林春花， 謝賢清， 劉德永， 邱春新， 廖維林*， 宋永海

(1.江西師范大學(xué)國(guó)家單糖化學(xué)合成工程技術(shù)研究中心,江西南昌 330027；2.江西師范大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院，江西南昌 330022)

蜂蜜是一種營(yíng)養(yǎng)豐富的天然滋養(yǎng)食品，它含有豐富的糖類物質(zhì)，微量的有機(jī)酸、氨基酸和礦物質(zhì)[1]，還含有人體所需要的多種微量元素。Se是其中一種微量元素，缺Se與疲勞綜合癥、老年性癡呆、智力障礙、記憶力衰退、心血管等疾病有關(guān)，而且Se具有提高人體免疫力，清除體內(nèi)自由基，抗衰老等多種重要的生理功能，因此被稱為“抗癌之王”。同時(shí)，Se的有益濃度范圍較窄，補(bǔ)Se的量不是越多越好，過多攝入會(huì)引起毒副作用[2]。不同種類、不同地域的蜂蜜中Se含量存在較大的差異，因此準(zhǔn)確了解蜂蜜中Se的含量，對(duì)于改善蜂蜜品質(zhì)、調(diào)控蜂蜜成分、實(shí)現(xiàn)針對(duì)性生產(chǎn)等方面有十分重要的意義。

電感耦合等離子體-質(zhì)譜法(ICP-MS)因其具有低的檢出限、多元素測(cè)定的能力、高樣品通量和低樣品消耗量等特點(diǎn)，在微量或痕量元素的分析中發(fā)揮了重要作用[3 - 5]。已有文獻(xiàn)報(bào)道了ICP-MS在測(cè)定蜂蜜中Se元素的應(yīng)用[6 - 10]。但I(xiàn)CP-MS測(cè)定Se也存在一些問題：Se的第一電離能高(9.75 eV)，導(dǎo)致電離效率較低；蜂蜜中含有微量的Ca和K元素[6，9]、等離子氣中使用的氬氣都會(huì)對(duì)Se的測(cè)定造成質(zhì)譜干擾，如豐度最高的同位素80Se(49.61%)受到了40Ar40Ar+、40Ca40Ca+、80Kr+等干擾，78Se(23.77%)受到40Ar38Ar+、40Ca38Ar+、39K39K+、78Kr+等干擾。扇形-高分辨(HR-SF)ICP-MS、碰撞反應(yīng)池(DRC)ICP-MS可解決部分的干擾問題[11 - 12],但不能完全消除。

三重四極桿電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜(ICP-MS/MS)儀是技術(shù)上的一次重大進(jìn)展，它重新定義了痕量元素分析的性能。在ICP-MS/MS模式下，八極桿反應(yīng)/碰撞系統(tǒng)(ORS3)中的反應(yīng)更簡(jiǎn)單、更具有可預(yù)見性，大大提升了ORS3的潛能，提高了消除質(zhì)譜干擾的能力[14 - 15]。一般來說，在使用MS/MS技術(shù)時(shí)能夠嚴(yán)格控制條件，O2是最強(qiáng)大的和最有用的去除多原子干擾的氣體[16]。利用ICP-MS/MS的優(yōu)點(diǎn)，在ICP-MS/MS上設(shè)置兩種操作條件對(duì)Se的3種主要同位素(78Se、80Se、82Se)進(jìn)行測(cè)定：O2作為池氣體的MS/MS模式和MS模式(Q1作為離子導(dǎo)桿的操作條件，以模擬Agilent 7700 ICP-MS)，并比較了該兩種模式下消除干擾的差異性以及對(duì)Se元素測(cè)定結(jié)果的影響。實(shí)驗(yàn)證明:與ICP-MS相比，ICP-MS/MS下采用兩級(jí)質(zhì)譜進(jìn)行質(zhì)量篩選，并結(jié)合O2反應(yīng)，通過質(zhì)量轉(zhuǎn)移法來測(cè)定蜂蜜中的Se,能獲得良好的靈敏度、更低的檢測(cè)限、更低的背景等效濃度(BEC)和更準(zhǔn)確的檢測(cè)結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與材料

Agilent 8800電感耦合等離子體串聯(lián)質(zhì)譜儀(日本，Agilent科技公司)，包括Ni采樣錐和截取錐、離子透鏡和進(jìn)樣系統(tǒng)(玻璃同心霧化器、Peltier制冷石英霧化室、2.5 mm石英矩管)；Multiwave Pro微波消解儀(奧地利，安東帕公司)；KQ-3200E超聲儀(江蘇昆山市超聲儀器有限公司)；可調(diào)式移液器(美國(guó)，梅特勒公司)。

Se標(biāo)準(zhǔn)貯備溶液(1 000 mg/L)由國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心提供。準(zhǔn)確移取Se標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用2%HNO3配制0、0.125、1.25、2.5、5 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，同時(shí)選擇72Ge和103Rh內(nèi)標(biāo)溶液進(jìn)行校正。AA-10 HNO3(55%，m/m)由日本多摩化學(xué)提供；實(shí)驗(yàn)用水由PURELAB Ultra MK 2型超純水儀制備(英國(guó)ELGA公司)，電阻率為18.2 MΩ·cm。

