電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法與原子吸收光譜(AAS)法測定西洋參中的鎘

夏擁軍 曹文忠

（張家港出入境檢驗檢疫局，江蘇 張家港215600）

前言

對人和動物而言，鎘的所有化學形態都是有害的。在實際生產應用中，鎘作為油漆的著色劑，塑料的穩定劑，以及用于電鍍和鎘電池中。由于鎘具有很多良好的特性，使得鎘在熒光體、半導體、原子反應堆、航海和航空等方面有著廣泛用途。這些行業的發展又使得鎘進入了生物圈，導致土壤和環境中鎘含量增加。而環境中的鎘是不能生物降解的，其在體內的累積，人和動物就會產生鎘中毒現象[1]。

對于人體的組織和器官來說，鎘的危害是多方面的，首先是對肝臟和腎臟的危害，此外，鎘還能導致高血壓、貧血、肺水腫、骨軟化癥和嗅覺減退甚至喪失等病癥。1984年聯合國環境規劃署提出的《危害全球環境的化學物質和化學過程清單》中，鎘的危害性排在化學物質的第一位。目前我國對西洋參中鎘的最高允許濃度為0.3 mg/kg，所以，有必要對西洋參中鎘進行測定[2]。

目前鎘的主要分析方法有電感耦合等離子原子發射光譜（ICP-AES）法[3]，原子吸收光譜（AAS）法[4]，電感耦合等離子體-質譜（ICP-MS）法[5]等，這些方法各有其特點，但電感耦合等離子體質譜（ICPMS）法具有線性范圍寬、精密度好、準確度高，能同時分析多種元素等優點，近年來已廣泛地應用于食品、醫藥、水質、環境監測等領域中[6-8]。

本文利用電感耦合等離子體質譜法與原子吸收光譜法對西洋參中鎘的測定進行對比，發現兩種方法都具有操作簡單，準確度高、精密度好的特點，其中電感耦合等離子體質譜法與原子吸收光譜法相比，具有測定的線性范圍更寬，檢出限更低，精密度更好的優點[9]。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

NexION 300X型電感耦合等離子體質譜儀（美國PE公司），AA-800型原子吸收光譜儀（美國PE公司），MARS5型高壓密閉微波消解儀（美國CEM公司），超純水發生器（美國Millipore公司），AT201型電子天平（梅特勒-托利多公司）。硝酸（優級純，用超純水配成0.5 mol/L）；鎘標準儲備溶液（1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；銦內標溶液（100 mg/L，美國PE公司）。

國家標準物質：GBW10044四川大米，GBW10012玉米，地球物理地球化學勘察研究所。

實驗用水為超純水（電阻率應大于18.2 MΩ·cm）。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品制備

稱取制備好的西洋參樣品0.3～0.5 g（精確至0.000 1 g）于微波消解罐中，加入8 m L硝酸，按設定好的程序進行微波消解（見表1）。待消解完成后，將消解罐放入電熱趕酸裝置，150℃趕酸后至樣液剩余1 m L左右，用超純水洗滌3～4次，移入25 m L容量瓶中，用超純水定容至刻度，混勻后待測。同時做樣品空白實驗[10]。

表1 微波消解的溫度控制程序Table 1 Temperature control program of microwave digestion

1.2.2 樣品測定

1.2.2.1 電感耦合等離子體質譜法

電感耦合等離子體質譜儀最佳工作條件：高頻發射功率1 100 W，載氣流速0.87 L/min，輔助氣流速1.2 L/min，等離子氣流速10 L/min，樣品提升速率0.1 r/s，采樣深度7.5 mm，樣品提升量0.4 mL/min，氧化物比值＜0.06，雙電荷比值＜0.03，氦氣流速3.5 L/min。

用硝酸（0.5 mol/L）將鎘標準儲備溶液（1 000 mg/L）稀釋成1.0 mg/L的標準溶液。使用前移取適量的1.0 mg/L的標準溶液，用硝酸（0.5 mol/L）分別稀釋成1.0、2.0、5.0、10.0、20.0、50.0和100.0μg/L的標準系列工作溶液。在儀器最優的工作條件下繪制工作曲線，隨后測定空白溶液和樣品溶液。

1.2.2.2 原子吸收光譜法

原子吸收光譜儀工作條件：波長228.8 nm，光譜通帶寬度0.7 nm，燈電流5 m A，氘燈扣背景，進樣體積25μL，灰化溫度1 400℃，原子化溫度2 400℃，測量方法為標準曲線法。

