微波消解-電感耦合等離子體質譜(ICP-MS)法測定擬黑多刺蟻中11種微量元素

古行乾 李光明 曾志平 施意華 唐碧玉 張征蓮

(1.中國有色桂林礦產地質研究院有限公司，廣西 桂林 541004；2.中檢集團理化檢測有限公司，上海 200040)

擬黑多刺蟻是螞蟻品種中一種食藥兩用的昆蟲，富含氨基酸、維生素、不飽和脂肪酸、生物堿和組織胺等多種生物活性物質，可用于增強人體免疫力或預防多種疾病[1-2]。近幾十年來，隨著各類活性物質不斷被發現及分析定量[3-4]，以擬黑多刺蟻為主體的保健食品和藥品逐步上市，在骨關節疾病、泌尿系統疾病、消化系統疾病、神經免疫系統等疾病均有臨床應用[5-7]。但是螞蟻屬于依靠陸地生活的動物，其體內微量元素的含量，特別是重金屬含量受到生存環境的影響[8]，因此，準確定量分析擬黑多刺蟻體內微量元素的含量，對其制品的應用有重要意義。

電感耦合等離子體質譜儀是目前應用廣泛的元素分析儀器之一，相對于分光光度計、原子吸收光譜儀和電感耦合等離子體發射光譜儀，其具有線性范圍廣、檢出限低、靈敏度高、多元素同時檢測等諸多優點，已廣泛應用于地質礦產、冶金冶煉、環境監測、農產品檢測、食品醫藥和功能材料等領域的分析檢測[9-14]。本實驗采用微波消解法，以HNO3-H2O2混合酸為消解體系進行樣品前處理，在KED模式下以Rh為內標測定Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr和Cd，以Re為內標測定Hg和Pb，建立了電感耦合等離子體質譜法測定擬黑多刺蟻中11種微量元素的方法。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

iCAP RQ型電感耦合等離子體質譜儀(ICP-MS，美國賽默飛世爾科技有限公司)，MASTER 40型微波消解儀(上海新儀微波化學科技有限公司)，ECH-20型控溫加熱板(上海新儀微波化學科技有限公司)，FA1004型萬分之一電子天平(上海舜宇恒平科學儀器有限公司)，艾柯Exceed系列超純水機(成都唐氏康寧科技發展有限公司)。

鉻、錳、鎳、銅、鋅、砷、硒、鍶、鎘、汞、鉛和金單元素標準溶液(1 000 μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)，ICP-MS交叉校正專用溶液(美國賽默飛世爾科技有限公司)，硝酸、過氧化氫均為電子級，實驗用水為超純水(電阻率>18.25 MΩ·cm)。

ICP-MS調諧液(美國賽默飛世爾科技有限公司)：含Be、Li、Co、In、U的質量濃度均為1.00 μg/L，以2% HNO3(V/V)為介質。

1.2 儀器工作條件

電感耦合等離子體質譜儀點火并開啟高純He氣流吹掃碰撞反應池，經30 min穩定后，使用調諧液進行儀器工作條件優化。優化后的儀器工作條件為：射頻功率1 550 W，采樣深度6.0 mm，等離子氣流量14.0 L/min，輔助氣流量0.80 L/min，載氣流量1.020 L/min，He流量4.83 mL/min，蠕動泵速40 r/min，氧化物產率(140Ce16O+/140Ce+)<0.2%，掃描方式為跳峰，3點測量，積分時間15 s。

1.3 混合標準溶液系列

將Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb單元素標準溶液用8% HNO3(V/V)逐級稀釋，以2 mg/L Au為Hg保護劑，配制成混合標準溶液系列，各元素質量濃度見表1。

表1 混合標準溶液系列Table 1 Mixed standard solution series /(μg·L-1)

1.4 實驗方法

稱取0.25 g樣品(精確至0.000 1 g)，置于微波消解罐中，加入4 mL硝酸，搖勻后放置在控溫電熱板上，100 ℃預消解30 min，取下稍冷，再加入2 mL硝酸和1 mL過氧化氫，蓋好密封蓋后，按照微波消解程序消解(見表2)。消解完成后取出消解罐，放置在控溫加熱板上，于95 ℃加熱，待棕黃色煙冒盡后取下冷卻，將消解液轉移至25 mL比色管中，用超純水定容至刻度，搖勻后待測。隨同實驗做雙份空白實驗。

表2 微波消解程序Table 2 Procedure of microwave digestion

2 結果與討論

2.1 樣品前處理方式的選擇

食品和藥品的樣品前處理方式主要有干灰化法、敞開濕法消解、高壓密閉消解法和微波消解法。干灰化法的操作步驟繁瑣、耗時長，碳化灰化的灼燒過程會出現樣品飛濺，高溫灰化過程會造成As、Hg等元素的損失；敞開濕法消解的試劑消耗量大，空白值高；高壓密閉消解法是在密閉系統中進行樣品消解，具有試劑消耗量小、空白值低的優點，但消解流程耗時長；微波消解法也是一個密閉消解系統，消解時間短、試劑用量少、空白值低，所檢測的元素也不易損失，準確性好。螞蟻樣品中油脂、蛋白質等有機物含量高，以HNO3-H2O2為消解體系，當樣品為0.25 g時，加入4 mL HNO3預消解樣品，再補加2 mL HNO3和1 mL H2O2進行微波消解，樣品消解完全，消解液無色透明清亮，無殘余物及沉淀。因此，實驗選擇微波消解法為樣品前處理方法，HNO3-H2O2為消解體系。

2.2 趕酸溫度及時間的選擇

待測元素Pb是易受環境因素影響的元素，實驗流程長會導致Pb的空白值顯著變高；待測元素Hg是易揮發元素，趕酸溫度過高會造成Hg的損失，導致測定值偏低。實驗設計了趕酸溫度與趕酸時間的正交實驗，流程空白與擬黑多刺蟻樣品經微波消解后，分別在不同的溫度及時間條件下進行趕酸實驗，并分別測定空白溶液中的Pb和樣品消解液中的Hg，正交實驗條件見表3，實驗結果見圖1。實驗結果表明，當趕酸溫度為95 ℃，趕酸時間為40 min時，空白溶液中Pb及樣品消解液中Hg的測定值處于最佳狀態。

表3 正交實驗條件Table 3 Orthogonal test conditions

圖1 趕酸溫度及時間對Hg、Pb測定結果的影響Figure 1 Influence of acid driving temperature and time on the determination results of Hg and Pb.

