微波密闭消解-乙醇增敏-串联质谱(ICP-MS/MS)法测定生物样品中的硒

张啟云 张武萍

(青海省地质矿产测试应用中心,西宁 810021)

硒(Se)是人体必须的微量元素,参与多种酶和蛋白质的合成,Se的缺乏和过量都会引起毒性作用[1]。Se是目前广为关注的微量元素,既可是营养元素,亦可为毒性元素[2]。人体内硒的摄入主要依靠所摄入的粮食、蔬菜、水果等食物,随着地质调查工作中不断有富硒区域的发现,以及地质调查与农业的相互结合和发展,在这些富硒区域内种植的农产品也给社会上提供了形形色色的富硒农产品,比如:富硒蔬菜[3]、富硒粮食[4]、富硒水果、富硒蛋类等。富硒农产品的宣传在市场上也是非常广泛,富硒农产品在社会上的认可度也不断提高,同时也带动了富硒区域的经济发展,为全社会脱贫攻坚作出了较大贡献。因此,对生物样中硒含量的准确测定显得尤为重要。

硒的测定方法,目前主要是原子荧光光谱法[5],但由于原子荧光光谱法灵敏度低、检出限较高等限制,测定结果精密度和准确度相对较差;在样品的消解方面,植物样品中Se的消解主要采用湿法敞开消解[6]和微波密闭消解[7],但大多使用敞开式消解,由于生物样中氯的存在或HCl的引入,在敞开式消解加热过程中会有Se的挥发损失,相关标准要求加热至近干,但切不可蒸干[8],消解不完全的情况也会发生。近年来,随着质谱技术的普及,采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定也越来越普遍,但ICP-MS法标准模式测定Se时,由于测定灵敏度相对较低,同时还存在一些质谱干扰,因此在质谱法测定Se时,对检测人员掌握质谱操作水平的要求较高。李冰等[9]曾研究了乙醇在电感耦合等离子体中的增强效应,表明在ICP-MS测定过程中乙醇对待测元素有一定的增敏作用。

本方法采用微波密闭消解样品,减少在样品处理过程中Se的挥发损失;用三重四级杆质谱仪(ICP-MS/MS)测定,采用乙醇增敏以提高信号灵敏度,降低信噪比;通过加入反应气(O2)实现待测离子的质量转移,有效消除质谱干扰,很大程度降低了Se测定的方法检出限,提高了精密度和准确度。并且在同一溶液体系中还可以同时进行其他无机微量元素的测定,避免了同一样本中多种元素需要多种仪器参与测定的繁琐操作,从而节约了实验成本,提高了检测效率。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

美国Thermo公司iCAP TQ型三重四级杆电感耦合等离子体质谱(ICP-MS/MS),美国CEM公司MARSXPress型高通量微波消解仪。消解程序设定见表1。

表1 生物样微波消解条件

VB48UP赶酸仪(莱伯泰科公司),美国Millipore公司,Milli-Q型去离子高纯水处理机(美国Millipore公司);所有实验用水均为电阻率大于18.0 MΩ·cm的纯水。

铑(Rh)内标溶液(10 μg/mL,国家有色金属电子材料分析测试中心有证标准溶液):逐级稀释至10 ng/mL的Rh内标工作溶液(其中溶液介质中含有7%乙醇和3%硝酸),测定时采用三通阀在线加入。

硒(Se)标准溶液(10 μg/mL 国家有色金属电子材料分析测试中心有证标准溶液):用3%硝酸溶液逐级稀释配制成0、0.10、0.50、1.00、5.00、10.0 ng/mL标准系列工作溶液。

国家一级标准物质:GSB-1a、GSB-9、GSB-12、GSB-13、GSB-23a生物成分分析标准物质。

硝酸:Fisher Chemical高纯硝酸。

实验所用器皿均用10%硝酸溶液单独浸泡48 h处理后,用实验用水冲洗干净沥干备用。

1.2 实验方法

准确称取0.50 g(精确至0.1 mg)试样,于聚四氟乙烯微波消解罐底部,慢慢加10 mL浓硝酸,放置2 h或过夜,旋紧罐盖,按照预设的微波消解仪程序消解,冷却后取出,缓慢打开罐盖排气,用少量水冲洗内盖及罐壁,将消解罐放在赶酸仪上,160 ℃加热赶酸60～90 min,罐内溶液剩余1～2 mL左右,取下冷却后,用水定容至50 mL容量瓶,混匀待测,同时做试剂空白。

仪器经调谐、优化参数后,内标溶液通过三通阀以在线加入方式和待测样溶液一起引入ICP-MS/MS进行测定。

2 结果与讨论

2.1 待测元素同位素的选择

质谱法测定时,一般会选择丰度灵敏度最大,干扰少或干扰容易消除,与内标元素不造成相互干扰的同位素进行测定。Se的天然同位素有74Se、76Se、77Se、78Se、80Se、82Se共六种,其中78Se、80Se两种同位素的丰度相对较高,分别为23.8%和79.6%,其余几种同位素的丰度均在10%以下。由于Se的第一电离能相对较高为9.75 eV,一般样品中Se的含量极低,因此测定灵敏度相对较低。通过综合分析,本实验选用丰度值最高的80Se进行Se的测定,在测定时采取其他措施消除干扰。

