ICP-MS測定食品原料中微量硒

聶 剛， 李忠宏， 杜雙奎， 朱占燁

（1.西北農林科技大學食品科學與工程學院，陜西 楊凌 712100；2.農業部食品質量監督檢驗測試中心（楊凌），陜西 楊凌 712100）

0 引 言

硒是人體必需微量元素。硒對人體具有延緩衰老、增強免疫力、防癌抗癌等功效。現已證實人體的多種疾病均與體內缺硒有關[1]。隨著對硒生物學功能的深入研究，硒的測定方法已成為分析化學領域的研究熱點。目前硒的測定方法有分光光度法[2]、電化學法[3]、催化動力學法[4]、原子光譜法[5]、原子熒光法[6]和ICP-MS 法[7]等。

電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法具有靈敏度高、干擾小、檢出限低等優點，已被廣泛應用于醫學、冶金、食品等領域。由于硒元素具有較高的電離能，在氬氣等離子體中電離程度相對較低，且存在嚴重的氬多原子離子的干擾，導致ICP-MS檢測硒的能力大大降低。近幾年，硒的ICP-MS法研究主要是選擇豐度較高的硒同位素80Se或78Se測定，利用碰撞反應技術消除質譜干擾，從而提高硒元素的檢測能力[7-9]。碰撞反應模式下測定硒，不僅需要額外的碰撞反應氣體H2、He、CH4等，同時需要耗時對儀器參數進行摸索和優化才能獲得滿意的測定結果，因此有一定的局限性。大量研究表明含碳有機物能對As、Se、Hg等元素分析信號產生顯著的增敏作用[10-12]。在普通模式下，利用基體改進劑增強硒的分析信號成為提高硒元素分析能力的一種新途徑。含碳有機物對元素分析信號增敏的機理主要有以下解釋，Allain等[10]認為有機物中碳的存在使等離子體中離子的生成過程發生了變化。Larsen等[11]認為有機物使電離電位較高的原子將電子轉移到碳原子或含碳多原子離子上，從而增加元素在等離子體中的電離度。李冰等[12]認為有機物改變了溶液的物理特性，提高溶液的霧化效率。本文選用豐度較低77Se測定，以2%（V/V）乙醇作為基體改進劑，建立了食品原料中微量硒的測定方法，該法干擾小，檢出限低，結果準確可靠，可為食品原料中微量硒的測定提供參考。

1 實驗部分

1.1 儀器和材料

ICP-820MS電感耦合等離子體質譜儀，美國瓦里安公司；Mars 5微波消解儀，美國CEM公司；DR-40石墨消解器，北京盈安美誠儀器公司；Milli-Q50超純水系統，美國Millpore公司。

硒元素標準溶液、釔元素內標貯備液均為1000mg/L，購于國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸、雙氧水（分析純），購于上海國藥化學試劑有限公司；實驗用水均為超純水。

豬肉國家標準物質GBW08552，中國科學院上海原子核研究所；圓白菜國家標準物質GBW10014，地球物理地球化學勘查研究所。

1.2 樣品處理

準確稱取約0.2～0.5 g試樣（準確至0.000 1 g），置于干凈的聚四氟乙烯（PTFE）高壓消解罐中，加入5mL硝酸和1mL雙氧水，加蓋，放入微波消解儀中120℃保持5min，160℃保持5min，185℃保持25min進行加熱消解。消解結束后冷卻至室溫，緩慢打開蓋子，置于石墨消解爐上150℃趕酸到消解液體積約1mL，冷卻，用超純水洗劑3～4次，將消解液全部轉移至25mL干凈的容量瓶中，定容混勻。空白處理同上。

1.3 標準曲線和內標配制

用2%硝酸介質將元素硒標準貯備液（1000mg/L）逐級稀釋， 配制成 0，1，2，5，10，20，50μg/L 的標準系列；用2%硝酸介質將元素釔的內標貯備液（1000mg/L）逐級稀釋成1000μg/L內標溶液,乙醇基體改進劑添加到內標溶液中，內標采用三通在線加入。

