劉磊，唐艷斌，袁天軍，陳國(guó)輝，黃建，侯英，王麗娟，楊蕾*

（1.云南煙草煙葉公司技術(shù)中心，云南昆明651208；2.中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所，國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委微量元素營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100050；3.云南同創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，檢測(cè)事業(yè)部，云南昆明650106）

MD-ICP-MS法同時(shí)測(cè)定煙葉中15種稀土元素的方法研究

劉磊1，唐艷斌2，袁天軍3，陳國(guó)輝3，黃建2，侯英3，王麗娟2，楊蕾3*

（1.云南煙草煙葉公司技術(shù)中心，云南昆明651208；2.中國(guó)疾病預(yù)防控制中心營(yíng)養(yǎng)與健康所，國(guó)家衛(wèi)生計(jì)生委微量元素營(yíng)養(yǎng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100050；3.云南同創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)股份有限公司，檢測(cè)事業(yè)部，云南昆明650106）

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）同時(shí)測(cè)定了煙葉中釔（Y）、鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（TM）、鐿（Yb）和镥（Lu）共15種稀土元素。利用硝酸和過(guò)氧化氫混合溶液微波消解（MD）進(jìn)行樣品前處理。通過(guò)在線加入銠（Rh）和錸（Re）內(nèi)標(biāo)的方法來(lái)校正基體效應(yīng)和信號(hào)漂移。方法的回收率為91.00%～103.00%，檢出限為0.001～0.004 mg/kg，精密度試驗(yàn)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.20%～4.78%。結(jié)果表明，該方法精密度高、準(zhǔn)確性好，適用于煙葉中15種稀土元素含量的測(cè)定。

微波消解；電感耦合等離子體質(zhì)譜法；煙葉；稀土元素

稀土元素（rare earth elements，REE）是指原子系數(shù)從57至71的鑭系元素及與鑭系元素性質(zhì)極為相似的釔、鈧共17種元素［1-2］，廣泛存在于土壤、水體、空氣和植物體中［2］，具有很強(qiáng)的生物效應(yīng)，對(duì)種子發(fā)芽、根系生長(zhǎng)、營(yíng)養(yǎng)吸收以及植物的產(chǎn)量和品質(zhì)均具有重要的影響。在生物界中稀土元素遵循平衡理論，植物體吸收一定濃度的稀土元素對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育具有促進(jìn)作用，具有直接或間接影響植物光合作用和養(yǎng)分吸收等植物生理活動(dòng)功能，但濃度過(guò)低或過(guò)高對(duì)植物生長(zhǎng)可能存在抑制或毒害作用［3-6］。稀土元素對(duì)烤煙生長(zhǎng)過(guò)程和煙葉品質(zhì)也具有重要的影響［7-8］。煙葉中煙堿含量與其根系發(fā)育特別是根尖的滋生活動(dòng)密切相關(guān)，研究表明，稀土元素可增強(qiáng)根系的生理活動(dòng)，從而穩(wěn)定提高煙堿含量［9］。此外，稀土含量高的煙葉葉片變寬、變厚。烘烤時(shí)，煙葉吃火耐烤，褪色均勻，綠煙減少，烤出的煙葉顏色金黃而具光澤，正黃、金黃色煙葉增多，且較為油潤(rùn)［10］。這與稀土元素能提高植物對(duì)氮（N）、磷（P）、鉀（K）及其他營(yíng)養(yǎng)元素的吸收和體內(nèi)的運(yùn)轉(zhuǎn)，增加葉綠素含量，提高光合作用效率，提高酶的活性有一定關(guān)系，使植物體內(nèi)酶的活性增強(qiáng)，提高植物抗性［11-12］。由此可知，稀土元素對(duì)促進(jìn)植物生長(zhǎng)發(fā)育，增加作物產(chǎn)量，改善農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)具有重要意義［13］。然而，對(duì)于煙草中稀土元素含量的研究報(bào)道甚少，且研究仍缺乏系統(tǒng)性。

