陆仲烟，秦玉燕

（广西壮族自治区亚热带作物研究所/农业农村部亚热带果品蔬菜质量安全控制重点实验室，广西南宁 530000）

砷（Arsenic，As）是一种毒性较强的重金属污染物，是国际癌症研究机构（IARC）最早确认的一类明确致癌物质。研究表明，摄入过量的砷可导致皮肤、消化、神经、生殖、造血以及免疫等系统不同程度的损伤。硒（Selenium，Se）是人和动物必需的一种微量营养元素，是形成谷胱甘肽过氧化物酶和硫氧还蛋白还原酶的重要组分，在清除体内活性氧自由基、抗肿瘤和抗癌等方面发挥重要作用。植物是人体摄入砷和硒的重要来源，但植物性样品中的砷、硒含量通常较低，因此需要建立低检出限、高灵敏度和高准确度的分析方法。

目前，砷和硒的分析方法主要为原子荧光光谱法（Atomic fluorescence spectrometry，AFS）和电感耦合等离子体质谱法（Inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS）。AFS 只能测定三价砷和四价硒，因此砷和硒的前处理过程必须分开处理，将高价态砷和硒通过不同的还原剂分别还原为三价砷和四价硒，然后再进一步与硼氢化钾反应生成气态氢化物，进而被原子荧光光谱仪测定；不仅前处理操作繁琐，而且当样品中有机砷含量较高时，部分小分子有机砷很难消解完全，会导致检测结果偏低。ICP-MS 法具有多元素同测、灵敏度高、检出限低，线性范围宽等优点。王莹等比较了AFS 和ICP-MS 测定蛹虫草硒含量的方法，结果表明ICP-MS 的检出限和精密度都要优于AFS。ICP-MS 法测定砷和硒元素时，基质效应较大，易产生多原子离子干扰，而且由于砷和硒的电离能较高（As 9.81 eV、Se9.75 eV），在等离子体中离子化效率低（约20%），导致准确度有所下降。随着碰撞反应池技术的发展，ICP-MS 推出不同的工作模式，针对不同元素可以选择适宜的碰撞气或者反应气来消除特定的干扰。碰撞模式常以氦气（He）作为碰撞气，通过碰撞反应可消除基体中的多原子离子干扰，对基质复杂的样品效果明显；反应模式通常引入氧气、甲烷、氨气等作为反应气，通过与干扰离子反应或与目标离子反应转移质量数来消除干扰。通过对ICP-MS 的标准模式（Standard，STD）、He 碰撞模式（Kinetic energy discrimination，KED）、氧气反应模式（Oxygen-dynamic reaction cell，Oxygen-DRC）和甲烷反应模式（Methane-dynamic reaction cell，Methane-DRC）进行优化对比，可以确定适合砷和硒分析的最佳工作模式，建立ICP-MS 分析植物样品中的砷和硒方法，提高检测结果的准确度。

1 试验方法

1.1 仪器与试剂

NexION 2000 电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS，美国PerkinElmer 公司），配有四级杆碰撞/ 反应池（拥有STD、KED、Oxygen-DRC、Methane-DRC 四种工作模式）；MARS 6 微波消解仪（美国CEM 公司），DigiBlock 电热消解仪（北京莱伯泰科仪器有限公司）；纯水机（重庆摩尔水处理设备有限公司）。

26 种元素混合标准溶液（As，Se，Ag，Al，Ba，Be，Ca，Cd，Co，Cr，Cu，Fe，K，Mg，Mn，Mo，Na，Ni，Pb，Sb，Sn，Sr，Ti，Tl，V，Zn，100 μg/mL，美国PerkinElmer公司）；内标溶液（Bi，Ge，In，Li，Sc，Tb，Y，10 μg/mL，美国PerkinElmer 公司）；国家标准物质GBW10019 苹果，GBW10020 柑橘叶，GBW10045 湖南大米，GBW10047 胡萝卜，GBW10048 芹菜，GBW10014 圆白菜均来自地球物理地球化学勘察研究所；HNO，HO均为优级纯，高纯氩＞99.99%，超纯水（18.25 MΩ）。

1.2 仪器工作条件

射频功率：1600 W；等离子体气流量：15 L/min；辅助气流量：1.2 L/min；雾化气流量：0.96 L/min；在线内标：In；扫描方式：跳峰；扫描次数：20 次；重复读数：3 次；Ni 采样锥、截取锥；STD 模 式监测As、Se；KED 模式监测As、Se；Oxygen-DRC 模 式 监 测AsO、SeO；Methane-DRC 模式监测As、Se。

