, 相对较为稳定; La、Ce、Pr与Nd含量较高, 偏差较小, 小于10%, Sm、Gd、Tb、Dy, Ho、Er、Tm、Yb与Lu等元素质量比低于100 µg/kg, 相对标准偏差要大一些, 基本都小于20%。
| 元素 | GBW08517(海带) | GBW08571(贻贝) | ||||||||||||
| 标准值 | 测试平均值/(μg/kg) | RSD/% | 标准值 | 测试平均值/(μg/kg) | RSD/% | |||||||||
| 方法1 | 方法2 | 方法1 | 方法2 | 方法1 | 方法2 | 方法1 | 方法2 | |||||||
| Li | 0.69 | 0.48 | 0.52 | 2.04 | 3.70 | 0.8 | 1.42 | 1.16 | 1.40 | 1.69 | ||||
| B | - | 43.6 | 47.8 | 1.68 | 1.21 | 7 | 7.7 | 7.1 | 0.94 | 14.41 | ||||
| Cr | 0.63±0.08 | 0.64 | 0.72 | 3.03 | 4.00 | 0.57±0.08 | 0.68 | 0.77 | 9.68 | 10.13 | ||||
| Mn | 32.6±1.78 | 33.3 | 31.3 | 2.39 | 3.01 | 10.2±1.8 | 9.6 | 7.92 | 3.78 | 4.00 | ||||
| Fe | 161±13 | 176 | 188 | 4.57 | 5.62 | 221±14 | 212 | 216 | 2.88 | 3.85 | ||||
| Co | 0.2±0.03 | 0.18 | 0.18 | 0.90 | 0.70 | 0.94±0.06 | 1.07 | 0.88 | 4.94 | 5.38 | ||||
| Ni | 0.71±0.09 | 1.02 | 1.09 | 7.31 | 7.63 | 1.03±0.13 | 1.03 | 0.79 | 1.76 | 10.23 | ||||
| Cu | 5.01±0.32 | 5.14 | 5.28 | 2.33 | 2.58 | 7.70±0.9 | 9.15 | 7.4 | 2.58 | 7.38 | ||||
| Zn | 27.9±0.9 | 28.3 | 26.7 | 1.11 | 2.94 | 138±9 | 166 | 131 | 5.06 | 5.76 | ||||
| As | 13.9±2.4 | 15.1 | 15.2 | 1.31 | 1.94 | 6.1±1.1 | 6.63 | 7.13 | 5.51 | 7.40 | ||||
| Rb | 11.7±2.7 | 11.8 | 10.7 | 3.36 | 5.31 | 2 | 2.11 | 1.7 | 4.98 | 5.03 | ||||
| Sr | 1 033±94 | 1 032 | 931 | 3.98 | 4.02 | 12.8±1.1 | 16.3 | 13.9 | 1.88 | 6.08 | ||||
| Y | 0.56 | 0.57 | 0.52 | 1.79 | 3.70 | - | 0.3 | 0.23 | 3.14 | 4.17 | ||||
| Mo | 0.13 | 0.14 | 0.13 | 2.69 | 3.10 | 0.6 | 0.54 | 0.45 | 1.89 | 2.17 | ||||
| Cd | 1.14±0.11 | 1.2 | 1.16 | 2.56 | 0.85 | 4.5±0.5 | 4.83 | 3.94 | 4.09 | 4.60 | ||||
| Cs | 0.028 | 0.028 | 0.025 | 5.69 | 7.41 | 0.03 | 0.037 | 0.03 | 2.82 | 3.23 | ||||
| Ba | 81.1±6.0 | 83.9 | 81.4 | 1.33 | 2.05 | 2 | 2.13 | 1.74 | 0.95 | 8.42 | ||||
| Pb | 1.41±0.12 | 1.11 | 1.13 | 0.89 | 4.24 | 1.96±0.09 | 1.8 | 1.51 | 3.51 | 3.21 | ||||
| Bi* | 33 | 32.8 | 36.5 | 2.96 | 3.27 | - | 80.3 | 64 | 1.90 | 7.78 | ||||
| *Th | 70 | 78.4 | 87 | 12.00 | 15.53 | 60 | 81.6 | 61.5 | 6.53 | 12.89 | ||||