1.4 儀器工作參數

優化儀器工作參數，使儀器靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等指標達到測定要求后，進行測定。普通模式工作參數為：功率1 400 W；等離子氣流量18L/min；輔助氣流量1.0L/min；殼氣流量0.12L/min；采樣深度7.5mm；掃描模式為跳峰；積分時間0.05s。

2 結果與討論

2.1 乙醇基體濃度對硒信號的影響

在最佳儀器工作參數條件下，高濃度的乙醇基體溶液會消耗過多等離子體能量，因此實驗考察了1%～8%乙醇基體對硒分析信號的影響（見圖1）。隨著乙醇濃度的增加，硒信號不斷增強，在2%乙醇濃度時達到最大，之后呈逐漸減低趨勢，超過7%乙醇基體會對硒信號產生抑制作用，這與胡兆初等[13]研究結果基本一致。從圖1可以看出，對于10μg/L硒溶液，加入2%乙醇作為基體改進劑，硒的分析信號強度增加3倍以上，這表明利用乙醇基體改進劑來提高硒的分析能力是可行的。

圖1 乙醇基體濃度對硒信號強度的影響

2.2 硒同位素的選擇

實驗采用2%（V/V）乙醇作為基體改進劑，Y元素作內標，分別選擇77Se和82Se測定國家標準物質圓白菜和豬肉中的硒含量（見表1）。結果顯示，選擇同位素77Se和82Se的測定值與標準值都能較好地吻合，表明選擇77Se或82Se測定均能滿足硒分析的一般要求。在同位素的選擇時，通常以優先選擇最大豐度值為原則，避免多原子干擾和同量異位素重疊。普通模式通常選擇豐度相對較高的82Se測定，其受到82Kr同量異位素干擾，利用干擾方程82Se=[82]-1.009×[83]消除。實驗中通過對高純氬中83Kr的監測發現，83Kr的計數值一般在400cps以上，與1～2μg/L硒的計數值相當，計數值相對偏差較大（RSD＞5%，n=5），表明83Kr所受干擾隨機性大，內標校正較差。77Se豐度相對稍低，其受到氬多原子離子干擾小。從干擾方程可知，在測定低濃度硒溶液時，理論上選擇77Se要優于82Se。

表1 標準物質的測定結果

2.3 標準曲線的線性范圍

在0～50μg/L硒標準溶液范圍內，分別選擇77Se和82Se測定繪制標準曲線（見圖2）。由圖可知，兩者的相關系數均在0.9999以上，表明在上述濃度范圍線性相關較好。由于77Se和82Se豐度相差較小，從線性擬合方程來看，兩條曲線斜率也相差較小，表明選擇77Se和82Se的分析靈敏度基本接近。

圖2 硒標準曲線

2.4 準確度和精密度

由于儀器穩定性及干擾物的存在，方法準確度和精密度需要用不同含量水平試樣進行驗證。實驗以標準物質圓白菜為試樣，對不同濃度水平溶液的準確度和精密度進行測定。準確稱取0.5 g（準確至0.0001g）試樣進行消解，分別定容至 10，25，50，100，200mL，對應溶液的濃度約為 10，4，2，1，0.5μg/L，每個濃度做6個平行，測定結果見圖3。由圖可知，當溶液質量濃度在2 μg/L以上時，選擇77Se和82Se的測定值的準確度均能達到要求，當測定溶液質量濃度低于2μg/L時，82Se的測定值偏高，而77Se測定值與標準值仍能較好的吻合。測定結果的精密度顯示，隨著測定溶液濃度降低，82Se測定精密度（RSD,n=6）變大，當測定溶液質量濃度低于2μg/L時，精密度均大于5%，表明干擾方程對低水平濃度硒溶液校正偏差較大，從而影響硒的準確測定。77Se由于受到的干擾小，在以上溶液濃度范圍內測定結果精密度均小于5%，表明選擇77Se測定結果穩定可靠，尤其是對低水平硒含量樣品的分析。