待測(cè)蜂蜜樣品為洋槐蜜、紫云英蜜、棗花蜜和富硒蜜。

1.2 樣品制備

分別準(zhǔn)確稱取1.0 g(精確至0.0001 g)蜂蜜樣品于消解罐中，加入7 mL 55%HNO3,先預(yù)消解2 h，敞開蓋子放到趕酸器上加熱30 min，冷卻后再按照表1的微波消解程序進(jìn)行消解。消解結(jié)束后，冷卻，打開消解罐，放入趕酸儀中趕酸，冷卻后將樣品溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中，消解罐用超純水洗滌3次，洗滌液一并轉(zhuǎn)入容量瓶中，定容至25 mL，搖勻備用。用同樣的方法制備試劑空白溶液。

表1 微波消解程序

1.3 儀器參數(shù)

通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化，ICP-MS/MS獲得的儀器參數(shù)如表2所示。采用O2作為池氣體，質(zhì)量轉(zhuǎn)移模式下對(duì)Se的3種主要同位素(78Se、80Se、82Se)進(jìn)行測(cè)定，Q1分別設(shè)定為78、80、82，Q2分別設(shè)定為94、96、98。同時(shí)，設(shè)置Q1作為離子導(dǎo)桿的單四極桿操作條件，同樣使用O2作為池氣體，此時(shí)Q2設(shè)定為78、80、82、94、96、98。

表2 ICP-MS/MS中的O2模式操作條件

2 結(jié)果與討論

2.1 ICP-MS/MS中反應(yīng)氣(O2)流速的優(yōu)化

使用質(zhì)量轉(zhuǎn)移法，在ICP-MS/MS模式下用O2池氣體將Se+轉(zhuǎn)變?yōu)镾eO+子離子來進(jìn)行測(cè)定。在Agilent Masshunter軟件中設(shè)定不同O2流速(注：“fully open(100%)”對(duì)應(yīng)的O2流速為1.0 mL/min)。由于蜂蜜中一般都含有Ca和K等微量元素，實(shí)驗(yàn)中使用Ca/K基質(zhì)溶液和Ca/K基質(zhì)-1 μg/L Se的加標(biāo)溶液來考察流速對(duì)3種SeO+(m/z分別為94、96、98)離子的信號(hào)強(qiáng)度以及對(duì)背景信號(hào)強(qiáng)度的影響，如圖1所示，隨著流速的增加，3種待測(cè)物SeO+的信號(hào)值先增加后減少，而背景信號(hào)值變化較平緩。如果待測(cè)離子信號(hào)很強(qiáng)，干擾離子信號(hào)很弱，則檢測(cè)效果最理想。綜合考慮78Se16O+、80Se16O+、82Se16O+3種氧化物的信號(hào)強(qiáng)度與背景信號(hào)強(qiáng)度的比值，當(dāng)O2流速為0.40 mL/min(池流量為40%)時(shí)測(cè)定效果最好，因此O2流速優(yōu)化有助于Se的準(zhǔn)確測(cè)定。

圖1 ICP-MS/MS下O2流速的優(yōu)化 Fig.1 Optimization of O2 gas flow rate in ICP-MS/MS ▲— represents background intensity，and □ represents analyte intensity.

2.2 干擾及消除

使用O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移法，在ICP-MS/MS下設(shè)置MS/MS和MS兩種模式對(duì)Se的3種主要同位素(78Se、80Se、82Se)進(jìn)行測(cè)定。ICP-MS/MS下Q1分別設(shè)定為78、80、82，Q2分別設(shè)定為94(78Se16O+)、96(80Se16O+)、98(82Se16O+)。ICP-MS下設(shè)置Q1為離子導(dǎo)桿，再設(shè)定Q2為78、80、82、94、96、98。在分別含有1 μg/L Se的0、1、50、200、500 mg/L的Ca/K基質(zhì)溶液中，比較了此兩種模式下消除干擾的差異性。從圖2可知，在MS模式下選擇測(cè)定的78Se、80Se、82Se、78Se16O+、80Se16O+、82Se16O+6種離子，前3種待測(cè)離子的信號(hào)一直隨著Se+濃度的增加而增加，是因?yàn)樵撃Ｊ较虏荒芡耆鼳rAr+、CaAr+、KK+等多原子離子的干擾；雖然后3種子離子信號(hào)變化不大，但不能完全消除經(jīng)ORS3池后產(chǎn)生的非產(chǎn)物離子的干擾。在MS/MS模式下，78Se16O+、80Se16O+、82Se16O+等離子的信號(hào)基本不變，是因?yàn)镼1的存在更好地控制了反應(yīng)池中發(fā)生的反應(yīng)，既能消除多原子離子干擾，也能阻止一些基質(zhì)中可能的副反應(yīng)；而且與Q2聯(lián)用，還能減少同重元素(m/z為94、96、98)的重疊，這從表3的BEC值也得到了印證。綜上所述，對(duì)于普遍含有Ca和K元素的蜂蜜樣品中痕量Se的測(cè)定，MS/MS模式下選擇m/z從78、80、82到94、96、98的質(zhì)量轉(zhuǎn)移法，既能獲得良好的靈敏度，又能消除潛在的多原子離子干擾和同重元素干擾，從而獲得更低的BEC(比常規(guī)ICP-MS至少低一個(gè)數(shù)量級(jí))。

