殷学博，曾志刚，李三忠，王晓媛，陈 帅

(1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266071；2.中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室，山东 青岛 266071)



防腐高效溶样罐-ICP-MS测定生物体中As、Hg等9种微量元素*

殷学博1,2，曾志刚2，李三忠1，王晓媛2，陈 帅2

(1.中国海洋大学海洋地球科学学院，山东 青岛 266071；2.中国科学院海洋研究所海洋地质与环境重点实验室，山东 青岛 266071)

本文采用防腐高效溶样法，实验消解了国家标准物质GBW08517(海带)、GBW08571(贻贝)、GBW08573(黄鱼)、GBW010016(茶叶)、GBW07602(灌木枝叶)及GBW07603(灌木枝叶)，标准模式测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se与Zn元素，测试结果大致与标准值相符合。该方法具有操作简单、扣合速度快(一秒扣合)、试剂用量少、密封效果好、安全可靠、消解完全(有效消解有机质)、批量处理(一次完成200个样品)等优点，可在生物及环境样品分析中广泛应用。

ICP-MS；防腐高效消解罐；标准物质

生物体中的微量元素(如Cu、Zn、Se等)越来越成为人们关心的焦点，这些元素在生物体内的变化，不论是过量，还是缺少，都影响着其生物功能和代谢过程，因此生物样品中微量元素的准确测定在生命科学中有重要的意义。随着无机元素分析技术的发展，不同的仪器及测试技术运用到生物体样品测试中来。付川[1]等运用火焰原子吸收测试中药中的Cu与Zn等微量元素，贺广凯[2]等采用微波消解-原子荧光法测试海洋生物样品中的As，曾宪津[3]、甘志勇[4]、DeBratter[5]、Doner[6]与Kira[7]等采用电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)测定了生物样品的常量与部分微量元素。近年来随着质谱技术的发展成熟，电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)在食品科学中得到了广泛的应用，与原子吸收(AAS)、电感耦合等离子发射光谱(ICP-AES)等分析手段相比，ICP-MS具有低检测限、多元素同时检测、谱图简单、干扰少、以及高达9个数量级的的动态检测范围[8]，为分析工作者所接推崇，索卫国[9]、赖国新[10]、李文龙[11]以及Elene[8]等国内外学者和专家纷纷采用微波消解处理样品并配合电感耦合等离子质谱来测试生物样品中的Cu、Zn与Pb等微量元素。

生物体中微量元素的测试一直是一个难点问题。生物体样品含有大量的有机碳，主要由C、H、O、N等元素构成，较难完全消解，容易形成C与N的高分子碎片，这些碎片在高温等离子体下，易形成40Ar12C、40Ar14N、40Ar13C等生物体特有的多原子干扰，影响52Cr、53Cr的测试。Juliana[12]、Dufailly[13]Kim-Yen[14]等采用动态反应池模式(DRC)或碰撞池技术(CCT)通过原子碰撞或者交换反应，消除40Ar12C等多原子干扰，Guo Wei[15]等实验了CH4-Ar混合气体为反应气的方法，去除了Ar的等多原子干扰，降低了Se方法检出限，提高了测试准确度。动态反应池模式(DRC)或碰撞池技术(CCT)，整个过程复杂，需经过老化反应池，优化池气体等参数等，影响分析效率与效果，本文改进了已有的高压消解罐，采用双内弧设计，压力大，解决了密封差、酸泄露、酸挂壁与挂顶的难题，标准模式条件模式下，实现Hg、As与Se等易挥发元素有效回收。消解过程中，酸在罐内形成有效的循环回路，加快样品消解速率，完全消解有机样品，溶液清澈透亮，能有效去除40Ar12C对52Cr干扰，实现了标准模式下准确测试Cr、Se、As与Hg等元素。其罐体设计，实现一秒扣合，比已有消解罐及消解容器提高9倍以上的前处理效率。

1 实验部分

1.1 仪器和试剂

电感耦合等离子体质谱(美国Perkin Elmer公司)；防腐高效消解罐(青岛济科实验仪器有限公司)，JKHF-300型防腐烘箱；ULTRA IONIC型超纯水机(英国Elga公司)。