| *U | 241 | 234 | 239 | 1.30 | 0.83 | - | 89.7 | 73.1 | 5.81 | 6.16 | ||||
| *La | 290 | 309 | 304 | 1.28 | 2.88 | 200 | 208 | 205 | 6.77 | 10.48 | ||||
| *Ce | 1 150 | 1 118 | 1 102 | 0.99 | 2.13 | 300 | 316 | 283 | 5.17 | 7.52 | ||||
| *Pr | 60 | 61.3 | 61.6 | 0.66 | 2.38 | - | 49.3 | 38.6 | 14.23 | 9.18 | ||||
| *Nd | 200 | 212 | 239 | 9.77 | 16.59 | - | 191 | 160 | 9.17 | 6.98 | ||||
| *Sm | 62 | 81.3 | 79.3 | 1.93 | 11.79 | 20 | 18 | 31.3 | 3.11 | 1.57 | ||||
| *Gd | 40.3 | 51 | 62 | 7.08 | 7.46 | - | 38.3 | 40.1 | 9.66 | 9.97 | ||||
| *Tb | 9.9 | 11 | 12.2 | 6.90 | 9.91 | - | 5.51 | 3.34 | 13.55 | 10.99 | ||||
| *Dy | 79 | 66 | 61.8 | 5.07 | 6.08 | - | 31.2 | 25.6 | 5.96 | 3.64 | ||||
| *Ho | 14 | 16.3 | 15.5 | 3.24 | 1.97 | - | 6.84 | 5.13 | 11.22 | 14.21 | ||||
| *Er | 41 | 37.1 | 35.5 | 8.92 | 12.35 | - | 14.3 | 11.7 | 10.85 | 2.50 | ||||
| *Tm | 7 | 7.03 | 5.71 | 14.82 | 15.22 | - | 2.71 | 1.8 | 11.32 | 13.46 | ||||
| *Yb | 51 | 54 | 50.5 | 5.22 | 6.65 | - | 15.7 | 13.4 | 5.42 | 7.59 | ||||
| 注: “*”表示该元素单位为μg/kg, 其他元素都为mg/kg。 | ||||||||||||||
GBW08517与GBW08571两种方法的测试值与标准值进行比较, 前处理方法1与前处理方法2中大部分数据较吻合, 与标准值一致, 但个别元素, 尤其是低含量元素, 存在一些偏差; 前处理方法1中数据相对稳定, 样品量越少, 消解越完全。对于Cr元素, 前处理方法2的测试值要高于标准值, 也高于前处理方法1的测试值。主要原因仍然是ArC的干扰, 造成了测试值偏高, 前处理方法1更适合Cr元素的测试。对于Ni元素, GBW08517的测试值都偏高, 但测试值稳定, 需要在以后的测试中, 查找具体原因。稀土元素含量超微, 两种标准物质的测试值与标准值偏差较大, 最大偏差达17%, 含量超微是造成测试偏差的主要因素。
综合对实验数据结果分析发现, 前处理方法1处理两种生物样品测试的结果更准确和稳定, 此方法具有易操作、处理效率高、低试剂消耗、安全性强、避免样品污染等优点, 在海洋生物消解中效果优于通常的微波消解, 为海洋生物体中微量元素的测定提供了可靠参考。
3 结论通过优化测试方法, 对海洋生物体GBW08517 (海带)与GBW08571(贻贝)两种标准物质, 两个取样量消解测试分析, 实验数据结果表明, (1)海洋生物体中的稀土元素虽然含量较低, 但防腐高效溶样罐-ICP-MS测试的数据精度较好, 除个别元素外, 测试结果与标准值相符合, 可满足稀土元素(大于100 µg/kg)的准确测试; (2)前处理方法1消解的生物样品测试结果更稳定、更准确, 其取样量具有很好的代表性, 可以实现海洋生物体中元素含量大于100 µg/kg元素的准确测试, 尤其是可实现对多原子ArC干扰元素Cr准确测定; (3)使用防腐高效溶样罐优化了生物样品处理的消解方法, 能够有效去除生物样品中的有机基体, 充分发挥ICP-MS的优势。与以往的消解方法相比, 在生物消解中效果优于微波消解, 前处理方法1还具有易操作、处理效率高、低试剂消耗、安全性强、避免样品污染等优等优点。测试数据稳定可靠, 是海洋生物体中微量元素测试前处理消解的理想方法。
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