林祖斌 陈庆文 陈彤 韦信榛 陈星峰 林隆 张志灵 林海滨 高伟民 房权祥

摘  要：为准确测定烟叶中的痕量硒，本研究使用三重四极杆ICP-MS进行测定，并与单四极杆ICP-MS进行比较。试验表明，三重四极杆ICP-MS采用两级质谱进行质量筛选，选择O2作为反应气体，将待测元素Se质量数转移到无干扰的质量数区域，能消除多原子离子和双电荷离子的干扰，可获得更加准确的结果。78Se、80Se和82Se三种同位素的回收率分别为99.1%、98.3%、99.2%，相對偏差（RSD）分别为1.59%、2.07%、1.32%，线性相关系数r>0.9999。结果还表明，三重四极杆ICP-MS方法测定烟叶中的痕量硒受干扰因素小，可获得更准确结果。

关键词：三重四极杆;ICP-MS;痕量硒;消除干扰

Abstract： In order to determine trace element selenium in tobacco leaves accurately， a triple quadrupole ICP-MS method was used to determine trace selenium in tobacco leaves， and the results were compared with that from single quadrupole ICP-MS. The results showed that when triple quadrupole ICP-MS was used for mass screening by bipolar mass spectrometry， O2 was chosen as reaction gas to transfer the mass number of Se to the undisturbed region， the interference of polyatomic ions and double charged ions can be eliminated and more accurate results can be obtained. The recovery rates of the isotopes 78Se， 80Se and 82Se were 99.1%， 98.3%， 99.2% respectively. The relative deviation （RSD） was 1.59%， 2.07%， and 1.32% respectively. The linear correlation coefficient was r>0.9999. It was indicated that the interference factor was small and the results were more accurate for the determination of trace selenium in tobacco by triple quadrupole ICP-MS.

Keywords： triple quadrupole; ICP-MS; trace selenium; eliminate interference

硒对人体健康具有多方面的生物效应，是人体多种酶的活动中心，尤其是具有抗氧化作用[1-2]。硒也是烟草生长必需的一种微量元素，烟叶中的蛋白质能富集硒。提高卷烟的硒含量不仅可以提高吸烟者的血硒水平，还可以降低卷烟焦油释放量和烟气自由基，对开发低危害卷烟具有重要的意义[3-6]。但是硒的有益范围较窄，过多摄入会引起毒副作用。因此，准确测定硒含量具有重要的意义。

经典的比色法、荧光光度法和原子吸收光谱法测定硒，设备简单，但灵敏度低，检测限达不到测量痕量硒的要求[7-11]，目前广泛使用的是电感耦合等离子体（ICP-MS）法。ICP-MS具有灵敏度高，干扰小的特点被广泛应用于同位素分析[12]。具体到硒元素，由于硒的第一电离能高（9.75 eV），导致电离效率较低，同时易受到多原子离子和双电荷的干扰，如80Se（丰度49.61%）受到了40Ar40Ar、40Ar40Ca、16O64Zn、160Gd++、160Dy++等干扰，78Se（丰度23.77%）受到40Ar38Ar、14N64Zn、156Gd++、156Dy++等干扰，82Se（丰度8.73%）受到16O66Zn、12C70Ge、164Dy++干扰。虽然采用动能歧视（KED）模式能消除多原子离子的干扰，但是由于这些双电荷离子与硒具有相同的质荷比，在分析质量范围内能够被检测到，因此这些元素的双电荷离子干扰常导致硒的分析测定出现假阳性，使结果偏高[13]。李冰等[14-15]利用在线加入有机醇增敏来提高硒元素检测的信号值，从而提高检测灵敏度，但还不能消除干扰。因此如何提高烟叶中硒元素的测定精度有待进一步的深入研究。

本研究在三重四极杆ICP-MS的碰撞反应池（简称CRC）中加入反应气体O2来使Se产生具有更高质量数的SeO+离子，以期避开干扰的质量数区域，具有更强的抗干扰能力，为准确测定烟叶中的痕量硒提供依据。

