古行乾 李光明 曾志平 施意华 唐碧玉 张征莲

(1.中国有色桂林矿产地质研究院有限公司，广西 桂林 541004；2.中检集团理化检测有限公司，上海 200040)

拟黑多刺蚁是蚂蚁品种中一种食药两用的昆虫，富含氨基酸、维生素、不饱和脂肪酸、生物碱和组织胺等多种生物活性物质，可用于增强人体免疫力或预防多种疾病[1-2]。近几十年来，随着各类活性物质不断被发现及分析定量[3-4]，以拟黑多刺蚁为主体的保健食品和药品逐步上市，在骨关节疾病、泌尿系统疾病、消化系统疾病、神经免疫系统等疾病均有临床应用[5-7]。但是蚂蚁属于依靠陆地生活的动物，其体内微量元素的含量，特别是重金属含量受到生存环境的影响[8]，因此，准确定量分析拟黑多刺蚁体内微量元素的含量，对其制品的应用有重要意义。

电感耦合等离子体质谱仪是目前应用广泛的元素分析仪器之一，相对于分光光度计、原子吸收光谱仪和电感耦合等离子体发射光谱仪，其具有线性范围广、检出限低、灵敏度高、多元素同时检测等诸多优点，已广泛应用于地质矿产、冶金冶炼、环境监测、农产品检测、食品医药和功能材料等领域的分析检测[9-14]。本实验采用微波消解法，以HNO3-H2O2混合酸为消解体系进行样品前处理，在KED模式下以Rh为内标测定Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr和Cd，以Re为内标测定Hg和Pb，建立了电感耦合等离子体质谱法测定拟黑多刺蚁中11种微量元素的方法。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

iCAP RQ型电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS，美国赛默飞世尔科技有限公司)，MASTER 40型微波消解仪(上海新仪微波化学科技有限公司)，ECH-20型控温加热板(上海新仪微波化学科技有限公司)，FA1004型万分之一电子天平(上海舜宇恒平科学仪器有限公司)，艾柯Exceed系列超纯水机(成都唐氏康宁科技发展有限公司)。

铬、锰、镍、铜、锌、砷、硒、锶、镉、汞、铅和金单元素标准溶液(1 000 μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心)，ICP-MS交叉校正专用溶液(美国赛默飞世尔科技有限公司)，硝酸、过氧化氢均为电子级，实验用水为超纯水(电阻率>18.25 MΩ·cm)。

ICP-MS调谐液(美国赛默飞世尔科技有限公司)：含Be、Li、Co、In、U的质量浓度均为1.00 μg/L，以2% HNO3(V/V)为介质。

1.2 仪器工作条件

电感耦合等离子体质谱仪点火并开启高纯He气流吹扫碰撞反应池，经30 min稳定后，使用调谐液进行仪器工作条件优化。优化后的仪器工作条件为：射频功率1 550 W，采样深度6.0 mm，等离子气流量14.0 L/min，辅助气流量0.80 L/min，载气流量1.020 L/min，He流量4.83 mL/min，蠕动泵速40 r/min，氧化物产率(140Ce16O+/140Ce+)<0.2%，扫描方式为跳峰，3点测量，积分时间15 s。

1.3 混合标准溶液系列

将Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb单元素标准溶液用8% HNO3(V/V)逐级稀释，以2 mg/L Au为Hg保护剂，配制成混合标准溶液系列，各元素质量浓度见表1。

表1 混合标准溶液系列Table 1 Mixed standard solution series /(μg·L-1)

1.4 实验方法

称取0.25 g样品(精确至0.000 1 g)，置于微波消解罐中，加入4 mL硝酸，摇匀后放置在控温电热板上，100 ℃预消解30 min，取下稍冷，再加入2 mL硝酸和1 mL过氧化氢，盖好密封盖后，按照微波消解程序消解(见表2)。消解完成后取出消解罐，放置在控温加热板上，于95 ℃加热，待棕黄色烟冒尽后取下冷却，将消解液转移至25 mL比色管中，用超纯水定容至刻度，摇匀后待测。随同实验做双份空白实验。

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

2 结果与讨论

2.1 样品前处理方式的选择

食品和药品的样品前处理方式主要有干灰化法、敞开湿法消解、高压密闭消解法和微波消解法。干灰化法的操作步骤繁琐、耗时长，碳化灰化的灼烧过程会出现样品飞溅，高温灰化过程会造成As、Hg等元素的损失；敞开湿法消解的试剂消耗量大，空白值高；高压密闭消解法是在密闭系统中进行样品消解，具有试剂消耗量小、空白值低的优点，但消解流程耗时长；微波消解法也是一个密闭消解系统，消解时间短、试剂用量少、空白值低，所检测的元素也不易损失，准确性好。蚂蚁样品中油脂、蛋白质等有机物含量高，以HNO3-H2O2为消解体系，当样品为0.25 g时，加入4 mL HNO3预消解样品，再补加2 mL HNO3和1 mL H2O2进行微波消解，样品消解完全，消解液无色透明清亮，无残余物及沉淀。因此，实验选择微波消解法为样品前处理方法，HNO3-H2O2为消解体系。

2.2 赶酸温度及时间的选择

待测元素Pb是易受环境因素影响的元素，实验流程长会导致Pb的空白值显著变高；待测元素Hg是易挥发元素，赶酸温度过高会造成Hg的损失，导致测定值偏低。实验设计了赶酸温度与赶酸时间的正交实验，流程空白与拟黑多刺蚁样品经微波消解后，分别在不同的温度及时间条件下进行赶酸实验，并分别测定空白溶液中的Pb和样品消解液中的Hg，正交实验条件见表3，实验结果见图1。实验结果表明，当赶酸温度为95 ℃，赶酸时间为40 min时，空白溶液中Pb及样品消解液中Hg的测定值处于最佳状态。

表3 正交实验条件Table 3 Orthogonal test conditions

图1 赶酸温度及时间对Hg、Pb测定结果的影响Figure 1 Influence of acid driving temperature and time on the determination results of Hg and Pb.

