電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法同時測定蕎麥秸稈中的8種重金屬元素

寶貴榮 領 小 孟 和 圖雅日拉

(1．呼和浩特民族學院 化學與環境學院，呼和浩特010051；2.內蒙古大學 高分子化學與蒙藥研究所，呼和浩特010021)

蕎麥是雙子葉植物，蓼科(Polygonaceae)蕎麥屬(Fagopyrium)，生長在亞洲、歐洲、北美的許多國家，以及南美洲[1-2]。蕎麥通常分為甜蕎、苦蕎、翅蕎和米蕎，種植最廣泛的是苦蕎和甜蕎。我國有內蒙西部陰山丘陵白花甜蕎產區、內蒙東部白花甜蕎產區、陜甘寧紅花甜蕎產區、中國西南(川、貴、云)苦蕎產區等四大蕎麥產區。蕎麥具有很高的藥用和營養價值[3]，富含有淀粉、蛋白質、維生素、天然肌醇、黃酮、礦物質、膳食纖維、花青素等活性成分有益健康[4]。蕎麥全身是寶，莖葉、秸稈和外殼米面無一廢棄物。其中蕎麥秸稈是蕎麥的重要組成部分，長度60～100 cm，含有花青素等色素[5]。蕎麥秸稈少部分在冬季飼料短缺時應用于家畜飼料外，大部分秸稈丟棄在田間以填埋或者焚燒，這樣既造成了生物質自然資源的嚴重消耗和浪費，也污染了環境[6-8]。因此，蕎麥秸稈中的重金屬含量勢必會影響牲畜所攝入體內和進入土壤中的重金屬含量。蕎麥秸稈中重金屬含量測定研究未見報道，本文采用馬弗爐-微波消解-ICP-MS結合同時測定蕎麥秸稈中8種重金屬元素。優化不同酸組合對重金屬含量測定的影響，在此基礎上利用馬弗爐和馬弗爐+微波消解法進行消解處理比較研究并篩選出最佳樣品前處理技術。實驗結果表明，內蒙古通遼市奈曼地區蕎麥秸稈中8種重金屬元素含量均不超標。該技術對蕎麥秸稈的資源化和安全性提供科學依據。

1 實驗部分

1.1 儀器、樣品和試劑

DHG-9240A電熱恒溫鼓風干燥箱(上海齊欣科學儀器有限公司)、GX-25 1250克多功能粉碎機(浙江高鑫工貿有限公司)、JA5003分析天平(上海天平儀器廠)、元析METASH微波消解儀(MWD-520)、馬弗爐(包頭云捷電爐廠)、電熱板。

蕎麥產地為內蒙古通遼市奈曼地區，蕎麥秸稈于蕎麥籽實成熟收獲后刈割，自然曬干。氫氟酸、過氧化氫、濃硝酸和濃鹽酸均分析純，購買于北京化工廠；實驗用水為超純水；標準混合溶液和內標溶液購自Agilent 公司。

1.2 儀器測試條件

微波消解儀工作條件如表 1 所示。

Agilent Technologies 7900 ICP-MS，儀器工作條件射頻功率 1 500 W、蠕動泵轉速60 r /min、載氣體積流量0.8 L/min、霧化氣體積流量14 L/min、輔助氣體積流量0.8 L/min、測定時間30 s、采樣深度8 mm、采樣點3 次、積分時間0.10 s、氧化物含量1.37%、雙電荷含量 1.49%，全定量分析模式。

1.3 樣品的準備

蕎麥秸稈沖洗兩遍后，浸泡2 h去除表面塵土及葉片等雜質，之后撈出平放在鐵盤上，將其置于65 ℃的干燥箱內干燥4 h，中途拿出來翻轉一次，使其受熱均勻，得到充分干燥。將干燥好的蕎麥秸稈剪成4～5 cm長的小段，粉碎后過380 μm篩，得到蕎麥秸稈粉末，將其放置密封袋中待用。