1  材料与方法

1.1  材料、试剂和仪器

烤烟硒元素国家标准物质GBW（E）（国家烟草质量监督检验中心）。福建烟区烤烟样品：烤后烟叶40 ℃烘干，过40目筛备用。

Se元素标准溶液10.0 μg/mL和锗元素（Ge）内标贮备液10.0 μg/mL（ICP分析用，国家有色金属及电子材料分析测试中心）;30%双氧水（优级纯，国药集团化学试剂有限公司）;65%硝酸（色谱纯，Fisher Chemical公司）;超纯水（18.2 MΩ·cm）。

iCAPTQ电感耦合等离子体质谱仪（美国Thermo Fisher公司，石英同心雾化器自动提升速度0.2 mL/min、石英旋流雾化室制冷至2.7 ℃、2.8 mm高灵敏嵌片镍锥，雾化气流量1.04 L/min）;MARS6微波消解仪（美国CEM公司）;Milli-Q Integral 15型超纯水系统（美国Millipore公司）;EHD-24电热消解仪（北京东航科仪公司）;MS104TS电子天平（感量0.0001 g，瑞士Mettler Toledo公司）。

1.2  方法

1.2.1  标准工作溶液和内标溶液配制  移取2.5 mL的硒标准溶液，用2%的硝酸介质定容至250 mL，得到浓度为100 μg/L的硒标准储备液，在4 ℃条件下避光保存。使用时，分别移取不同量的硒标准储备液，稀释成浓度为1、2、5、10、20、40 μg/L的标准工作溶液。用锗内标贮备液配制成50 μg/L內标溶液。

1.2.2  样品前处理  准确称取0.25 g（精确至0.1 mg）的烤烟样品置于微波消解管中，依次加入5 mL 65%浓硝酸和2 mL 30%过氧化氢溶液，旋紧密封微波消解管，并置于微波消解仪中，按表1的程序进行消解。消解完毕，冷却后旋开消解管盖子，冲洗管盖，置于电热消解仪中130 ℃下赶酸至0.5～1.0 mL。冷却后转移至50 mL容量瓶中，用超纯水冲洗消解罐3次，清洗液一并转移到容量瓶中进行定容，摇匀备用。同时做空白试验。

1.3  仪器工作参数

单四极杆ICP-MS，采用SQ-KED动能歧视模式，以氦气作为碰撞气体。三重四极杆ICP-MS，采用TQ-O2反应模式，以氧气作为反应气体。利用智能数据处理软件的自动调谐程序为测量模式智能设定最佳的工作参数（表2）。

2  结  果

2.1  稀土元素Gd和Dy对硒元素测定的干扰

福建省烟叶产区位于武夷山脉，土壤中富含稀土元素，本试验对烤烟标准物质和福建烟区的烤烟10个样品进行处理后测定Gd和Dy元素含量，结果（表3）显示，质量数分别为156、160、164的Gd和Dy元素同位素在福建烤烟样品中大量存在。

为验证Gd和Dy两元素对烤烟硒元素测定的影响，试验将浓度各为1 mg/L的Gd和Dy两元素混合溶液（REER的总浓度为2 mg/L）作为待测液（不含硒元素），采用SQ-KED单四极杆和TQ-O2三重四极杆两种模式测定硒质量数为78、80、823种同位素的背景等效浓度，其结果（表4）表明，采用SQ-KED单四极杆ICP-MS测定Se元素出现了假阳性的结果，而TQ-O2三重四极杆ICP-MS测定硒元素基本上可排除Gd和Dy两元素对测定结果的影响。说明用单四极杆ICP-MS测定烤烟中的硒含量易受Gd和Dy两稀土元素的干扰。

2.2  硒元素检测方法的选择

2.2.1  两种模式消除干扰效果比较  三重四极杆ICP-MS具有两级质谱进行质量筛选，仪器通过在碰撞反应池中加入反应气体O2使待测元素Se质量数产生具有更高质量数的SeO+离子，从而得到准确测定Se元素的目的。即Q1设定目标元素质量数（Se+）78、80、82，可以去除与产物离子质荷比相同的同位素Mo94、Mo96、Mo98以及质量数分别为156、160、164的Gd和Dy双电荷离子。Q2通入纯氧气与Se反应生成氧化物，将Se转化为（SeO+）94、96、98。Q3设置为反应产物离子质量数（SeO+）94、96、98，从而消除与（Se+）78、80、82质荷比相同的多原子离子和双电荷的干扰。单四极杆虽然也可以使用反应模式来测试Se，但是因为没有第一重质量筛选无法消除样品中与产物离子相同质荷比的干扰，故三重四极杆可以更好地消除在单四极杆模式下难以去除的干扰，获得更为准确的结果。试验比较了SQ-KED单四极杆和TQ-O2三重四极杆两种模式对烤烟标准物质进行测定，其结果（表5）表明，采用TQ-O2三重四极杆模式测定78Se、80Se、82Se均可以得到准确、稳定的结果。