1.3 样品前处理

称取样品0.25 g（精确到0.0001 g），加入8 mL HNO和3 mL HO，浸泡过夜，然后微波消解。微波消解程序：12 min 升温至160℃，保持10 min；之后6 min 升温至200 ℃，保持30 min。消解完全后转移至电热板上，120℃赶酸至约1 mL，用超纯水定容至25 mL，上机测定，同时做空白试验。

1.4 数据处理

分别用Excel 软件和Origin 2019b 软件进行数据处理和图形绘制。

2 结果与讨论

2.1 不同模式的工作原理及质量数的选择

在自然界中，As 的稳定同位数只有As，Se有6 个稳定同位数，分别为Se（0.89%）、Se（9.37%）、Se（7.63%）、Se（23.77%）、Se（49.61%）、Se（8.73%），不同同位素的天然丰度（括号中的数值）不同，灵敏度也有很大差异。STD模式下自然丰度较大的Se、Se会受到氩气电离时产生的ArAr、ArAr的强烈干扰，因此选择干扰较少的Se进行测定，As存在ArCl干扰。KED 模式是通入He 与离子发生碰撞，由于多原子离子ArCl、ArAr的离子半径较大，碰撞后动能下降较多，通过动能歧视效应来降低多原子离子干扰，但同时灵敏度也会下降，可监测As和Se。Oxygen-DRC 模式是通入O与目标离子碰撞发生化合反应，目标离子夺取一个氧原子形成AsO或者SeO，目标离子的质量数发生转移，消除了原来的多原子离子干扰，可监测AsO和SeO。Methane-DRC 模式是通入CH与干扰离子ArAr、ArAr发生反应，但不与Se、Se反应，消除多原子离子干扰，可监测Se、Se。

2.2 不同模式下测定砷、硒的气流量（GF）和低质量截取（RPq）值的优化

2.2.1 KED 模式测定砷的GF 和RPq 的优化

KED 模式下，测定试剂空白（Blank）和10 ug/L 砷标准溶液（Std）在不同氩气流量下As+信号强度，计算背景等效浓度〔background equivalent concentration，BEC，BEC=试剂空白的响应值/（标准溶液的响应值-试剂空白的响应值）〕。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq 值，结果见图1。优化后的GF 和RPq 值分别为4.0 mL/min、0.25。

图1 KED 模式测定砷的GF、RPq 的优化

2.2.2 Oxygen-DRC 模式测定砷的GF 和RPq 的优化

Oxygen-DRC 模式下，测定试剂空白（Blank）和1 ug/L 砷标准溶液（Std）在不同氧气流量下AsO信号强度，计算BEC 值。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq 值，结果见图2。优化后的GF 和RPq 值分别为0.4 mL/min、0.6。

图2 Oxygen-DRC 模式测定砷的GF、RPq 的优化

2.2.3 Methane-DRC 模式测定砷的GF 和RPq 的优化

Methane-DRC 模式下，测定试剂空白（Blank）和1 ug/L 砷标准溶液（Std）在不同甲烷气流量下As信号强度，计算BEC 值。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq 值，结果见图3。优化后的GF 和RPq值分别为0.4 mL/min、0.4。

图3 Methane-DRC 模式测定砷的GF、RPq 的优化

2.2.4 KED 模式测定硒的GF 和RPq 的优化

KED 模式下，测定试剂空白（Blank）和10 ug/L硒标准溶液（Std）在不同氩气流量下Se信号强度，计算BEC 值。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq值，结果见图4。优化后的GF 和RPq 值分别为3.0 mL/min、0.25。

图4 KED 模式测定硒的GF、RPq 的优化

2.2.5 Oxygen-DRC 模式测定硒的GF 和RPq 的优化

Oxygen-DRC 模式下，测定试剂空白（Blank）和1 ug/L 硒标准溶液（Std）在不同氧气流量下SeO信号强度，计算BEC 值。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq 值，结果见图5。优化后的GF 和RPq 值分别为0.4 mL/min、0.4。