图1 防腐高效溶样罐示意图

HNO3、H2O2均为电子纯(台湾联仕电子化学材料有限公司)；As、Cd、Cr、Cu、Mn、Pb、Se与Zn多元素混合标准溶液：10mg/L(美国Perkin Elmer公司)；Hg单元素标准溶液：10mg/L(美国Perkin Elmer公司)；Re单元素标准溶液1000mg/L(美国Environmental Express公司)。

1.2 仪器条件

表1 ICP-MS仪器条件Table 1 ICP-MS operating conditions

1.3 实验方法

(1)准确称取100mg样品到聚四氟消解内罐中，加入2mL硝酸与1mL双氧水，密封静置2h。

(2)置于防腐溶样罐外套内，于150℃防腐烘箱内，恒温消解12h，冷却。

(3)纯水准确定质量到40g，待上机测试。

1.4 标准曲线

本次实验用到标准溶液为0,1，5，10μg/L浓度的标准溶液制备标准曲线，PE标准溶液配制成100μg/L标准溶液，再用2% HNO3溶液配制0,1，5，10μg/L浓度标准溶液(As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se与Zn)，所有元素的标准曲线相关系数均在0.999以上。采用在线内标法对信号加以校正，内标核素为187Re。

2 结果与讨论

2.1 方法检测限

本实验方法检测限为过程空白连续10次测定浓度值的标准偏差的3倍，乘以稀释倍数(400倍)所得到的数值。

2.2 干扰与校正

生物体为有机样品，富含C、H、O、N等元素，测试干扰主要为高含量元素形成的氧化物、双电荷离子、多原子离子干扰及基体引起的物理效应影响。在实验中采用的试剂为HNO3与H2O2，其元素组成为H、O、N，与Ar等元素形成多原子干扰，Cu有2种同位素，63Cu与65Cu，不存在同量异位素干扰，但样品中会含有一定的Na元素，形成23Na40Ar干扰，故选用65Cu；Zn也存在5种同位素64Zn、66Zn、67Zn、68Zn与70Zn，64Zn与66Zn受24Mg40Ar、26Mg38Ar及26Mg40Ar影响，67Zn与68Zn无同量异位素干扰，但受134Ba2+与136Ba2+干扰，70Zn存在70Ge同量异位素干扰，综合比较，66Zn是理想的核素；40Ar12C对52Cr形成干扰，而采用防腐高效溶样罐，有效消解有机样品，溶液清澈透亮，有机体被充分氧化，能够转化为CO2，其形成的干扰可忽略不计；75As只有1个同位素，容易受到40Ar35Cl多原子干扰，一般采取了DRC反应模式和公式干扰校正的方法予以校正，本方法不存在Cl干扰，也无需校正；Se元素存在6种同位素，不存在同量异位素干扰的核素只有77Se，76Se受38Ar2与76Ge，78Se受40Ar38Ar与78Kr、80Se受40Ar2与80Kr、82Se受82Kr干扰影响，综合评价77Se是理想的测试核素，但其同位素百分占有率低，同时Se电离能高，不容易电离，灵敏度低，造成了方法检出限高，但可以满足生物体样品中Se的测试；55Mn、114Cd、202Hg与208Pb为理想的测试核素，不需要进行干扰校正即可实现这些元素的准确测试。

2.3 结果

本次实验选取国家生物标准物质GBW08517(海带)、GBW08571(贻贝)、GBW10016(茶叶)、GBW07602(灌木枝叶)与GBW07603(灌木枝叶)进行10个平行样品前处理，测试了As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se与Zn元素，表3为标准物质测试结果与标准值，Cr的相对标准偏差(RSD)为3.89%～15.27%，Mn的RSD为1.54%～47.52%，Cu的RSD为1.58%～18.45%，Zn的RSD为1.81%～5.15%，As的RSD为1.51%～9.19%，Se的RSD为2.72%～22.10%，Cd的RSD为1.38%～24.15%，Hg的RSD为1.22%～14.94%与Pb的RSD为1.39%～7.21%。对数据结果分析发现：As、Cd、Cr、Cu、Mn、与Zn元素含量在0.1×10-6以上，相对标准偏差都小于10%，含量在0.1×10-6以下，相对标准偏差都小于20%，而Se、Hg与Pb元素偏差较大，主要是Se与Hg元素灵敏度较低，产生信号强度低，波动较大造成的，而Pb元素属于易污染元素，容易受到外界环境影响，造成检测限偏高。