2.5 檢出限和加標回收

圖3 不同質量濃度溶液的測定結果

測定11份平行空白溶液中的硒，按照檢出限計算公式LOD=3σ/K（σ為11次測定的標準偏差，K為標準曲線斜率）計算出方法檢出限。77Se和82Se測定的方法檢出限分別為0.87ng/g和2.8ng/g，顯然，77Se的檢出限要明顯高于82Se。從以上可知，雖然82Se比77Se靈敏度稍高，但82Se在測定過程中需要方程校正，且在低濃度時內標校正偏差較大，而77Se受到的干擾小，因此出現77Se檢測能力反而高于82Se的現象。采用大米試樣進行加標回收試驗（見表2），回收率為 98.1%～106.0%，結果滿意。

表2 加標回收率

2.6 實際樣品分析

應用以上建立的硒的測定方法，對送檢的糧食、肉類、蔬菜、水果等多種食品原料樣品進行了分析，實驗結果滿意，表3列出常見的8種食品原料試樣的測定結果。

表3 實際樣品分析

3 結束語

本文建立了基于同位素77Se、乙醇基體改進電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）直接測定食品原料中微量硒的方法。實驗結果表明該方法干擾小，無需方程校正和額外的碰撞反應氣體，測定結果準確可靠，具有簡便、快速、靈敏、準確、消耗小等優點，可滿足食品原料中微量硒的測定。

[1] Margaret P R.Seleniμm and hμman health（Review）[J].Lancet，2012（379）：1256-1268.

[2] 朱鴨梅，崔群，王海燕.紫外分光光度法測定硒氧化過程的二氧化硒[J].分析實驗室，2010，29（10）：60-63.

[3] 張存蘭，丘玉娥，于相彬.電化學法分析茶葉中的硒[J].化學分析計量，2007，16（6）：46-48.

[4] 徐卉，賀萍.催化褪色光度法測定海洋生物中的痕量硒[J].分析化學，2003，31（10）：1244-1246.

[5] Ati-Hellal M E， Hellal E， Hedhili A.Application of plachett-burman and doehlert designs for optimization of selenium analysis in plasma with electrothermal atomic absorption spectrometry[J].Clinical Biochemistry，2014（47）：95-100.

[6] Zhang N，Fu N，Fang Z T，et al.Simultaneous multichannel hydride generation atomic fluores cence spectrometry determination ofarsenic， bismuth， tellurium and selenium in tea leaves[J].Food Chemistry，2011，124（3）：1185-1188.

[7] Khan N，Jeong I S，Hwang I M，et al.Method validation for simultaneous determination of chromium,molyb denum and selenium in infant formulas by ICP-OES and ICP-MS[J].Food Chemistry，2013，141（4）：3566-3570.

[8] 張萍，謝華林，劉宏偉，等.ORS-ICP-MS測定食用植物油中的多種微量元素[J].中國糧油學報，2014，29（7）：108-110.

[9] Guo W，Hu S W，Wang Y，et al.Trace determination of selenium in biological samples by CH4-Ar mixed gas plasma DRC-ICP-MS[J].Microchemistry Journal，2013（108）：106-112.

[10]Allain P， Jaunault L， Mauras Y.Signal enhancement of elements due to presence of carbon-containing compounds in inductively coupled plasma mass spectrometry[J].Analytica Chimica Acta，1991，63（14）：1497.

[11]Larsen E H，Sturup S.Carbon-enhanced inductively coupled plasma mass spectrometric detection of arsenic and selenium and its application to arsenic speciation[J].Journal of Analytical Atomic Spectrometry，1994，9（10）：1099-1105.

[12]李冰，尹明.乙醇在電感耦合等離子體質譜中的增強效應研究[J].光譜學與光譜分析，1995，15（5）：35-40.

[13]Hu Z C， Hu S H， Gao S， et al.Volatile organic solvent-induced signal enhancements in inductively coupled plasama-mass spectrometry： a case study of methanol and acetone[J].Spectrochim Acta： part B，2004（59）：1463-1470.