2.3 干擾與消除

ICP-MS測定過程的干擾分為質譜干擾和非質譜干擾兩類。質譜干擾主要來源于由同質異位素、金屬氧化物離子、雙電荷原子離子以及多原子離子產生的質量數重疊干擾，通?？梢圆扇∵x用不同的元素同位素、使用碰撞/反應模式(如KED模式)、采用數學校正等方法消除此類干擾。待測元素受到的質譜干擾主要有：52Cr+受到40Ar12C+、40Ca12C+的干擾，75As+受到40Ar35Cl+的干擾，80Se+受到40Ar40Ar+的干擾。實驗結果表明在KED模式下，儀器的背景干擾遠低于常規模式，可以達到消除質譜干擾的目的。同時，全流程實驗結果表明KED模式下，52Cr和75As受到的質譜干擾基本得到消除；但80Se即使在KED模式下，仍受到質譜干擾的影響，因此選用Se的第二豐度同位素78Se為目標同位素。非質譜干擾主要是基體效應和儀器漂移，可以通過采用內標法來校正。根據同位素豐度高、干擾因素少的原則選擇待測元素同位素，同時以電離度相似、質量數接近為內標選擇條件，本實驗在KED模式下以103Rh為內標測定52Cr、55Mn、60Ni、63Cu、66Zn、75As、78Se、88Sr和111Cd，以185Re為內標測定202Hg和208Pb。

2.4 校準曲線、方法檢出限與方法定量限

在優化后的儀器工作條件下，用ICP-MS對配制的11種元素混合標準溶液系列進行測定，并繪制校準曲線；按照實驗方法處理全流程空白溶液并連續測定11次，同時根據試樣稀釋因子，計算各元素的標準偏差(S)，以3S對應的質量濃度為各元素的方法檢出限(LOD)，并以3倍的LOD為方法定量限(LOQ)。各元素的標準曲線相關系數、方法檢出限和方法定量限見表4。

表4 曲線相關系數、方法檢出限和方法定量限Table 4 Curve correlation coefficient，limit of detection and limit of quantitation

2.5 精密度實驗

按照實驗方法，對同一擬黑多刺蟻樣品進行9次獨立溶樣，用ICP-MS測定各元素的含量，進行方法精密度實驗，測定結果和相對標準偏差(RSD)見表5。實驗結果表明，各元素的相對標準偏差為1.2%～5.5%。

表5 方法精密度結果Table 5 Results of method precision(n=9)

2.6 準確度實驗

2.6.1 擬黑多刺蟻樣品加標回收實驗

稱取同一擬黑多刺蟻樣品各三份，分別按表6中的加標量加入待測元素標準溶液，按照實驗方法溶樣，進行全流程加標回收實驗。以精密度實驗中的平均值為樣品含量值，計算各元素的加標回收率，結果見表6。實驗結果表明，各元素的加標回收率在91.2%～107%。

表6 加標回收實驗結果Table 6 Results of recovery experiments

2.6.2 標準物質的測定

因無市售的螞蟻成分分析標準物質，采用人發粉成分分析標準物質(GBW07601)和柑橘葉成分分析標準物質(GBW10020)進行全流程實驗，結果見表7。實驗結果表明，兩種標準物質中11種待測元素的測定結果均在標準值允許差范圍內。

表7 標準物質測定結果Table 7 Determination results of reference materials /(mg·kg-1)

2.7 實驗室比對實驗

在不同的時間，由實驗室A和實驗室B分別稱取同一產地擬黑多刺蟻樣品，按實驗方案溶樣后，用ICP-MS測定各待測元素的含量，進行實驗室間比對實驗，測定結果見表8。實驗結果表明，實驗室間比對實驗的相對偏差在-3.15%～2.74%。

表8 實驗室間比對實驗結果Table 8 Results of comparative tests in different laboratories

2.8 不同產地螞蟻樣品分析

分別選取大興安嶺、吉林長白山、廣西橫縣、廣西桂林、云南保山和云南文山等六個地區的擬黑多刺蟻樣品，按實驗方法進行分析測定，結果見表9。實驗結果表明，不同產地的擬黑多刺蟻中微量元素含量差異較大，有益元素Mn、Zn、Sr在東北地區(大興安嶺和吉林長白山)樣品中含量最高，同時該地區樣品中重金屬元素Cr和Pb的含量最高，西南地區樣品中As和Se兩種元素含量均高于東北地區的樣品。

表9 不同產地擬黑多刺蟻的測定結果Table 9 Determination results of Polyrhachis vicina from different habitats /(mg·kg-1)

3 結論

采用ICP-MS測定擬黑多刺蟻中11種微量元素含量，在KED模式下分別以Rh和Re為內標，曲線線性、精密度和加標回收率都符合數據質量控制要求，實驗室間比對實驗數據顯示無較大差異，測定結果穩定可靠，能滿足擬黑多刺蟻實際樣品中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb含量的分析檢測要求。