2.2 干扰因素的分析与消除

生物样经消解后样品溶液基体相对简单,样品溶液与标准溶液黏度不同等物理效应差异影响,通过蠕动泵进样的优势可以忽略不计,因此,在测定过程中非质谱干扰的影响几乎不用考虑,也不需要采取特殊措施进行消除。

本实验测定Se时,最大的干扰来源在于质谱干扰,以80Se为例:主要受到Kr等同量异位素、Ar2和BrH等多原子分子离子,Gd++和Dy++等稀土元素双电荷离子的质谱干扰。如果采用标准模式(STD)测定,质谱干扰严重影响测定结果;采用碰撞模式(KED)则灵敏度将大幅降低,信噪比大,精密度较差。

本实验采用三重四级杆质谱仪(ICP-MS/MS)进行测定,更好地达到了消除干扰的效果。第一级四级杆(Q1)设定分析物质量数(80)来过滤去除所有不需要的离子;第二级四级杆(Q2)通过选择反应模式,加压O2反应气进行反应,来选择性改变干扰物或目标元素的质量数,使80Se和O2反应得到96SeO作为目标元素反应产物,第三重四级杆(Q3)分离出待测元素的产物离子96SeO,通过第二级质量过滤器去除所有残留的干扰物,实现无干扰分析。串联质谱测定Se消除干扰原理见图1。

图1 串联质谱测定Se消除干扰原理图

2.3 乙醇浓度对增敏效果的影响

质谱法测定Se时灵敏度相对较低,不采取特殊措施直接测定时,测定信号强度较低,测定结果精密度极差,因此本实验采用乙醇增敏,提高测定灵敏度。

对10 ng/mL的Se标准溶液进行测定,改变内标溶液中乙醇的浓度,对乙醇增敏效果进行了最佳浓度的选择。在不添加乙醇时测定10 ng/mL的Se标准溶液,Se信号强度为1 743 cps,随着乙醇浓度的增加,信号强度明显增强,当乙醇浓度达到7%以上时,信号强度的变化趋于平稳,乙醇增敏效果见图2。故实验选择含有7%乙醇的内标溶液作为最佳乙醇增敏浓度。

图2 乙醇增敏效果图

2.4 仪器条件的优化和选择

Thermo iCAP TQ型三重四级杆电感耦合等离子体质谱仪截取锥嵌片标配三种规格,不同规格的嵌片其作用不同。2.8 mm嵌片高灵敏度模式,对应STDS、KEDS模式,可获得高灵敏度,但基体耐受性差;3.5 mm嵌片是标准配置,对应STD、KEDS模式;4.5 mm对应高基体模式,STDR、KEDR等,耐高基体、灵敏度稍差。本次实验选用2.8 mm高灵敏度嵌片,以获得更高的测定灵敏度。

用仪器自带调谐溶液通过仪器软件进行自动优化,最终仪器优化参数见表2。

表2 仪器工作条件

2.5 标准曲线绘制和检出限

用3%的硝酸将Se配制成浓度为0、0.10、0.50、1.00、5.00、10.0 ng/mL的标准系列,通过仪器测定绘制标准曲线。回归方程及相关系数见图3。

图3 硒标准曲线图

以建立的方法平行测定6份空白样品,计算方法检出限为0.004 μg/g。数据见表3。

表3 方法检出限

2.6 准确度和精密度实验

以建立的方法测定国家一级标准物质大米GSB-1a(GBW10010a)、鸡肉GSB-9(GBW10018)、豆角GSB-12(GBW10021)、蒜粉GSB-13(GBW10022)、湖南大米GSB-23a(GBW10045a),每个样品各平行分析6次,计算测定平均值和测定值的精密度(RSD),计算测定平均值和标准物质认定值的ΔLogc和RE。测定结果见表4、5。

表4 标准物质测定结果

表5 标准物质测定结果

由表4、5可知,测定结果均在标准物质认定值不确定度范围内,测定平均值和测定值的RSD小于10%;测定平均值和标准物质认定值的ΔLogc在±0.05以内,RE在±10%以内,表明该方法测定精密度和准确度均较好。

3 结论

建立了微波消解-乙醇增敏三重四级杆电感耦合等离子体质谱(ICP-MS/MS)法测定生物样中硒含量的方法。用乙醇增敏,提高了灵敏度,加氧反应通过质量转移消除质谱干扰,极大地降低了信噪比。测定国家一级标准物质结果与标准物质认定值相吻合,该方法具有样品前处理操作简便、消解快速完全、分析速度快、精密度好、准确度高、检出限低等优点。因此,该方法对测定生物样本中硒的检测具有较好应用前景,可在当前及今后富硒区域调查、富硒农产品、食品检测等领域发挥重要作用。