電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定沙蟲中10種重金屬元素

韋慧強

(廣西欽州市生態環境局，廣西 欽州 535000)

前言

沙蟲，學名“方格星蟲”，主要生長于沿海泥沙中，盛產于北部灣的北海市及廣東的湛江等地，長約兩寸，狀若蘆芽，肉質脆嫩，味道鮮美，富含蛋白質、多肽成分和人體必需氨基酸，還有很高的食療價值，具有清肺健脾、降血壓、抗疲勞、延緩衰老等作用[1-3]，因而被譽為“海洋蟲草”。 沙蟲對周圍的生活環境要求非常高，一旦自己生長環境受到污染則很難成活，因而素有“環境標志生物”之稱。

目前，國內外學者對沙蟲中的營養成分及生物學特性研究比較多[4-7]，而對沙蟲中重金屬元素含量的研究卻鮮有報道[8]。實驗選取產于北部灣的沙蟲為研究對象，采用空白值低且較易控制的高壓密閉消解法[9]對沙蟲進行消解，然后采用高靈敏度、低檢出限電感耦合等離子體質譜法[10-14]對沙蟲肉及內臟中的重金屬元素含量及其分布狀況進行分析，以期為評價沙蟲樣品中的微量元素提供數據支撐，同時為進一步研究北部灣海域的環境問題提供必要的依據。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

Nexion 300X 電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)儀(珀金埃爾默儀器有限公司)；高壓密閉消解罐(內罐材質：聚四氟乙烯)；全自動器皿清洗系統(南京濱正紅儀器有限公司)；密理博超純水系統。

Pb、Tl、Cd、As、Cr、Ni、V、Cu、Sn、Sb多元素混合標準儲備溶液(1 000 mg/L，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，鍺、銦、鉍、鈧溶液(1 000 mg/L)，硝酸(優級純)，過氧化氫(優級純)，國家有證標準物質大蝦(GBW10050)。

1.2 儀器工作參數

電感耦合等離子體質譜儀最佳工作條件參數設定見表1。

1.3 樣品預處理及測定

將沙蟲的肉(肉用純水洗凈)與內臟分離，稱取樣品約0.5 g(精確至0.000 1 g)到消解內罐(經全自動器皿清洗系統洗凈)中，加入8.0 mL HNO3和2.0 mL H2O2，擰緊外罐后放入烘箱中加熱消解(100 ℃保持2 h，140 ℃保持2 h，170 ℃保持4 h)。消解完成后在電熱板上150 ℃左右趕酸至溶液剩余0.5 mL，消解液全量轉移至25 mL塑料容量瓶中，搖勻待測。用硝酸(5+95)溶液逐級稀釋多元素儲備溶液，配制成0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L系列(Pb、Tl、Cd、As、Cr、Ni、V、Cu、Sn、Sb)混合標準溶液，在線加入內標溶液，建立標準曲線。在最優化實驗條件下使用ICP-MS法測定沙蟲中的重金屬元素含量，同時做空白實驗和質控樣。

表1 儀器參數

2 結果與分析

2.1 干擾的消除

電感耦合等離子體質譜法測定元素的干擾通常分為兩大類：質譜干擾和非質譜干擾。質譜干擾通常指的是同量異位素、多原子、雙電荷離子的干擾(如表2所示)，為了消除這些干擾，實驗首先使用調諧液對儀器的各項參數進行優化，使其靈敏度及氧化物和雙電荷產生達到超痕量分析要求(目標參數：Be>3 000個/s ；Mg>20 000 個/s；In>50 000 個/s；U>40 000 個/s；CeO/Ce<2.5%；Ce+ +/Ce<3.0%)，其次在待測離子進入質量分析器前加入碰撞反應池技術(優化選定氦氣流量為5.0 L/min)，讓干擾離子與反應氣He進行碰撞改變其質量數，使得其原始飛行軌道發生偏移，從而達到去干擾的目的。非質譜干擾主要源于樣品基質及黏度，消除非質譜干擾的常用措施是對樣品進行稀釋或者使用內標法進行校正。實驗通過在線加入高中低質量數209Bi、115In、72Ge、45Sc內標溶液監測信號變動情況，用內標法定量，有效地克服了儀器的漂移，保證了測定的準確性。

表2 潛在的干擾

2.2 方法學考察

2.2.1 標準曲線及檢出限

在設定的儀器工作條件下，以1.0 mg/L鍺、銦、鉍、鈧溶液作為內標，依次對0、0.05、0.1、0.5、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg/L多元素系列混合標準溶液點進行測定，以待測元素的信號值(每秒計數)/內標元素信號值(每秒計數)的比值為縱坐標，待測元素質量濃度為橫坐標，建立標準曲線，結果如表3所示。表3結果顯示，各元素在0.05～50.0 μg/L范圍內線性關系較好，其線性相關系數均大于0.999，各元素的檢出限以11次空白溶液測定值所得標準偏差的3倍計算。結果表明，待測元素的檢出限為0.05～2.5 μg/kg。

2.2.2 方法準確度與精密度實驗

為了驗證方法的準確性，按實驗方法中的前處理方法對基質相近的標準物質大蝦(GBW10050)進行預處理并測定(n=6)，測定結果見表4，各元素的測定值均在標準物質標示值范圍內，相對標準偏差(RSD)為0.8%～3.8%。實驗結果說明方法具有良好的準確度和精密度。

表3 元素相關系數及檢出限

表4 大蝦標準物質(GBW10050)的測定結果

2.3 實際樣品測定

將沙蟲肉及內臟分離后采用高壓罐密閉消解后，消解液利用電感耦合等離子體質譜法測定其中的重金屬元素含量，結果如表5所示。由表5可知，沙蟲內臟中的重金屬元素普遍高于肉體中的含量。

2.4 沙蟲體內重金屬元素來源的探討

沙蟲生長所需的養分主要從土壤中獲取，而土壤中重金屬元素的來源通常有多種途徑，大致可以分為：自然源(即成土母質)和人類活動源。隨著全球工業的發展和城市化進程的提速，人類活動不斷加劇，頻繁使用各種含重金屬農用物質(農藥、肥料、塑料薄膜等)，這些物資經雨水的沖涮后最終會流入河流中。此外大量未經處理或者處理后未達標的工業污水(工礦活動產生的污水)、城市生活用水直接排進江河中，最終匯入大海，這些因素均可導致海底土壤重金屬含量上升。

綜合分析，沙蟲中重金屬除了來源于成土母質外，還可能來源于農用物資的使用以及工業污染及生活污水的不達標排放。

表5 樣品的測定結果

3 結論

實驗選用HNO3-H2O2溶樣體系對沙蟲樣品進行高壓密閉消解，消解液中的10種有害重金屬元素采用電感耦合等離子體質譜儀進行測定。檢出限及標準物質測定等實驗表明，方法準確度高、精密度好，適用于沙蟲中鉛、鎘、砷等痕量重金屬元素的快速檢測。