John Cauduro

(安捷倫科技公司，澳大利亞)

0 前言

在分析米粉等食品樣品時(shí)，人們特別關(guān)注高濃度的營(yíng)養(yǎng)元素以及痕量有毒元素(如鎘)。分析這些元素對(duì)于確保產(chǎn)品質(zhì)量和安全，以及確定產(chǎn)品的來(lái)源極為重要。污染導(dǎo)致的食品安全恐慌不僅會(huì)威脅人類健康，還會(huì)打擊消費(fèi)者的信心，從而導(dǎo)致銷量下降，收入受損，同時(shí)負(fù)面宣傳還會(huì)令商家信譽(yù)掃地。

食品中的元素分析通常采用火焰原子吸收光譜法(FAAS)[1-2]，但隨著實(shí)驗(yàn)室預(yù)算面臨的壓力日益增大，并且當(dāng)今市場(chǎng)傾向于采用具有較低使用和維護(hù)成本、出色性能、易于使用且安全的儀器，因此，許多FAAS用戶期望能有更合適的技術(shù)來(lái)滿足現(xiàn)在和未來(lái)的需求。

微波等離子體是一種重要的原子發(fā)射光譜光源。微波等離子體(Microwave Plasma，簡(jiǎn)稱MWP)是比電感耦合等離子體更早被研究的發(fā)射光譜光源，是等離子體光源家族的重要成員，它可在很低功率下運(yùn)行及節(jié)省工作氣體的優(yōu)點(diǎn)，曾經(jīng)被視作有推廣應(yīng)用前景的分析光源[3]。Craig Taylor 曾經(jīng)采用微波等離子體發(fā)射光譜法(4100 MP-AES)測(cè)定礦石中的貴金屬元素，分析結(jié)果表明采用微波等離子體原子發(fā)射光譜儀測(cè)定礦石中貴金屬，方法快速準(zhǔn)確，靈敏度高、可操作性強(qiáng)，較之傳統(tǒng)的火焰原子吸收光譜法具有諸多優(yōu)勢(shì)[4]。

實(shí)驗(yàn)使用4200 MP-AES分析米粉中的鎘和其它常量、微量以及痕量元素，有著很好的精密度和準(zhǔn)確度。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器試劑

新一代微波等離子體原子發(fā)射光譜儀4200 MP-AES(安捷倫科技公司)：采用了第二代波導(dǎo)和炬管技術(shù)，通過質(zhì)量流量控制霧化器氣體流量。4200 MP-AES可生成穩(wěn)定的環(huán)形等離子體，其中心通道溫度約為5 000 K，能夠消除FAAS中存在的多種化學(xué)干擾，與FAAS相比，4200MP-AES具有更寬的工作濃度范圍。這意味著，使用4200 MP-AES時(shí)，無(wú)需像通常使用FAAS一樣進(jìn)行元素特定的樣品前處理，從而提高了儀器的易用性，降低了成本。此外，4200 MP-AES的檢出限(尤其對(duì)于磷元素)比FAAS更低，因此可分析更多元素。

4200 MP-AES使用氮?dú)膺\(yùn)行，與火焰原子吸收光譜儀相比，它無(wú)需使用乙炔和氧化亞氮等易燃且昂貴的氣體，因此運(yùn)行成本更低，實(shí)驗(yàn)室安全性更高。

采用4200 MP-AES進(jìn)行米粉樣品分析，該儀器配備了由 OneNeb 霧化器和雙通道霧化室組成的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)樣系統(tǒng)。SPS 3自動(dòng)進(jìn)樣器用于將樣品輸送到儀器中，可實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守運(yùn)行。

MP-AES 擁有連續(xù)的波長(zhǎng)范圍，分析員可根據(jù)預(yù)期濃度范圍選擇合適的、不受光譜干擾的波長(zhǎng)。所選波長(zhǎng)的方法條件見表1，一般方法條件見表2。

所有試劑為分析純或以上級(jí)別，所用實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。

表1 Agilent 4200 MP-AES 操作參數(shù)Table 1 MP-AES Operating parameters

表2 常見的方法條件Table 2 Typical analytical conditions

1.2 樣品前處理

分析了NIES CRM 10c號(hào)米粉(NIES，日本)以驗(yàn)證分析方法。使用Milestone Ethos微波消解系統(tǒng)消解米粉樣品1。