表2 方法检测限Table 2 Method limits

2.4讨论

标准物质的测试值与标准值对比，可以看出Cr、Mn、As、Cd元素与标准值比较一致，其中低含量值差别较大，如GBW07603(灌木枝叶)的Cd元素，证书中只给出了参考值，并未给出确定范围，此数据具有一定的定值参考价值；GBW08573(黄鱼)中的Cr含量也只给出了参考值，Mn元素含量较低，同样易受环境影响，造成结果偏差较大；Cr元素在微波消解-ICP-MS法测试过程中，一般采用DRC或CCT模式去除ArC对Cr的干扰[15-16]，而本方法采用防腐高效消解罐在高温高压条件下，把有机质转化为CO2与NOX等，有效消除了有机质碳等，避免了其对Cr的干扰，简化了方法流程，提高了测试的准确度。

As、Se与Hg元素容易形成氢化物，以原子荧光谱仪测试分析占主导地位，ICP-MS测试受到一定局限，主要电离能较高，不易电离，灵敏度较低，样品前处理过程中容易早成挥发，通过改进高压反应消解罐，实现消解全密封，不泄露，避免了这3种元素由于挥发造成的损失，对测试数据分析，可实现对3种元素、快速准确测试，提高了测试的效率；GBW07602(灌木枝叶)与GBW07603(灌木枝叶)中Hg元素含量较高，查阅其报告证书，其选取位置为矿区灌木枝叶，可能受到Hg污染，具体原因需要进一步分析与核实。

3 结语

实验数据结果综合分析，防腐高效溶样罐法在生物体消解实验中能有效破坏有机组分，使得C元素在高温高压条件下转化为CO2，其他N、H、O等元素也以无机态形成溶液，由生物体自身带来的干扰在消解过程中有效去除，基体变得简单，在标准模式下可完成Cr元素的准确测试，同时一些易挥发元素As、Se与Hg由于溶样罐的密封性好，消解过程无挥发损失，其回收率高，实现ICP-MS一种模式、一种方法准确测试As、Cd、Cr、Cu、Hg、Mn、Pb、Se与Zn元素。本实验方法具有操作简单、速度快、试剂用量少、样品不易污染、安全可靠、消解完全、批量处理等优点，数据准确，精度好等特点。

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责任编辑 徐 环

The Determination of 9 Trace Elements (Hg and As etc) in Organism by ICP-MS Using Anticorrosive High Efficiency Digestion Bomb

YIN Xue-Bo1,2, ZENG Zhi-Gang2, LI San-Zhong1, WANG Xiao-Yuan2, CHEN Shuai2

(1 College of Marine Geosciences, Ocean University of China, Qingdao 266071; 2 The Key Laboratory of Marine Geology and Environment, Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)

Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) is common because of its unique capability and has been widely used in geological, environmental, petroleum, chemical, food and life science fields. The pretreatment techniques are rapidly developed for ICP-MS. The more typical ways include open vessel dissolving sample way, conventional digestion way, microwave digestion way and high pressure closed reaction vessel digestion way. This report describes that the determined values of As, Cd, Cr, Cu, Hg, Mn, Pb, Se and Zn at the same time in standard modes by ICP-MS were consistent with the certified values in reference materials such as GBW08517 (kelp), GBW08571 (mussels), GBW08573 (yellow fish), GBW010016 (tea), GBW07602 (shrub branches and leaves) and GBW07603 (shrub branches and leaves) using a high effective anticorrosion digestion way. The method has many advantages of easy operation, a-second capping, less reagents, difficulty to contamination, safety and reliability, good sealing, complete digestion (effective digestion organic matrix), batch processing (once for 200 samples), so it can be widely applied for biological and environmental samples.

ICP-MS; anticorrosive high efficiency digestion Bomb; reference materials

国家重点基础研究发展计划项目(2013CB429700)；国际海域资源调查与开发“十二五”项目(DY125-12 R-02)；山东省自然科学杰出青年基金项目(JQ200913)资助

2014-03-28；

2014-09-22

殷学博(1977-)，男，工程师。E-mail：re_hero@163.com

O654.1

A

1672-5174(2015)05-064-05

10.16441/j.cnki.hdxb.20140107