鞏佳第 段曉婷 章 路 孫玉梅 郭利攀 余程鳳

(綠城農(nóng)科檢測(cè)技術(shù)有限公司 杭州 310052)

芝麻作為一種油料作物，有較高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值。芝麻中富含不飽和脂肪酸和多種植物活性成分，可預(yù)防動(dòng)脈粥樣硬化等心血管疾病。同時(shí)，芝麻富含多種對(duì)人體有益的元素，張京京等[1]報(bào)道顯示，黑芝麻中鉀、鐵、鋅、鎂比白芝麻高25%～65.7%，而白芝麻中硒的含量比黑芝麻高34.6%。張珠寶等[2]報(bào)道顯示，有機(jī)和常規(guī)栽培的黑芝麻中含有豐富的礦質(zhì)元素，且均未檢出有害重金屬As、Cd和Pb。但目前國(guó)內(nèi)外報(bào)道的文獻(xiàn)中對(duì)芝麻中鍺的含量少有報(bào)道。有研究表明，鍺在許多食物中均有較高的含量[3]，一方面鍺可以提高和改善藥用植物的品質(zhì)，促進(jìn)細(xì)胞生長(zhǎng)[4-5]；另一方面有機(jī)鍺具有一定的抗癌能力、提高免疫力、清除自由基延緩衰老等多種藥用功效，同時(shí)毒性較低具有一定的保健功能[6-8]。

在地球化學(xué)調(diào)查中，鍺分布廣泛，土壤、水體、植物中鍺的含量差異較大，除檢測(cè)樣品本身差異以外，不同檢測(cè)方法的靈敏度也有影響。目前鍺的檢測(cè)技術(shù)主要有分光光度法、電化學(xué)分析法、離子色譜法、原子熒光分光光度法、原子吸收分光光度法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等[9-15]。目前分光光度法文獻(xiàn)報(bào)道較多，應(yīng)用廣泛，但含有熒光酮類等顯色的試劑，前處理過程繁瑣，所用試劑多有毒有害，不適用于批量檢測(cè)；原子熒光分光光度法和原子吸收分光光度法線性范圍較窄，一般只有1～3個(gè)數(shù)量級(jí)。而電感耦合等離子體質(zhì)譜法可同時(shí)結(jié)合同位素選擇、內(nèi)標(biāo)校正、碰撞池模式等[16-17]幾種方式消除干擾，檢測(cè)靈敏高，線性范圍寬，目前已廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。同時(shí)微波消解的前處理方法相對(duì)簡(jiǎn)單，可實(shí)現(xiàn)批量處理，提高檢測(cè)通量。

本文采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定芝麻中痕量的鍺?？疾炝伺鲎材Ｊ胶推胀Ｊ较?，各干擾因素對(duì)鍺的影響，同時(shí)在線引入內(nèi)標(biāo)元素103Rh以減少基體干擾?；谠雒粜?yīng)的機(jī)制，有機(jī)醇對(duì)元素信號(hào)強(qiáng)度有增強(qiáng)的特性[18]，本文考察了不同類型有機(jī)醇對(duì)鍺元素的增敏效應(yīng)，增強(qiáng)鍺上機(jī)檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)度，提高檢測(cè)靈敏度。并通過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)以及加標(biāo)回收的方式驗(yàn)證，旨在建立微波消解-碰撞池-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)芝麻中痕量的鍺元素。同時(shí)，采用本文建立的方法對(duì)20批次的芝麻中鍺的含量進(jìn)行測(cè)定，分析比較了黑芝麻和白芝麻中鍺含量的差異。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料和試劑

硝酸(HNO3，優(yōu)級(jí)純，上海傲班科技有限公司)，過氧化氫(H2O2，優(yōu)級(jí)純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)，甲醇、乙醇、正丁醇、正戊醇(分析純，上海凌峰化學(xué)試劑有限公司))，；異丙醇(分析純，廣州金華大化學(xué)試劑有限公司)，氬氣[Ar，高純氬氣 (>99.999%)]，氦氣[He，高純氦氣(>99.999%)]。

鍺(Ge)元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(1 000 mg/L)、調(diào)諧液[鋰(Li)、鈷(Co)、銦(In)、鈾(U)、鈰(Ce)，1 000 mg/L)]、內(nèi)標(biāo)元素標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)銠(Rh) (1 000 mg/L)均為有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)單元素溶液，除鈾購(gòu)于核工業(yè)北京化工冶金研究院外，其余元素均購(gòu)于國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心。采用硝酸水溶液(1%)逐級(jí)稀釋標(biāo)準(zhǔn)溶液配制標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列。生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)-蒜粉GBW10022(GSB-13)、玉米GBW10012(GSB-3)、河南小麥GBW10046(GSB-24)、豆角GBW10021(GSB-12)，綠茶GBW10052(GSB-30)、豬肝GBW10051GSB-29)、紫菜GBW10023(GSB-14)均購(gòu)于地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

黑芝麻和白芝麻樣品，隨機(jī)購(gòu)于市場(chǎng)。

1.2 儀器和設(shè)備

iCAP Q電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(美國(guó)ThermoFisher公司)；BSA224S天平(感量為0.1 mg，德國(guó)賽多利斯公司)；ETHOS ONE密閉微波消解系統(tǒng)(意大利MILESTONE公司)；EH20B石墨加熱趕酸裝置(萊伯泰科科技有限公司)；Milli-Q去離子水發(fā)生器(美國(guó)Millipore公司)；DFT-200A高速粉碎機(jī)(溫嶺市林大機(jī)械有限公司)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

