电感耦合等离子体质谱法测定甜味剂中的重金属元素

李其森

（江苏沛县疾病预防控制中心，江苏 沛县 221600）

重金属元素是一类具有较高相对原子质量和密度的金属元素，包括铅、汞、镉等，重金属元素在环境中广泛存在，由于其毒性和潜在危害，对其含量进行准确测定至关重要。甜味剂作为广泛应用于食品和饮料及相关产品的添加剂，其质量和安全性备受关注。随着技术的不断发展，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）成为测定甜味剂中重金属元素含量的有效手段，ICP-MS具有高灵敏度、高选择性和广泛线性范围等优点，能够准确、快速地测定样品中各种重金属元素的含量。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

实验使用的设备仪器如表1。

表1 实验使用的仪器设备表

从国家标准物质研究中心选购Pb、Hg、Sb、Cd、Cu、Cr、Ni、As等单元素标准溶液。采用逐级稀释的方式以5%HNO2为介质将单元素标准溶液配置成待测试的混合标准溶液。从国家标准物质研究中心选购In、Sc、Bi、Y混合溶液。H2O2和HNO3为优级纯，使用20%的HNO3将所有的器皿进行浸泡，时间维系在6～8 h，使用电阻率不低于18.2MΩ·cm的超纯水进行三次冲洗，准备后续使用。

1.2 方法

1.2.1 处理样品

采用电子天平精准称量出0.50 g样品，并将样品放进消解罐内，按照顺序将4 mL的HNO3和1 mL的H2O2加入其中，拧紧消解罐盖，并稳妥放置在微波消解炉的托盘上。以CEM密闭微波消解系统作为依据提供消解程序，进而有效完成消解任务。待消解完成后，将带有样品的消解罐从中取出静待一段时间冷却，而后将消解罐盖打开，把消解好的样品液放置到通风橱内，并作抽风处理，一直持续到样液变清澈。使用5%的HNO3将清澈的样液转移到50 mL的容量瓶内，定容，同时完成空白试验作业任务。

1.2.2 质谱仪工作参数（见表2）

表2 质谱仪工作参数表

1.2.3 待测元素的分析同位素及其丰度（见表3）

表3 待测元素的分析同位素及其丰度表

2 结果与讨论

2.1 选择内标元素

甜味剂具有多种多样的类型，组成的基质也相对较为复杂，在质谱分析期间会造成空间电荷效应和基体效应，影响到待测元素分析信号的稳定性和测定结果的准确性。根据相关研究结果显示，将内标元素加入其中，可将待测元素的精密度作出显著的改善，其数据分析结果如图1所示。

图1 确定时内部标准的修正甜味剂中的重金属元素图

由图1得知，相比较于内标校正法，无内标校正的RSD%高出很多。在实验环节中选择使用45Sc、209Bi、115In、89Y等混合内标元素校正基体，结果表明在测定期间，内标元素45Sc对Cr、Co、Ni元素，209Bi对Hg、Pb元素、115In对Cd、Sn、Sb元素、89Y对Cu、As元素均表现出明显的校正作用。

2.2 干扰与校正质谱

同重离子重叠或者多原子重叠是质谱干扰形成的主要来源，当前关于此方面的研究工作，已经取得显著的成果，其中当前最为有效的干扰消除措施为碰撞/反应技术。在本次实验期间，使用的仪器设备整合应用了动能歧视和碰撞模式，选择使用一种模式将绝大多数的多原子离子干扰方面的问题予以消除，但是就轻度干扰元素而言，受到使用ORS技术期间低质量分析元素离子和气体分子发生碰撞的影响，任何碰撞/反应池的质朴工作模式相比较于无气模式，在背景信号降低的同时，会导致信噪比变差。

为了最大限度地将质谱干扰存在的问题消除，分别选择应用了氮气模式、高纯氢气模式、无气模式展开质谱工作，对待测元素背景等效浓度变化情况作出考察测量，利用多原子离子和氮气或氢气两者之间的碰撞情况下降低多原子离子的干扰力度，并与屏蔽炬技术相结合，基于低质量端拖尾现象针对强质谱峰作出控制，从而取得干扰消除的目标。甜味剂产品具有十分丰富的有机化合物，在质谱分析期间的质谱干扰大多数来自于样品溶剂和无机成分。在无气体的模式之下，待测元素的质谱干扰相对较为复杂，除112Cd、118Sn、202Hg、208Pb四种类型的同位素之外，其他类型的待测同位素均有潜在的质谱干扰。潜在干扰和选择的ORS模式如表4所示。

表4 潜在干扰和选择的ORS模式

在实验研究期间选择使用氢碰撞模式，可最大限度地降低多原子离子对121Sb和52Cr的质谱干扰，选择应用氦碰撞模式能够降低59Co、75As、63Cu、60Ni受干扰离子的影响。

2.3 工作曲线与检出限

不同浓度的混合标准溶液系列在进行配制的时候，选择使用5%的HNO3实现，并快速且准确的完成测定。对不同元素浓度和所有待测元素与内标计数值比值展开线性回归分析，分析结果如表5所示。

表5 标准曲线参数及检测限

2.4 样品加标回收及精密度

在实验分析阶段因为缺少甜味剂标准参考物质，要选择使用较为合适的样品材料作为加标回收实验的物质支持，对方法的准确度和精密度作出详细的考察。以分析步骤和测量仪器设备作为依据，选择最佳的工作条件，综合应用ORS-ICP-MS测量样品，同时加标回收，对相对标准偏差和回收率作出计算，结果如表6所示。

表6 相对标准偏差和回收率表

2.5 样品分析

采用上述措施对糖精钠、阿斯巴甜、木糖醇、甜蜜素四种我国比较常见的非营养型甜味剂中的重金属元素含量作出分析，分析结果如表7所示。

表7 样品分析结果

3 结语

选择应用电感耦合等离子体质谱法，对四种类型甜味剂中Cr、Co、Ni、Cu、As、Cd、Sn、Sb、Hg、Pb等重金属元素的含量作出明确的测定，利用微波消解法对样品作出处理。结果表明，常见的四种类型的甜味剂中重金属含量全部低于10 μg·L-1，总而言之，利用文章提出的方法可用来评价食品添加剂、甜味剂中重金属含量，并取得良好的效果。