電感耦合等離子-質(zhì)譜法測(cè)定飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛

■黃建立 林 滉 陳凌鋒

（福建省糧油質(zhì)量監(jiān)測(cè)所，福建福州350012）

隨著飼料工業(yè)的快速發(fā)展，人們對(duì)飼料質(zhì)量安全關(guān)注度越來(lái)越高，而飼料中元素含量在飼料質(zhì)量中占據(jù)了重要的位置[1-2]。一類元素是動(dòng)物維持正常生理機(jī)能所必需的物質(zhì)，如適量的鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、硒等元素，可以促進(jìn)動(dòng)物生長(zhǎng)、發(fā)育、免疫、生殖等正常生理功能[3]，但如果缺乏或者過(guò)量則會(huì)引起動(dòng)物的健康問(wèn)題[4-5]；另一類元素如砷、鎘和鉛，只要較低含量就會(huì)引起動(dòng)物的中毒[6]，在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB 13078—2017飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》[7]中對(duì)這些元素的限量做出了明確的規(guī)定。目前，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用原子吸收火焰法測(cè)定鈉、鎂、錳、鐵、銅、鋅的含量[8]；應(yīng)用原子吸收石墨爐法測(cè)定鉻[9]、鎘[10]和鉛的含量[11]；應(yīng)用原子熒光法測(cè)定砷[12]和硒[13]的含量。但原子吸收和原子熒光線性范圍較窄，樣品溶液需要經(jīng)過(guò)多次稀釋才能上機(jī)分析，且各種元素需要逐項(xiàng)分析，耗時(shí)多，檢測(cè)速度慢，無(wú)法滿足大型飼料企業(yè)和飼料監(jiān)管部門對(duì)元素分析檢測(cè)需要，迫切需要開(kāi)發(fā)一種準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、快速的分析儀器應(yīng)用于飼料日常檢測(cè)之中。

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）是20世紀(jì)80年代興起的元素儀器分析方法，能夠同時(shí)檢測(cè)物質(zhì)中的多種金屬元素和非金屬元素[14-19]，線性范圍寬，且方法的檢測(cè)限低，本試驗(yàn)研究應(yīng)用ICP-MS法測(cè)定飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛11 元素的含量，為飼料質(zhì)量安全評(píng)估提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 樣品

市售配合飼料。

1.2 儀器與試劑

儀器：7900 型電感耦合等離子質(zhì)譜儀（美國(guó)Agilent公司）；Multiwave PRO 微波反應(yīng)系統(tǒng)（奧地利Auton Paar 公司）；超純水機(jī)（EVOQUA 公司）；AB204-S電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）。

試劑：硝酸（優(yōu)級(jí)純，Merch 公司）；含10 μg/ml多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液（27 元素）（美國(guó)Agilent 公司）；含10 μg/ml Li、Y、Ce、Tl、Co 的ICP-MS 調(diào)諧液（美國(guó)Agilent 公司）；含10 μg/ml Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi 的內(nèi)標(biāo)溶液（美國(guó)Agilent 公司）；實(shí)驗(yàn)用水為超純水；高純氬氣（純度＞99.9%）；高純氦氣（純度＞99.9%）。

1.3 儀器工作條件

按照1.2 中的ICP-MS 調(diào)諧液對(duì)儀器條件進(jìn)行優(yōu)化，使儀器各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到測(cè)定要求，儀器參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 ICP-MS工作參數(shù)

1.4 樣品處理

配合飼料樣品用粉碎機(jī)粉碎過(guò)40 目篩后，稱取0.1 g左右飼料樣品，置于微波消解罐中，加入5 ml硝酸，置于電熱板中110 ℃預(yù)消解30 min，冷卻后，置于微波消解儀中，按表2的消解程序設(shè)定微波消解升溫步驟進(jìn)行消解，消解結(jié)束，放氣后置于電熱板中110 ℃趕酸80 min 至1 ml 左右溶液，用超純水定容20 ml，搖勻，制備成樣品1號(hào)，從樣品1號(hào)中移取1 ml，用超純水定容20 ml，搖勻，制備成樣品2 號(hào)，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)，備用。

表2 微波消解程序

1.5 系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

移取10 μg/ml 多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用3%的高純硝酸溶液配制鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛的質(zhì)量濃度為0、1、5、10、25、50、100、500、1 000 ng/ml的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法

試驗(yàn)比較高溫灰化、濕法消解和微波消解等方法。結(jié)果發(fā)現(xiàn)高溫灰化法會(huì)出現(xiàn)灰化不徹底或待測(cè)元素?fù)p失的現(xiàn)象；濕法消解法由于酸試劑用量大，導(dǎo)致溶液空白值高，同時(shí)存在消解時(shí)間長(zhǎng)，操作復(fù)雜等問(wèn)題。試驗(yàn)選擇以加入體積分?jǐn)?shù)為5 ml 體積分?jǐn)?shù)為65%的硝酸為消解試劑，采用微波消解法處理飼料樣品，既可以消除硝酸量過(guò)多在質(zhì)譜分析時(shí)所產(chǎn)生的酸效應(yīng)，也可以防止硝酸量過(guò)少則樣品消解不完全現(xiàn)象，縮短消解時(shí)間，獲得呈無(wú)色或淡黃色透明狀溶液。