標準系列工作溶液是移取適量的1.0 mg/L的標準溶液，用硝酸（0.5 mol/L）分別稀釋成1.0、2.0、4.0、8.0、12.0、16.0和20.0μg/L。在儀器最優的工作條件下繪制工作曲線，隨后測定空白溶液和樣品溶液。

2 結果與討論

2.1 電感耦合等離子體質譜儀的條件優化

電感耦合等離子體質譜法在測定時，干擾一般來源于雙電荷干擾、多原子干擾、氧化物干擾、基體效應干擾和物理效應干擾等方面。本實驗在參考文獻[11-12]的基礎上通過一系列預實驗，選取In為內標元素來校正基體效應和物理效應所造成的信號漂移。

2.2 原子吸收光譜儀的條件優化

2.2.1 燈電流的選擇

在一定范圍內，原子吸收的信號強度與燈電流的大小成正比，燈電流選擇過高，一方面會導致燈的使用壽命下降，另一方面會導致噪聲過高，不利于測定結果的準確性，而燈電流選擇過低，也會降低測定結果的靈敏度。因此，為了獲得較高的分析靈敏度和準確度，實驗選取燈電流為5 m A。

2.2.2 灰化溫度和原子化溫度的選擇

灰化溫度和原子化溫度較大地影響著分析的靈敏度和重現性。通過對鎘標準溶液（20.0μg/L）測定，實驗選擇進樣體積為25μL，灰化溫度選擇1 400℃、原子化溫度選擇2 400℃（見圖1、圖2）。

圖1 灰化溫度的影響曲線Figure 1 Influence of ashing temperature.

圖2 原子化溫度的影響曲線Figure 2 Influence of atomization temperature.

2.3 ICP-MS和AAS的標準曲線、相關系數、線性范圍和方法檢出限實驗

在優化的實驗條件下，采用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，分別對鎘的標準系列溶液和11份試劑空白進行測定，得到兩種不同方法下鎘的標準曲線、相關系數、線性范圍和方法的檢出限見表2。

表2 兩種方法的標準曲線、相關系數、線性范圍和檢出限對比試驗Table 2 Comparison of standard curve，correlation coefficient，linear range and detection limit of the two methods/(μg·L-1)

2.4 ICP-MS和AAS的準確度和精密度實驗

為了驗證兩種方法結果的準確性和重現性，采用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，分別對國家標準物質玉米（GBW10012）和四川大米（GBW10044）中鎘進行測定，結果如表3所示，用電感耦合等離子體質譜法測定的精密度在2.5%～3.3%，用原子吸收光譜法測定的精密度在3.1%～4.5%。兩種測定方法的測定結果與標準值基本接近，準確度和精密度都能滿足測定要求。

2.5 ICP-MS和AAS的加標回收實驗

為了驗證兩種方法的準確度，對西洋參樣品進行了加標回收實驗。分別在樣品中加入1.0、5.0、10.0μg/L的3個濃度水平的鎘標準溶液，經過消解處理后，上儀器測定，計算加標回收率，結果如表4所示，用電感耦合等離子體質譜法測定的加標回收率在93.0%～101%，用原子吸收光譜法測定的加標回收率在87.0%～92.2%。

表3 利用國家標準物質驗證分析值和精密度試驗Table 3 Test and analysis of national standard substance /(μg·kg-1)

表4 兩種方法的加標回收實驗結果Table 4 Results of spiked recoveries of the two methods /(μg·L-1)

2.6 實際樣品中兩種方法的測定結果對比

選取5種不同的西洋參，分別采用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法和原子吸收光譜（AAS）法，對樣品中的鎘進行測定，結果如表5所示，用電感耦合等離子體質譜法測定的精密度在2.1%～3.6%，用原子吸收法測定的精密度在3.0%～4.9%。

表5 樣品中鎘的測定結果和精密度對比Table 5 Comparison of test results and precision of cadmium in samples /(μg·kg-1)

3 結論

對電感耦合等離子體質譜法與原子吸收光譜法測定西洋參中鎘進行對比，兩種方法都具有操作簡單，準確度高、精密度好的特點，均可運用于西洋參的日常檢測。相比較而言，與原子吸收光譜法相比，電感耦合等離子體質譜法具有更寬的測定范圍，檢出限更低，精密度更好的優點，但該儀器購買費用較高，運行和維護成本也較大。

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