圖2 在含1 μg/L Se的0、1,50、200、500 mg/L的 Ca和K溶液中抗干擾研究(MS/MS模式下分析物為Se的3種氧化物，MS模式下為Se的3種同位素和其對(duì)應(yīng)的氧化物)(n=6)Fig.2 Interference study for solutions containing 1 μg/L of Se in the presence of 0,1,50,200,500 mg/L of Ca and K, for Se isotopes (m/z78,80,80) in MS mode, oxides (m/z94,96,98) in MS/MS mode and MS mode(n=6)

2.3 方法線性范圍和檢出限

配制0、0.125、1.25、2.5、5 μg/L不同質(zhì)量濃度的Se標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測(cè)定，以信號(hào)值(cps)對(duì)質(zhì)量濃度(μg/L)進(jìn)行線性回歸。結(jié)果如表3所示，在MS/MS模式下，3種待測(cè)離子78Se16O+、80Se16O+、82Se16O+的線性關(guān)系良好(R>0.9998)，檢出限(LOD)為0.013 μg/L(78Se16O+)，低于MS模式下的測(cè)定值，也低于文獻(xiàn)報(bào)道值[6 - 9，17 - 18]。

表3 ICP-MS/MS和ICP-MS對(duì)Se同位素測(cè)定的檢出限(LOD)、相關(guān)系數(shù)(R)和背景等效濃度的比較

2.4 樣品加標(biāo)回收率及精密度

由于缺乏蜂蜜標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)，本研究選用待測(cè)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)來考察方法的準(zhǔn)確度。在消解后的蜂蜜樣品溶液中分別加入0.5、2 μg/L的Se標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用ICP-MS/MS模式下O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移法對(duì)78Se16O+進(jìn)行分析，每個(gè)加標(biāo)水平測(cè)定6次，方法的回收率為89.3%～106.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.1%～3.6%，表明方法精密度好，滿足蜂蜜中Se的測(cè)定。

2.5 實(shí)際樣品分析

本研究采用ICP-MS/MS對(duì)4種微波消解后的蜂蜜樣品(洋槐蜜、紫云英蜜、棗花蜜、富硒蜜)進(jìn)行分析，并與ICP-MS的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較。如表4所示，3種Se同位素的含量在MS/MS模式下均低于MS模式，進(jìn)一步印證了MS/MS方法的準(zhǔn)確性，并且該模式下選擇同位素78Se+→78Se16O+進(jìn)行測(cè)定結(jié)果最低，消除干擾最徹底。同樣使用O2作為池氣體將Se+轉(zhuǎn)化為SeO+子離子進(jìn)行測(cè)定，MS模式下78Se16O+、80Se16O+、82Se16O+的測(cè)定值均比MS/MS模式下高，這也說明蜂蜜樣品中可能存在Ru、Mo(m/z為94、96、98)等元素,對(duì)產(chǎn)物離子造成同重元素干擾，從而使測(cè)定結(jié)果偏高；同時(shí)，由于不同產(chǎn)地和來源的蜂蜜中Ru、Mo等微量元素含量的差異性，造成的干擾程度也不一樣。因此，對(duì)于含有Ca/K干擾基質(zhì)的樣品中痕量Se的測(cè)定，MS/MS模式比MS模式更能消除多原子離子和同重元素的干擾，極大地改善了實(shí)際樣品分析結(jié)果的準(zhǔn)確度。

表4 實(shí)際樣品的分析結(jié)果(單位：μg/L)

ND:Not detected.

3 結(jié)論

利用微波消解-ICP-MS/MS技術(shù)，建立了快速測(cè)定蜂蜜中微量Se的質(zhì)量轉(zhuǎn)移法。該方法首先用微波消解法進(jìn)行樣品前處理，使易揮發(fā)的Se更好的保留在溶液中，隨后在MS/MS模式下進(jìn)行O2質(zhì)量轉(zhuǎn)移反應(yīng)，將Se+轉(zhuǎn)變?yōu)镾eO+，消除了蜂蜜中普遍存在的Ca、K元素引起的多原子離子干擾的問題。在研究中，對(duì)比了ICP-MS/MS和ICP-MS消除干擾的差異性以及對(duì)Se測(cè)定結(jié)果的影響，發(fā)現(xiàn)MS/MS模式比MS模式消除干擾更徹底，獲得的檢測(cè)限和BEC值更低，實(shí)際蜂蜜樣品的檢測(cè)結(jié)果更準(zhǔn)確。