电感耦合等离子体发射光谱检测烟叶样品中的钠钾钙镁

(四川省烟草质量监督检测站，成都 610041)

电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)具有灵敏度高、干扰少、线性范围宽、分析速度快等特点，在测定颗粒物[1]、水体[2]、植物[3-5]、食品[6-8]、药材[9-11]、材料[12，13]等介质中的无机元素中有极为广泛的应用。近年来，烟草行业高度重视产品质量安全工作，以ICP-MS为基础的检测技术被广泛运用于烟草及烟草制品中重金属元素的检测中，相关学者也以此方法研究了烟叶[14，15]、卷烟烟气[16]、电子烟组件[17，18]中的各类元素。相较而言，以ICP-OES检测烟叶中无机元素的报道相对较少。另据报道，高钙、镁处理可以有效提升烟草根系对钾的吸收[19]，而当钾不足时，钠可以部分的替代钾[20]，研究这4种元素对优化植烟施肥具有较强的现实意义。因此，本文以微波消解为前处理手段，以ICP-OES检测烟叶中的钠钾钙镁四种元素，旨在为研究烟草中的大中量元素提供一种快速、稳定、准确的检测方法，为进一步优化烟草平衡施肥提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器

烟叶样品为国家烟草质量监督检验中心提供的2019年“烟草中无机元素含量分析共同实验”烟末样品，分别为YC2019A001和YC2019B001；质控样品为国家标准物质GBW07602(灌木枯枝)。

65%硝酸(HNO3)、30%过氧化氢(H2O2)(EMSURE，德国Merck公司)；Aglient多元素混合标准储备液(5% HNO3为介质)，Na、K、Ca、Mg浓度为1000mg/L(美国Aglient公司)。

PE Optima 8000电感耦合等离子体发射光谱仪(美国Perkin Elmer公司)；MARS-Xpress微波消解仪(美国CEM公司)；电子天平(梅特勒AL204)，CASCADA超纯水仪(美国PALL公司)。

1.2 分析方法

每个烟末样品分别称取6份，每份称样量为0.20g，同时称取两份质控样品，称样量也为0.20g。称取的样品置于CEM微波消解罐中，加入5mL 65% HNO3和2mL 30% H2O2，经预消解30分钟后进行微波消解，消解程序如表1所示。消解完后待冷却至室温，将样品转移至50mLPET医疗级塑料瓶中，用超纯水冲洗消解罐和盖子5次，冲洗液合并于PET瓶中，用超纯水定容至刻度，充分摇晃混匀，即得到待测样品溶液。

表1 消解程序

采用ICP-OES同时测定Na、K、Ca、Mg 4种元素，仪器工作参数和方法参数见表2。

表2 ICP-OES工作参数

2 结果与讨论

2.1 干扰及消除

65%HNO3+ 30% H2O2的消解体系长期应用于烟末的微波消解中，其特点是氧化能力强，且本底值干净，对检测结果的影响较小。从本方法的实际检测结果来看，样品空白中Na为0.007mg/L、K、Ca、Mg均为0.000 mg/L，表明试剂和超纯水对检测结果的影响较小。

相关学者曾报道过的以ICP-MS检测烟叶中的Ca、Mg、K等元素[14]，其干扰多来自于多原子、双电荷、氧化物和基体效应等，同时测定时，元素间存在相互干扰情况(表3)。此外，烟草中Na、K、Ca、Mg的含量本身较高(0.04～5.15%)[20]，如果直接进样，容易造成质谱强度响应超载。虽然通过增大稀释倍数的方式可以在一定程度上较少基体效应，并使待测液达到质谱测定的浓度范围，但同时也会对检测的准确性造成了一定的影响。

表3 ICP-MS测定Na、K、Ca、Mg的干扰项(根据PE NeIon 300X)

与ICP-MS相比，ICP-OES的干扰主要为样品的基体效应，如果径向(Radial)和轴向(Axial)检测结果较为一致，则基体效应可以忽略，若不一致，则用径向模式进行检测即可。此外，利用径向和轴向两种模式对样品空白进行检测，结果表明，轴向模式下，Na、K、Mg3个元素的样品空白检测值均显著高于径向模式，而通过标准曲线最高点(10mg/L)的强度对比来看，轴向模式响应强度远高于径向模式(表4)，在检测高含量元素时容易导致强度饱和[2]，在进一步表明径向模式干扰更小，检测范围更宽，更适用于上述元素检测。

表4 径向和轴向模式下Na、K、Ca、Mg样品空白检测值和10mg/L标曲点强度

2.2 线性范围、检出限

通过移取50、100、200、300、500μL的混合标准储备液，以5%HNO3定容至50mL，配制得到1、2、4、6、10mg/L的标准溶液，经过ICP-OES测定，其线性回归的相关系数r分别为Na：0.999878、K： 0.999909、Ca：0.999731、Mg：0.999918。取标准曲线最低点(1mg/L)重复进样6次，以测定结果的3倍标准偏差计算方法的检出限，4个元素的检出限分别是：Na为0.013mg/L、K为0.013mg/L、Ca为0.014mg/L、Mg为0.005 mg/L。

2.3 精密度与准确性

对两个不同的烟叶样品各取6份，经过微波消解后上ICP-OES进行测定，结果显示两个样品中Na、K、Ca、Mg相对标准偏差范围为0.19～1.43%(表5)，表明方法精密度较高。同时称取两份国家标准物质GBW07602，经过微波消解后上ICP-OES进行测定，结果显示Na、K、Ca、Mg4个元素均符合标准物质含量范围要求，表明方法的准确性较高(表6)。

表5 ICP-OES检测烟叶样品中Na、K、Ca、Mg 的精密度(n=6)

表6 ICP-OES测定GBW07602中Na、K、Ca、Mg的结果 %

3 结论

通过微波消解+ICP-OES体系，建立了检测烟叶样品中Na、K、Ca、Mg4个元素的方法，该方法前处理简单、干扰小、检测时间短、检出限低、精密度高、准确性好，适用于对4种元素的同时检测。