2.3 干扰与消除

ICP-MS测定过程的干扰分为质谱干扰和非质谱干扰两类。质谱干扰主要来源于由同质异位素、金属氧化物离子、双电荷原子离子以及多原子离子产生的质量数重叠干扰，通常可以采取选用不同的元素同位素、使用碰撞/反应模式(如KED模式)、采用数学校正等方法消除此类干扰。待测元素受到的质谱干扰主要有：52Cr+受到40Ar12C+、40Ca12C+的干扰，75As+受到40Ar35Cl+的干扰，80Se+受到40Ar40Ar+的干扰。实验结果表明在KED模式下，仪器的背景干扰远低于常规模式，可以达到消除质谱干扰的目的。同时，全流程实验结果表明KED模式下，52Cr和75As受到的质谱干扰基本得到消除；但80Se即使在KED模式下，仍受到质谱干扰的影响，因此选用Se的第二丰度同位素78Se为目标同位素。非质谱干扰主要是基体效应和仪器漂移，可以通过采用内标法来校正。根据同位素丰度高、干扰因素少的原则选择待测元素同位素，同时以电离度相似、质量数接近为内标选择条件，本实验在KED模式下以103Rh为内标测定52Cr、55Mn、60Ni、63Cu、66Zn、75As、78Se、88Sr和111Cd，以185Re为内标测定202Hg和208Pb。

2.4 校准曲线、方法检出限与方法定量限

在优化后的仪器工作条件下，用ICP-MS对配制的11种元素混合标准溶液系列进行测定，并绘制校准曲线；按照实验方法处理全流程空白溶液并连续测定11次，同时根据试样稀释因子，计算各元素的标准偏差(S)，以3S对应的质量浓度为各元素的方法检出限(LOD)，并以3倍的LOD为方法定量限(LOQ)。各元素的标准曲线相关系数、方法检出限和方法定量限见表4。

表4 曲线相关系数、方法检出限和方法定量限Table 4 Curve correlation coefficient，limit of detection and limit of quantitation

2.5 精密度实验

按照实验方法，对同一拟黑多刺蚁样品进行9次独立溶样，用ICP-MS测定各元素的含量，进行方法精密度实验，测定结果和相对标准偏差(RSD)见表5。实验结果表明，各元素的相对标准偏差为1.2%～5.5%。

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

2.6 准确度实验

2.6.1 拟黑多刺蚁样品加标回收实验

称取同一拟黑多刺蚁样品各三份，分别按表6中的加标量加入待测元素标准溶液，按照实验方法溶样，进行全流程加标回收实验。以精密度实验中的平均值为样品含量值，计算各元素的加标回收率，结果见表6。实验结果表明，各元素的加标回收率在91.2%～107%。

表6 加标回收实验结果Table 6 Results of recovery experiments

2.6.2 标准物质的测定

因无市售的蚂蚁成分分析标准物质，采用人发粉成分分析标准物质(GBW07601)和柑橘叶成分分析标准物质(GBW10020)进行全流程实验，结果见表7。实验结果表明，两种标准物质中11种待测元素的测定结果均在标准值允许差范围内。

表7 标准物质测定结果Table 7 Determination results of reference materials /(mg·kg-1)

2.7 实验室比对实验

在不同的时间，由实验室A和实验室B分别称取同一产地拟黑多刺蚁样品，按实验方案溶样后，用ICP-MS测定各待测元素的含量，进行实验室间比对实验，测定结果见表8。实验结果表明，实验室间比对实验的相对偏差在-3.15%～2.74%。

表8 实验室间比对实验结果Table 8 Results of comparative tests in different laboratories

2.8 不同产地蚂蚁样品分析

分别选取大兴安岭、吉林长白山、广西横县、广西桂林、云南保山和云南文山等六个地区的拟黑多刺蚁样品，按实验方法进行分析测定，结果见表9。实验结果表明，不同产地的拟黑多刺蚁中微量元素含量差异较大，有益元素Mn、Zn、Sr在东北地区(大兴安岭和吉林长白山)样品中含量最高，同时该地区样品中重金属元素Cr和Pb的含量最高，西南地区样品中As和Se两种元素含量均高于东北地区的样品。

表9 不同产地拟黑多刺蚁的测定结果Table 9 Determination results of Polyrhachis vicina from different habitats /(mg·kg-1)

3 结论

采用ICP-MS测定拟黑多刺蚁中11种微量元素含量，在KED模式下分别以Rh和Re为内标，曲线线性、精密度和加标回收率都符合数据质量控制要求，实验室间比对实验数据显示无较大差异，测定结果稳定可靠，能满足拟黑多刺蚁实际样品中Cr、Mn、Ni、Cu、Zn、As、Se、Sr、Cd、Hg和Pb含量的分析检测要求。