ICP—MS法對水基膠中鉻、鎳、鎘、鉛的測定

摘要：通過電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）建立了卷煙水基膠中Cr、Ni、Cd、Pb的定量分析方法。采用微波消解法處理樣品，以Ge、In、Bi為內標，利用動態反應池技術消除ArC離子對Cr的干擾。所測元素線性相關系數均在0.999 8以上，檢出限為0.012～0.044 μg/L，定量限為0.041～0.145 μg/L，加標回收率為83.0%～114.0%。樣品中重金屬含量低，Cd未檢出。該方法準確度高、簡單快速，適合水基膠中4種元素的檢測。

關鍵詞：水基膠；電感耦合等離子體質譜法；動態反應池模式；重金屬

中圖分類號：O657.6 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）24-6148-03

水基膠是卷煙生產中常用的黏結劑，也是濾嘴的重要組成部分。由于濾嘴在抽吸時直接與口腔接觸，水基膠所含重金屬極易進入人體。Cr、Ni、Cd、Pb等重金屬能與蛋白質和酶反應而降低其生理活性，干擾正常新陳代謝，對健康影響較大[1]。建立水基膠中重金屬檢測方法，對監控水基膠品質和提高卷煙質量安全具有重要意義。目前比較成熟的痕量重金屬檢測方法主要包括原子吸收光譜法（AAS）[2，3]、原子熒光光譜法（AFS）[4]、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-AES）[5]、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）等[6-8]。與其他方法相比，ICP-MS法靈敏度高、檢出限低、線性范圍寬，能同時測定多種元素，但也受到基質效應、同量異位素和多原子離子重疊等影響因素。尤其是多原子離子干擾，已經成為制約ICP-MS發展的重要障礙。動態反應池（DRC）模式是近年來發展較快的消除多原子離子干擾等的方法之一[9]。本試驗結合微波消解技術，建立了動態反應池ICP-MS快速測定卷煙中水基膠中Cr、Ni、Cd、Pb的方法，以期為控制卷煙質量提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器

Elan DRCe電感耦合等離子體質譜儀（美國PE公司），Mars 5微波消解儀（美國CEM公司），XP 204電子天平（瑞士梅特勒托利多公司），Milli-Q超純水儀（美國Millipore公司），烘箱（美國Binder公司）；50 mL聚對苯二甲酸乙二醇酯（PET）塑料瓶，塑料表面皿（直徑約8 cm），2 mL一次性塑料滴管；高純氬氣（純度≥99.999%，昆明梅塞爾氣體產品有限公司）。

1.2 材料與試劑

6份水基膠樣品購買于昆明某煙草市場。

調諧液（Elan 6100 DRC Setup/Stab/Masscal Solution，美國PE公司）；濃硝酸（美國Sigma公司）；過氧化氫（德國Merck公司）；GBW10016茶葉標準物質（中國計量科學研究院）；1 000 μg/mL Cr、Ni、Cd、Pb標準溶液（中國計量科學研究院）；10 μg/mL Ge、In、Bi內標混合液（美國Agilent公司）；去離子水配制含有0.5 μg/mL Cd、Pb和 0.25 μg/mL Cr、Ni標準溶液母液，并將其稀釋為0.25、0.50、1.25、2.50、5.00 μg/L（以Cd、Pb計）5級標準溶液，同時配制5 μg/L Ge、In、Bi內標溶液，標準溶液及內標溶液的配制均使用5%（V/V）HNO3溶液。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理 取水基膠樣品于表面皿中，60 ℃溫箱放置2 h，去除水分及其他揮發性溶劑。稱量至0.5 g（精確至0.1 mg）樣品于50 mL PFA消解罐內，加入5 mL濃硝酸，預消解12 h后再加入2 mL過氧化氫。擰緊罐子，放入微波消解儀內消解。待消解罐降至室溫后，將消解液轉移至PET塑料瓶中，并用去離子水洗滌消解罐內壁及瓶蓋3次，定容至50 mL，同時做樣品空白。