图5 Oxygen-DRC 模式测定硒的GF、RPq 的优化

2.2.6 Methane-DRC 模式测定硒的GF 和RPq 的优化

Methane-DRC 模式下，测定试剂空白（Blank）和1 ug/L 硒标准溶液（Std）在不同甲烷气流量下Se信号强度，计算BEC 值。选择BEC 值较低兼顾标准溶液信号较高、空白信号较低时对应的气流量为最佳气流量。确定最佳气流量后，以相同的方法优化RPq 值，结果见图6。优化后的GF 和RPq值分别为0.4 mL/min、0.3。

图6 Methane-DRC 模式测定硒的GF、RPq 的优化

表1 不同模式下GF、RPq 的优化结果

2.3 不同模式对标准物质的砷、硒含量测定结果

2.3.1 砷含量测定结果

在优化的条件下，采用四种不同模式检测6 种标准物质中砷含量，检测结果见表2。由表2 可知，STD 模式GBW10019、GBW10045 检测结果偏低，Oxygen-DRC 模式仅GBW10014 检测结果稍高，KED 模式仅GBW10019 检测结果稍低，除此外三种模式下其余标准物质砷含量检测结果均在参考值范围内。说明三种模式均可用于植物样品中砷含量的测定，但Oxygen-DRC 和KED 两种模式的准确度最高，其次为STD 模式。Methane-DRC 模式下，除GBW10020 检测结果在参考值范围内，其余标准物质的检测结果偏离参考值较多，说明Methane-DRC 模式不适用检测砷含量，可能是由于Methane-DRC 模式下，部分As会与CH反应生成AsCH，造成检测结果不准确。

表2 不同模式下标准物质砷含量检测结果（mg/kg）

2.3.2 硒含量测定结果

在优化的条件下，采用四种不同模式检测6 种标准物质中硒含量，检测结果见表3。由表3 可知，KED 模式仅GBW10048 的检测结果偏高，其余5种标准物质硒含量检测结果均在参考值范围内。Methane-DRC 模式下，监测Se 除GBW10047、GBW10048 偏高外，其余标准物质检测结果均在参考值范围内；监测Se 除GBW10045 的检测结果在参考值范围内外，其余标准物质检测结果均远高于参考值。说明植物样品中硒含量的检测可选择KED 模式下监测Se 和Methane-DRC 模式监测Se。STD 模式下监测Se 的准确度较低，仅GBW10047 的检测结果在参考值范围内。Oxygen-DRC 模式下监测SeO 的检测结果均远高于参考值。说明STD 模式监测Se 和Oxygen-DRC 模式监测SeO 均不适用于测定硒含量。

表3 不同模式标准物质硒含量检测结果（mg/kg）

2.4 不同模式测定砷、硒含量的回收率

分别以两种标准物质GBW10048、GBW10020作为样品进行加标回收实验，加标量为0.2 mg·kg，前处理后根据优化结果，在STD、Oxygen-DRC、KED 模式下测定砷含量，KED 和Methane-DRC 模式下测定硒含量，测定结果见表4。由表4 可知，优化后的不同模式测定砷和硒的加标回收率在85.3%～109.1%之间。

表4 不同模式测定砷和硒的加标回收率（%）

2.5 不同模式测定砷、硒含量的检出限与精密度

用1%硝酸配制0、1、3、10、30、50 μg/L 的硒、砷混合标准溶液，在优化的不同模式下进行分析测定，以砷、硒浓度对应其响应值绘制标准曲线。对空白溶液连续测定11 次，计算标准偏差，根据公式DL=3×S/K 计算出检出限（Detection limits，DL）。以50 μg/L 的混合标准溶液连续进样6 次，测得相对标准偏差（Relative standard deviation，RSD），结果见表5。由表5 可知，不同模式下砷和硒在0～50 μg/L 浓度范围内线性良好，相关系数均优于0.9998，RSD 均小于3%；不同模式测定砷含量的DL 为0.016～0.031μg/L，测定硒含量的DL 为0.014～0.144 μg/L，其中KED 模式测砷或硒时检出限稍高于其他模式。

表5 不同模式测定砷和硒的检出限和精密度

3 结论

试验优化了ICP-MS 四种工作模式的GF 和RPq 值，并通过6 种不同基质的标准物质，考察了不同工作模式测定砷和硒的准确度，结果表明，测定植物样品中的砷含量可优先选择Oxygen-DRC 模式监测AsO和KED 模式监测As；测定硒含量时可选择Methane-DRC 模式监测Se和KED 模式监测Se。方法准确度高，检出限低，稳定性好，适用于大量植物样品的测定。