1.4 測定方法

稱取3.00 g 處理好的蕎麥秸稈，電熱板上炭化至無煙，在馬弗爐中500 ℃加熱2 h。將該樣品倒入四氟乙烯微波消解罐中，加10 mL濃硝酸、濃鹽酸、氫氟酸(6∶2∶2體積比)混酸，晃動幾次，封閉過夜。搖勻消解罐，放入微波爐腔內，按表1參數設定升溫程序進行消解。消解完畢取出，消解罐在室溫冷卻，用 5%的硝酸溶液沖洗上蓋內側及消解罐內側后移至燒杯，用電熱板150 ℃加熱30 min 趕酸。冷卻后轉移至100 mL 容量瓶以硝酸(5%)定容，待測。同時做空白對照實驗。所有樣品用0.22 μm 濾膜過濾后ICP-MS 法測定濃度。

1.5 標準曲線的繪制

準確移取10 mg/L混合標準儲備液適量，用硝酸(5%)稀釋制成0、10、20、30、50、100 μg/L(質量濃度的混合標準溶液)。重金屬的質量濃度為橫坐標，以重金屬與內標元素計數值為縱坐標，繪制標準曲線。

2 實驗與討論

2.1 選擇不同酸體系

準確稱取3.00 g(精確至0.000 1 g)蕎麥秸稈，置于微波消解罐中，分別加入5組混合酸體系(見表2)，溶液總量10 mL。蕎麥秸稈在消解罐中浸泡12 h，按表1的參數設定升溫程序進行消解。消解完畢在室溫冷卻，用硝酸溶液(5%)沖洗上蓋內側及消解罐內側后移至燒杯并用電熱板150 ℃加熱30 min趕酸。冷卻后，將樣品轉移至100 mL 容量瓶，以硝酸(5%)定容，搖勻待測。各組做空白對照實驗，以電感耦合等離子體質譜法測定含量。實驗結果表明，第4組組合酸的實驗結果優于其他不同酸組合，因此后期實驗用第4組酸組合處理蕎麥秸稈。

表2 消解蕎麥秸稈的不同酸組合

2.2 選擇不同消解方法

蕎麥秸稈的組成復雜、有機物含量高，機體干擾較大，因此無機物的分析成敗一定程度上受限于樣品的消解方法。本文對兩種不同的消解方法進行比較。

干灰化法：準確稱取3.00 g(精確至0.000 1 g)蕎麥秸稈樣品置于坩堝中，在電熱板上炭化至無煙，再在馬弗爐中500 ℃加熱2 h，冷卻后加入HNO3溶液(5%)定容至100 mL。

馬弗爐+微波消解法[9-10]：準確稱取3.00 g(精確至0.000 1 g)蕎麥秸稈樣品置于坩堝中，在電熱板上炭化至無煙，于馬弗爐中500 ℃加熱2 h，冷卻后加入最佳酸溶液組合。該樣品按照微波消解步驟處理，待測。

實驗結果表明，馬弗爐+微波消解的實驗結果最佳。

2.3 方法學研究

在優化條件下，分析線性范圍、標準曲線、檢出限、精密度和計算加標回收率。儀器分析過程中內標管應始終插在內標液中，進樣針依次由低濃度到高濃度對標準溶液(包括空白)進行測定。結果見表3，在線性范圍內8種重金屬元素有良好的線性關系，相關系數大于0.999。空白溶液平行5次測定，以3倍的標準偏差計算重金屬的檢出限，結果見表3。蕎麥秸稈溶液加標回收實驗，計算加標回收率，對同一樣品測定5次計算相對標準偏差，見表3。結果表明該方法具有良好的精密度。

表3 各元素的標準曲線、檢出限、定量限結果

2.4 蕎麥秸稈中重金屬元素含量的測定

在上述方法學考察的基礎上，按ICP-MS的最佳優化測試參數，采用標準曲線法測定蕎麥秸稈溶液中的重金屬元素含量，結果見表4。實驗結果顯示蕎麥秸稈中重金屬含量不高[11]，可以作有機肥料。飼料加工過程中加入蕎麥秸稈降低重金屬元素含量，使得蕎麥秸稈牲畜飼料的綜合利用提供了良好的數據支持。

表4 蕎麥秸稈中重金屬元素含量

3 結論

優化混和酸消解技術和不同消解體系，建立馬弗爐-微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定蕎麥秸稈中的8種重金屬元素含量的方法。方法操作簡便、靈敏度高、具有良好的精密度。該技術對蕎麥秸稈中重金屬元素含量測定提供了有價值的實驗方法，具有一定的理論和實際應用價值。