1.3.2 儀器參數 通過優化霧化器流量、透鏡電壓、射頻功率等將氧化物干擾CeO/Ce、雙電荷干擾Ba2+/Ba比值降至3%以下，靈敏度（以In計）高于20 000 cps，具體設置見表1。

1.3.3 消解試劑的選擇和消解程序優化 硝酸是微波消解常用試劑，能溶解除金、鉑外的大多數金屬。過氧化氫與硝酸混合使用，可減少氮氣生成并提高消解溫度，促進樣品消化。因此試驗選擇硝酸和過氧化氫為消解試劑，優化消解程序見表2。

1.3.4 DRC分析 選取各元素豐度較高、干擾較少的同位素為測量對象。Cr元素受ArC離子干擾嚴重，常在DRC模式測定[10，11]。本試驗對比了DRC模式與標準模式對Cr測量結果的影響。配制含有0.02%（V/V）甲醇的5%（V/V）硝酸溶液和以此溶液為基底的2 μg/L Cr溶液，在DRC MD中對反應氣（CH4）流量和拒絕參數RPq進行優化，結果見圖1。

由圖1可知，在最優狀態（CH4流量0.9 mL/min、RPq為0.80）時，BEC為0.022 3 μg/L，僅相當于實際濃度的1.1%。而保持CH4流量不變，RPq減小為0.75時，BEC雖升高至0.026 6 μg/L，但凈響應強度可增加一倍，因此選擇CH4流量為0.9 mL/min、RPq為0.75時為DRC試驗條件。

除Cr元素外，其他元素均采用標準模式，206Pb、207Pb為鈾等放射性物質衰變產物，豐度受外界環境影響，沒有固定值[12]。選擇3個豐度高、干擾少的同位素之和測定可以提高準確度。具體設置見表3。

2 結果與分析

2.1 DRC模式和標準模式測定Cr的比較

ICP-MS測定Cr時，基體中有機分子會隨樣品進入等離子體，在超高溫作用下電離釋放出C+離子。當等離子體進入采樣錐后，溫度急劇下降，部分C+與載氣Ar原子發生碰撞-誘導反應，生產ArC+離子。雖然發生反應的C+比例不高，但由于水基膠中C元素含量遠多于Cr，ArC+對Cr定量帶來的影響不可忽視。

DRC模塊由一套四極桿和反應腔構成，在腔體中通入CH4和NH3反應氣與干擾物質發生氣相化學反應，改變干擾多原子離子的質荷比，再利用四極桿選擇性將其除去。其反應效率高，選擇性強，可在去除大部分干擾離子的同時，提高信噪比、準確度和檢測限。由表4可知，標準模式下Cr測定結果偏高，而DRC模式測定結果較為準確。

2.2 工作曲線和檢測限

標準曲線采用強制過原點方式，線性相關系數均大于0.999 5，4種元素檢出限為0.015～0.057 μg/L，定量限達到0.050～0.191 μg/L（檢出限和定量限分別以空白樣品測定10次標準偏差的3倍和10倍計）。具體見表5。

2.3 方法回收率

選取2個樣品進行3梯度加標回收率測定，結果見表6。由表6可知，Cr、Ni、Cd、Pb加標回收率為83.0%～114.0%。

2.4 樣品測定

抽取6個水基膠樣品，測定后按X=（C-C0）×50/[（m×1 000）×（1-w）]計算樣品重金屬含量，式中X為樣品中重金屬濃度（μg/g），C為元素測定濃度（μg/L），C0為空白樣品測定濃度（μg/L），m為稱樣量（g），w為含水量，定容體積為50 mL，結果見表7。

由表7可知，所測樣品重金屬含量較低，未檢出Cd元素，Cr、Ni、Pb含量較低且均小于0.05 μg/g。

3 結論

建立了DRC-ICP-MS同時測定水基膠中Cr、Ni、Cd、Pb重金屬元素的方法，并對市購6個樣品進行測定。結果表明，DRC-ICP-MS法靈敏度高，檢出限低，加標回收率良好，分析速度快，適合水基膠中4種重金屬的檢測。

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