稀土元素在自然界中含量較低，一般在10-9～10-12級(jí)，準(zhǔn)確測(cè)定稀土元素的含量存在較大困難。通常需對(duì)元素進(jìn)行富集分離，以提高試樣液中待測(cè)元素的濃度并減少大量其他元素的干擾。近年來(lái)，隨著分析儀器的飛速發(fā)展，賈雙琳等［14］用氫氟酸、硫酸分解處理，使用王水提取，稀硝酸定容后，采用ICP-MS快速測(cè)定土壤樣品中的稀土元素，結(jié)果顯示所測(cè)定的15種稀土元素檢出限在0.003～0.18 μg/g之間。陳紅等［15］采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）測(cè)定了三種貝殼（珍珠母、石決明和牡蠣）中15種稀土元素含量，結(jié)果顯示，該方法的檢出限為0.000 4～0.003 ng/mL，方法的準(zhǔn)確性較好。徐子剛等［16］采用微波消解（microwave digestion，MD）-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測(cè)定9種茶葉中的15種稀土元素，結(jié)果顯示，稀土元素的檢出限為0.001～0.007 μg/L，該方法能準(zhǔn)確測(cè)定茶葉中的稀土元素。在煙草中，孫雨安等［17］采用微波消解-ICP-MS法測(cè)定煙草中的微量元素含量，其中稀土元素釔（Y）的檢出限為0.008 ng/mL；王秀季等［18］采用微波消解-ICP-MS法測(cè)定煙草中鑭（La）、鈰（Ce）、鐠（Pr）、釹（Nd）、釤（Sm）、銪（Eu）、釓（Gd）、鋱（Tb）、鏑（Dy）、鈥（Ho）、鉺（Er）、銩（Tm）、鐿（Yb）和镥（Lu）等14種稀土元素，其檢出限為0.000 7～0.003 μg/L，方法的準(zhǔn)確性較好。由上述分析可知，ICP-MS法測(cè)定稀土元素因無(wú)需分離富集，具有多元素同時(shí)測(cè)定，檢出限低等優(yōu)點(diǎn)，已得到廣泛的應(yīng)用。針對(duì)測(cè)定煙草中稀土元素含量的方法開(kāi)發(fā)，目前雖有部分元素已被測(cè)定，但未見(jiàn)系統(tǒng)研究煙葉中稀土元素的報(bào)道。本研究采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，同時(shí)測(cè)定煙葉中15種稀土元素，旨在為后續(xù)分析煙草中稀土元素的分布規(guī)律，探析煙草中稀土元素的作用機(jī)理，指導(dǎo)煙草農(nóng)業(yè)種植奠定基礎(chǔ)。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

煙葉樣品（云煙87、紅大和烤煙K326）：云南省煙草煙葉公司。

HNO3（優(yōu)級(jí)純）：德國(guó)巴斯夫股份公司；H2O2（優(yōu)級(jí)純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；高純氬氣（純度99.999%）：昆明梅塞爾氣體有限公司；La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（100.00 mg/L）、銠（Rh）和錸（Re）內(nèi)標(biāo)元素（100.00 mg/L）、鋰（Li）、釔（Y）、鈰（Ce）、鉈（Tl）和鈷（Co）儀器調(diào)諧液（100.00 mg/L）：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。

1.2儀器與設(shè)備

7700x型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）：美國(guó)Agilent公司；3000型密閉微波消解儀（配備聚四氟乙烯高壓消解罐）：奧地利安東帕（中國(guó)）有限公司；AB204-S型電子天平：瑞士梅特勒公司；Milli-Q型超純水裝置：美國(guó)Millipore公司；CT410旋風(fēng)式樣品磨：美國(guó)FOSS公司。

1.3方法

1.3.1ICP-MS儀器操作參數(shù)

ICP-MS儀器操作及數(shù)據(jù)采集參數(shù)見(jiàn)表1。

表1　ICP-MS檢測(cè)工作參數(shù)Table 1 Working parameters of ICP-MS determination

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

標(biāo)準(zhǔn)溶液：精密量取一定體積的15種稀土元素（La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu和Y）標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用5%的HNO3配制成質(zhì)量濃度為100.00 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，取適量的儲(chǔ)備液稀釋成質(zhì)量濃度為0、1.00 μg/L、5.00 μg/L、10.00 μg/L、20.00 μg/L、50.00 μg/L、100.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

內(nèi)標(biāo)溶液：使用5%的HNO3將Rh和Re標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋?zhuān)渲瞥少|(zhì)量濃度為1.00 μg/mL的內(nèi)標(biāo)混合溶液。

儀器調(diào)諧液：取適量Li、Y、Ce、Tl和Co標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用5%的HNO3逐級(jí)稀釋?zhuān)瑢⑵渑渲瞥少|(zhì)量濃度為1.0 ng/mL的儀器混合調(diào)諧液，用于儀器參數(shù)的優(yōu)化。