2.2.2  抗干扰能力验证  为验证TQ-O2三重四极杆模式下测量硒元素的准确性，本试验将1 μg/L的Se标液加入到浓度均为1 mg/L的Gd和Dy两元素混合溶液中，计算其回收率，结果（表6）显示，Se的3种同位素的加标回收率在95%～105%之间，显示出其良好的抗干扰性。

综上所述，在烟叶中普遍含有Gd和Dy等稀土元素的情况下，选择TQ-O2三重四极杆ICP-MS测定Se元素，能消除多原子离子和双电荷的干扰，从而获得更准确的测量值?

2.3  方法的线性范围和检出限

对1.2.1节的方法配制不同浓度的硒标准工作溶液进行分析，以不同浓度信号值（cps）为纵坐标，对应的质量浓度为横坐标进行线性回归。在TQ-O2的模式下78Se16O、80Se16O、82Se16O的线性关系良好（r>0.9999）（图1），其检出限（LOD）和背景值（BEC）均低于单四极杆SQ-KED模式下的测定值（表7），可见本方法具有更高的灵敏度。

2.4  样品的加标回收率及精密度

在经消解和稀释后的样品中加入5 μg/L的硒标准溶液，采用TQ-O2三重四极杆模式对硒的3种同位素78Se、80Se、82Se进行测定，如表8所示，硒的回收率分别为99.1%、98.3%、99.2%。每个加标溶液水平测定6次，相对偏差（RSD）为1.59%、2.07%、1.32%，表明了本方法对于样品中硒的测定具有良好的准确性。

2.5  两种模式对烤烟样品中硒元素测定结果比较

取10份福建烟区烤烟样品，分别用SQ-KED单四极杆ICP-MS和TQ-O2三重四极杆ICP-MS测定硒元素，结果（表9）表明，使用TQ-O2三重四极杆ICP-MS测定硒同位素78Se、80Se和82Se的测定值稳定，3种同位素测定值之间相对标准偏差小。使用SQ-KED单四极杆ICP-MS测定硒同位素78Se、80Se和82Se的测定值差异大，数据不稳定（其中80Se的测定值由于背景空白值较高，其结果为扣除空白后获得）。表明iCAPTQ电感耦合等离子体质谱仪在TQ-O2模式下进行78Se、80Se和82Se测定均能满足痕量硒元素分析测试的一般要求。

3  讨  论

ICP-MS法具有检出限低、多元素测定的特点，与传统的无机分析技术相比，在痕量元素测定方面具有很大的优势，仪器带有的碰撞反应池（简称CRC）技术的应用，可有效地去除大部分质谱的干扰，但对于硒元素测定还是存在一些问题，由于硒的第一电离能值较大，使得硒元素在ICP-MS中离子化效率相对较低，严重影响到单四极杆ICP-MS检测硒的灵敏度和准确性。

福建烟区土壤富含稀土元素，烤烟中的稀土元素Gd和Dy双电荷离子由于具有与硒元素相同的质荷比，对于单四极杆ICP-MS无法进行消除干扰，如果采用加入反应气体，又会带来新的基体干扰。在三重四极杆ICP-MS系统中，等离子体质谱仪具有两级质谱进行质量筛选，其第一个四极杆可以把基体中与硒元素具有相同质荷比的双电荷离子分离掉，当元素进入到第二级的碰撞反应池（CRC）中时，硒元素与O2反应生成更高的质量数，消除了同量异位素的干扰，此方法由于额外增加了一个四极杆从而使CRC系统中碰撞/反应不受基体的影响，使得背景信号值大幅度降低，从而获得准确的分析结果。

福建烟区烟叶中硒含量普遍较低，大部分样品质量浓度低于0.1 mg/kg，而Gd和Dy的质量浓度均较高，在0.2 mg/kg左右，因而对烟叶中硒元素的测定产生的干扰较大，如果采用单四极杆ICP-MS检测硒元素，往往得不到理想的结果。

4  结  论

本研究对比了SQ-KED单四极杆ICP-MS和TQ-O2三重四极杆ICP-MS消除干扰的差异性以及对硒元素测定结果的影响，发现TQ-O2三重四极杆模式测定烟叶中的硒能更好地消除多原子离子和双电荷的干扰，能获得更低的检出限和背景等效浓度、更准确稳定的结果。

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