2.2 樣品溶液的稀釋方法

試驗(yàn)方法所需測(cè)定的11 種元素在飼料樣品中的含量差異很大，不能在同一稀釋倍數(shù)下進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)前期試驗(yàn)優(yōu)化，配合本方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，確定了飼料的稱樣量為0.1 g 左右，用超純水定容20 ml，用于測(cè)定鉻、砷、硒、鎘、鉛、錳、銅和鋅的含量；再將溶液稀釋20 倍，用于測(cè)定鈉、鎂和鐵等高濃度元素的含量。通過(guò)這樣的稀釋處理，就可以通過(guò)一次的飼料樣品前處理后，測(cè)得所需的多種元素含量，簡(jiǎn)化試驗(yàn)的步驟，在大批量處理樣品時(shí)，提高試驗(yàn)的效率。

2.3 儀器工作參數(shù)的優(yōu)化

ICP-MS 點(diǎn)火穩(wěn)定一定時(shí)間后，用Li、Y、Ce、Tl、Co的ICP-MS調(diào)諧液調(diào)諧，優(yōu)化時(shí)以調(diào)諧元素的分辨率、靈敏度、質(zhì)量軸、氧化物和雙電荷產(chǎn)率為主要參考指標(biāo)，優(yōu)化后的儀器參數(shù)見(jiàn)表1。

2.4 ICP-MS干擾消除

在ICP-MS法分析中存在的干擾主要有質(zhì)譜干擾和非質(zhì)譜干擾。

2.4.1 質(zhì)譜型干擾

質(zhì)譜型干擾主要是同量異位素、多原子、雙電荷離子等質(zhì)譜干擾，針對(duì)同量異位素峰重疊引起的干擾，應(yīng)盡量選擇豐度大的同位素[20]，試驗(yàn)選擇儀器軟件推薦使用的同位素；同時(shí)針對(duì)多原子離子的干擾，通過(guò)扣除試劑空白進(jìn)行校正。

2.4.2 非質(zhì)譜干擾

非質(zhì)譜干擾主要源于飼料樣品的基體，稀釋樣品、內(nèi)標(biāo)校正是消除基體效應(yīng)最有效的方法[21]。試驗(yàn)通過(guò)ICP-MS 在線加入高、中、低、質(zhì)量數(shù)Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi內(nèi)標(biāo)溶液來(lái)監(jiān)測(cè)信號(hào)變化情況，并用內(nèi)標(biāo)法進(jìn)行定量，有效地消除了儀器的漂移，保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍與檢出限

本試驗(yàn)方法是采用美國(guó)Agilent 公司含10 μg/ml多元素標(biāo)準(zhǔn)貯備液（27元素），為了獲得簡(jiǎn)便的試驗(yàn)步驟，對(duì)飼料樣品進(jìn)行預(yù)測(cè)定，發(fā)現(xiàn)鉻、砷、硒、鎘和鉛的含量較低（＜10 ng/ml）；錳、銅和鋅的含量和稀釋20倍后的鈉、鎂和鐵均小于1 000 ng/ml。因此，在100 ng/ml范圍內(nèi)設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度1、5、10、25、50、100 ng/ml等6個(gè)點(diǎn)，滿足低濃度元素需要，而高濃度為500、1 000 ng/ml增大標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍。通過(guò)實(shí)際測(cè)得的各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性均較好（表3），滿足同一系列標(biāo)準(zhǔn)曲線的各元素測(cè)定需要。另外，各元素檢出限在0.557 7～5.072 ng/ml 之間，說(shuō)明儀器具有較高的靈敏度。

表3 11種元素的線性回歸方程及相關(guān)系數(shù)

2.6 方法的準(zhǔn)確性

2.6.1 加標(biāo)回收

通過(guò)對(duì)11 種元素進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率結(jié)果見(jiàn)表4。11 種元素的回收率范圍在88.1%～104.4%之間，回收率良好，能滿足測(cè)定要求。

2.6.2 分析方法比對(duì)

分別應(yīng)用本試驗(yàn)建立方法和國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的原子吸收（火焰法：Na、Mg、Fe、Cu、Zn；石墨爐法：Cr、Cd 和Pb）和原子熒光（As和Se）對(duì)飼料樣品中的11種元素進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表5。從表5的數(shù)據(jù)可知，本方法與原子吸收和原子熒光對(duì)飼料樣品中的11種元素測(cè)定結(jié)果相對(duì)偏差（RSD）均小于5%，且快捷方便，能滿足測(cè)定要求。

表4 加標(biāo)回收率

表5 分析方法比對(duì)

2.7 方法的精密度

根據(jù)本試驗(yàn)方法要求，對(duì)市售某飼料樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表6。

將飼料樣品溶液連續(xù)進(jìn)樣6次，通過(guò)ICP-MS分析，結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果顯示各元素的相對(duì)偏差（RSD）均小于5%，表明方法可滿足飼料中11種元素含量的分析要求。

表6 樣品的測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

本試驗(yàn)用微波消解-電感耦合等離子-質(zhì)譜法對(duì)飼料中鈉、鎂、鉻、錳、鐵、銅、鋅、砷、硒、鎘和鉛等11種元素進(jìn)行測(cè)定。通過(guò)優(yōu)化標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍和樣品溶液的稀釋比例，其測(cè)定結(jié)果與原子吸收和原子熒光對(duì)飼料樣品中的11種元素測(cè)定結(jié)果相近。本試驗(yàn)方法具有步驟簡(jiǎn)化、分析速度快、檢出限低、線性范圍寬、靈敏度高、精密度好和多種元素同時(shí)測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，能夠更好地滿足飼料樣品的測(cè)試需要。