1.3.3樣品預(yù)處理

將某產(chǎn)區(qū)煙葉樣品（品種：云煙87、紅大和煙葉K326，每個(gè)樣品品種包括B2F、C3F和X2F（我國(guó)實(shí)行的煙葉分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，分42個(gè)等級(jí)。1、按部位分組：下部葉組（X）、中部葉組（C）和上部葉組（B），共三個(gè)組。2、顏色分組：檸檬黃（L）、桔黃（F）、紅棕（R）、雜色（K）、微帶青（V）和光滑（S）。因此，B2F代表的是上部煙葉的2桔黃；C3F代表的是中部煙葉的3桔黃；X2F代表的是下部煙葉的2桔黃）三個(gè)部位）去梗后在40℃條件下烘干。采用旋風(fēng)樣品磨將煙葉樣品粉碎，過(guò)60目篩。精確稱(chēng)取0.2～0.5 g煙葉樣品，置于清洗好的聚四氟乙烯消解罐中，依次加入5 mL 70%HNO3和2 mL 30% H2O2，旋緊密封，置于微波消解儀中，按表2設(shè)置的微波消解程序進(jìn)行消解。消解完畢，待溫度降至室溫后取出消解罐，將消解液轉(zhuǎn)移至100 mL容量瓶中，采用5%的HNO3清洗消解罐3次，依次轉(zhuǎn)入容量瓶中，定容，搖勻溶液，備用。同時(shí)制備樣品空白溶液。

表2　微波消解升溫程序Table 2 Temperature raising procedures of microwave digestion

1.3.4方法學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)

通過(guò)試驗(yàn)確定建立的煙葉中15種稀土元素的測(cè)定方法線性范圍（線性關(guān)系、相關(guān)系數(shù)）是否良好；檢出限（limit of detection，LOD）是否較低；精密度（6次平行試驗(yàn)）是否良好；加標(biāo)回收率是否在可接受范圍內(nèi)。

加標(biāo)回收率計(jì)算公式：

2　結(jié)果與分析

2.1儀器工作條件的優(yōu)化

使用1.0 ng/mL的Li、Y、Ce、Tl和Co混合調(diào)諧液調(diào)試儀器，使其靈敏度達(dá)到最高，信號(hào)穩(wěn)定，同時(shí)氧化物氧化鈰/鈰（CeO+/Ce+）＜2.0%，雙電荷（Ce2+/Ce+）＜3.0%。結(jié)果顯示（調(diào)諧報(bào)告中（CeO+/Ce+）＜2.0%，（Ce2+/Ce+）＜3.0%，表明氧化物的干擾較小，符合要求）：采用調(diào)諧液調(diào)試儀器，儀器穩(wěn)定性較好，干擾較小，可滿足同時(shí)測(cè)定15種稀土元素的條件。

2.2待測(cè)元素同位素選擇

根據(jù)元素的豐度和干擾情況對(duì)待測(cè)元素同位素進(jìn)行選擇，結(jié)果見(jiàn)表3。

表3　內(nèi)標(biāo)及對(duì)應(yīng)元素的選擇Table 3 Selection internal standard and corresponding elements

2.3干擾及消除

在ICP-MS分析中通常存在同量異位素、多原子離子、雙電荷等干擾，需對(duì)測(cè)定元素及一般的基體效應(yīng)進(jìn)行校準(zhǔn)，本實(shí)驗(yàn)選擇干擾較小的同位素，并引入內(nèi)標(biāo)元素Rh和Re來(lái)監(jiān)測(cè)和校正測(cè)定過(guò)程信號(hào)短期和長(zhǎng)期的漂移。稀土元素的質(zhì)譜干擾主要來(lái)自氧化物干擾，在儀器條件優(yōu)化過(guò)程中，確定氧化物CeO+/Ce+＜2.0%，因此氧化物對(duì)稀土元素的測(cè)定干擾可忽略不計(jì)。應(yīng)用計(jì)算機(jī)操作軟件，計(jì)算形成干擾離子的豐度比值，對(duì)被干擾離子信號(hào)強(qiáng)度進(jìn)行校正。

2.4測(cè)試結(jié)果

2.4.1線性范圍和檢出限

測(cè)定的15種稀土元素繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程、相關(guān)系數(shù)R2及檢出限見(jiàn)表4。

由表4可知，測(cè)定的15種稀土元素標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 6～1.000 0，該方法測(cè)定15種稀土元素檢出限均較低，各元素檢出限在0.001～0.004 mg/kg。

表4　方法的線性方程和檢出限Table 4 Linear equation and limit of detection of the method

2.4.2精密度

按1.3方法處理樣品，按照樣品的測(cè)定方法，平行測(cè)試6份，計(jì)算其測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviation，RSD）值，結(jié)果見(jiàn)表5。由表5可知，所測(cè)定的15個(gè)元素的RSD在1.20%～4.78%，表明本方法精密度較好，滿足樣品測(cè)定要求。