準(zhǔn)確稱取0.5 g(精確至0.000 1 g)米粉于單獨(dú)的TFM管中，每個(gè)樣品制備兩份。然后向管中加入7 mL HNO3和1 mL H2O2，置于微波消解儀中。使用預(yù)先加載的消解方法對(duì)樣品進(jìn)行消解，冷卻后用去離子水定容至25 mL。最終溶液中含有2%總?cè)芙鈶B(tài)固體。分析中無(wú)需使用離子抑制劑或基體改性劑。

1.3 校準(zhǔn)范圍

表3為標(biāo)準(zhǔn)溶液的校準(zhǔn)濃度范圍。4200 MP-AES的工作范圍比FAAS寬得多(在某些情況下最多寬20倍)，只需要對(duì)樣品稀釋一次即可測(cè)定全部元素。所用的全部波長(zhǎng)其校準(zhǔn)擬合為線性。

表3 4200 MP-AES 標(biāo)準(zhǔn)溶液的工作濃度范圍Table 3 Concentration ranges of standard solutions

2 結(jié)果與討論

2.1 方法檢出限(MDL)

通過分析10次樣品空白測(cè)定出MDL。所選分析元素波長(zhǎng)的MDL(3σ)列于表4中。

表4 Agilent 4200 MP-AES元素的檢出限Table 4 Elemental detection limits for Agilent4200 MP-AES /(mg·kg-1)

2.2 參考標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析

米粉中常量、微量以及痕量元素的分析結(jié)果見表5。所有CRM樣品的測(cè)量值(在兩臺(tái)不同的 4200 MP-AES上重復(fù)測(cè)定兩次的平均值)與標(biāo)準(zhǔn)值十分吻合。結(jié)果表明，在溶解態(tài)固體含量為2%的樣品中，4200 MP-AES能夠在較寬的濃度范圍內(nèi)獲得出色的結(jié)果。

表 5 NIES 10c 號(hào)米粉分析結(jié)果Table 5 Analytical results of NIES10c rice flour /(mg·kg-1)

2.3 長(zhǎng)期穩(wěn)定性

按照前文介紹的方法條件，在8 h內(nèi)重復(fù)分析米粉樣品， 以測(cè)試方法的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。測(cè)試在受控的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件下進(jìn)行，符合儀器操作規(guī)范，每2 h重新進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的校準(zhǔn)一次。穩(wěn)定性結(jié)果如圖1所示。所有元素都具有出色的穩(wěn)定性，RSD<3%，表明4200 MP-AES、OneNeb霧化器和質(zhì)量流量控制的霧化器氣體流量能夠處理總?cè)芙鈶B(tài)固體含量為2%的樣品。

圖1 8 h內(nèi)米粉消解液中元素的校準(zhǔn)濃度(每2 h重新校準(zhǔn)一次)Figure 1 Calibration concentrations of Cd and other elements in the digestion solutions within 8 hours (re-calibrating instrument every 2 hours).

3 結(jié)論

介紹了一種測(cè)定米粉中常量、微量及痕量元素的方法。在分析大米CRM時(shí)，新一代4200 MP-AES的MDL足以滿足分析需求，并且具有出色的長(zhǎng)期穩(wěn)定性。

4200 MP-AES具有出色的分析性能，可分析FAAS無(wú)法分析的磷元素、能夠進(jìn)行多元素?zé)o人值守操作、擁有更高的安全性和易用性，是期望獲得新技術(shù)的FAAS用戶的理想選擇。

此外，MP-AES具有更高的溫度的激發(fā)源，無(wú)需使用改性劑或離子抑制劑，從而簡(jiǎn)化了樣品前處理過程。

[1] 艾明.氫化物發(fā)生-原子吸收光譜法測(cè)定食品中的汞[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2013,3(1):74-76.

[2] 周良芹,付大友.食品中無(wú)機(jī)鹽檢測(cè)方法研究進(jìn)展[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2013,3(2):14-18.

[3] 辛仁軒.微波等離子體光譜技術(shù)的發(fā)展(一)[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2012,2(4):1-9.

[4] Craig Taylor.微波等離子體發(fā)射光譜法(MP-AES)測(cè)定礦石中的貴金屬元素[J].中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué),2013,3(增刊):1-4.