表5　精密度試驗(yàn)結(jié)果（n=6）Table 5 Results of precision experiments

2.4.3加標(biāo)回收率試驗(yàn)

準(zhǔn)確稱(chēng)取0.2～0.5 g煙葉樣品，置于微波消解內(nèi)罐中，加入計(jì)算量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按1.3方法進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。由表6可知，所測(cè)定的15種稀土元素平均回收率在91.00%～103.00%范圍內(nèi)，結(jié)果較為滿意。

表6　15種稀土元素的加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果Table 6 Determination results of adding standard recovery rate of 15 kinds of rare earth elements

2.5樣品測(cè)定結(jié)果

將測(cè)定的煙葉樣品按1.3方法進(jìn)行處理后，采用2.4.1建立的標(biāo)準(zhǔn)曲線對(duì)3個(gè)品種的B2F、C3F、X2F三個(gè)部位等級(jí)的煙葉樣品進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可知，所測(cè)定的三個(gè)品種，三個(gè)部位煙葉樣品中15種稀土元素含量除部分元素未測(cè)定出外，其余元素含量在0.01～9.50mg/kg之間；輕稀土元素Y、La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu和Gd在不同部位煙葉中含量均高于重稀土元素Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb和Lu含量。

表7　煙葉樣品中稀土元素含量的測(cè)定結(jié)果Table 7 Determination results of rare earth elements content in tobacco samples mg/kg

3　結(jié)論

本研究建立的方法與文獻(xiàn)報(bào)道［14-18］的方法相比，具有檢出限較低，精密度、準(zhǔn)確性較好，線性關(guān)系較好等特點(diǎn)，可滿足同時(shí)測(cè)定煙葉樣品中15種稀土元素的條件。

對(duì)所測(cè)定的不同部位煙葉中稀土元素含量的分布特征初步分析可知，不同部位煙葉中稀土元素含量呈現(xiàn)出輕稀土元素（除Y元素外）：下部煙葉（X2F）＞中部煙葉（C3F）＞上部煙葉（B2F）；重稀土元素中部煙葉（C3F）＞下部煙葉（X2F）＞上部煙葉（B2F）的特點(diǎn)。這可能與稀土元素在植物體中以分餾形式分布有關(guān)，后續(xù)需擴(kuò)大測(cè)定范圍，進(jìn)一步深入探析稀土元素在煙葉中的分布特征，并從稀土元素對(duì)烤煙的作用機(jī)理深入研究。

本方法的建立為后續(xù)開(kāi)發(fā)稀土類(lèi)肥料、探析煙草中稀土元素的作用機(jī)理，指導(dǎo)煙草農(nóng)業(yè)種植奠定基礎(chǔ)。

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LIU Lei1，TANG Yanbin2，YUAN Tianjun3，CHEN Guohui3，HUANG Jian2，HOU Ying3，WANG Lijuan2，YANG Lei3*
（1.Technology Centre，Yunnan Tobacco Leaf Company，Kunming 650218，China；2.Key Laboratory of Trace Element Nutrition，National Health and Family Planning Commission of the People's Republic of China，National Institute for Nutrition and Health，Chinese Center for Disease Control and Prevention，Beijing 100050，China；3.Testing Centre，Yunnan Comtestor Co.，Ltd.，Kunming 650106，China）

Fifteen kinds of rare earth elements including Y，La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu，Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb and Lu in tobacco samples were determined simultaneously by inductively coupled plasma mass spectrometry（ICP-MS）method.The samples were preprocessed by microwave digestion（MD）using the mixed solution of nitric acid and hydrogen peroxide.Rh and Re were added on line as the interior label elements to calibrate matrix effect and signal drift.The recovery rate of the method was 91.00%-103.00%，the limit of detection was 0.001-0.004 mg/kg，the relative standard deviation of precision experiments was 1.20%-4.78%.The results showed that the method had high precision and good accuracy，which was suitable for determination the contents of 15 kinds of rare earth elements in tobacco.

microwave digestion；ICP-MS；tobacco；rare earth elements

0254-5071（2016）06-0174-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2016.06.037

2016-01-29

中國(guó)煙草總公司云南省公司科技項(xiàng)目（2015YN29）

劉磊（1977-），男，工程師，本科，主要從事打葉復(fù)烤分析研究工作。

楊蕾（1983-），女，工程師，博士，主要從事食品生物技術(shù)與煙草品質(zhì)分析研究工作。