樣品經(jīng)高速粉碎機(jī)粉碎，置于聚乙烯塑料樣品瓶中，備用。

稱取試樣0.3 g(精確到0.000 1 g)于聚四氟乙烯內(nèi)罐中，加入6.00 mL硝酸、1.00 mL過氧化氫，按表1中微波消解儀程序?qū)υ嚇舆M(jìn)行消解。待消解結(jié)束后冷卻至室溫，開蓋排氣，將消解罐置于石墨加熱趕酸裝置上，于100 ℃下趕酸至液體剩余1 滴，用正戊醇水溶液(3%)將消解試液轉(zhuǎn)移至25.00 mL容量瓶中，定容、混勻備用，同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)。按照優(yōu)化后儀器條件上機(jī)檢測(cè)，儀器操作條件詳見表2。

表1 微波消解程序

表2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀操作條件

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理?xiàng)l件選擇

目前的研究結(jié)果顯示，生物樣品中絕大多數(shù)元素檢測(cè)的前處理消解中密閉體系消解優(yōu)于敞口體系消解[14，19]。由于鍺的氯化物在加熱過程中易揮發(fā)，酸消解體系中應(yīng)避免使用鹽酸、高氯酸[20]。硝酸的氧化性強(qiáng)，質(zhì)譜檢測(cè)時(shí)帶入的干擾少，前期的研究表明當(dāng)硝酸用量大于4 mL時(shí)，生物成分中的元素能夠得到較完全的釋放。此外，密閉消解體系中，高壓密閉消解雖然密閉性好、消解更徹底，但由于消解管壁較厚，趕酸時(shí)間長(zhǎng)，不利于通量檢測(cè)。綜上，采用6.00 mL硝酸、1.00 mL過氧化氫的混酸體系，微波消解，保證消解效果的同時(shí)提高檢測(cè)效率。

2.2 干擾影響及校正

由于鍺具有多個(gè)同位素，不同的同位素間豐度差異大、存在的干擾項(xiàng)不同，采用ICP-MS法測(cè)定鍺元素存在同量異位素、氧化物、雙電荷和多原子離子等質(zhì)譜干擾，比如16O1H55Mn(相對(duì)豐度比：99.75%，下同)、32S40Ar(94.64%)、56Fe16O(91.50%)、144Nd++(23.80%)對(duì)72Ge的干擾，14N59Co(99.63%)、146Nd++(17.19%)對(duì)73Ge的干擾，58Ni16O(68.11%)、148Nd++(5.76%)、74Se(0.90%)、148Sm++(11.3%)對(duì)74Ge的干擾，76Se(9.00%)對(duì)76Ge的干擾等。 此外，還存在以樣品基體干擾為主的非質(zhì)譜干擾。

在優(yōu)化的儀器條件下，本文比較了標(biāo)準(zhǔn)模式和碰撞模式下 Ge元素的背景等效濃度，同時(shí)考察了70Ge、72Ge、73Ge、74Ge、76Ge等5種同位素在碰撞模式下，不同氦氣流量對(duì)各同位素信號(hào)強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表3。結(jié)果顯示，采用標(biāo)準(zhǔn)模式，氦氣流速0 mL/min，73Ge、74Ge背景等效濃度分別為8.627、5.252 ng/L，但是70Ge、72Ge、76Ge背景等效濃度較高，不適用于痕量檢測(cè)。采用碰撞模式，氦氣流量為3.0 mL/min，73Ge、74Ge的背景等效濃度均降至1.00 ng/L以下，滿足測(cè)定要求。由于當(dāng)氦氣流量達(dá)到4.0 mL/min時(shí)，各同位素的信號(hào)強(qiáng)度損失嚴(yán)重。綜上，為了獲得較好的檢測(cè)靈敏度，本文采用碰撞模式，碰撞氣流速設(shè)為3.0 mL/min。

表3 不同氦氣流量下鍺同位素 背景等效濃度測(cè)定結(jié)果

在優(yōu)化的儀器條件下，本文采用103Rh作為內(nèi)標(biāo)，校正由樣品的基體效應(yīng)引起的干擾。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，103Rh元素濃度為5 μg/L時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度與濃度為10.00 μg/L的鍺同位素最大信號(hào)強(qiáng)度為同一數(shù)量級(jí)，實(shí)驗(yàn)選用濃度為5 μg/L的103Rh溶液作為內(nèi)標(biāo)溶液可有效降低基體效應(yīng)。

2.3 有機(jī)醇的類別及濃度對(duì)鍺元素信號(hào)強(qiáng)度的影響

為考察有機(jī)醇基體對(duì)元素的增敏效應(yīng)，實(shí)驗(yàn)選擇甲醇、乙醇、異丙醇、正丁醇、正戊醇等5種有機(jī)醇，配制濃度含量為1.00 μg/L鍺標(biāo)準(zhǔn)溶液(均含有體積分?jǐn)?shù)為1% 的HNO3)，含有機(jī)醇體積分?jǐn)?shù)分別為0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%、3.0%、3.5%、4.0%。含有機(jī)醇鍺標(biāo)準(zhǔn)溶液測(cè)定的信號(hào)強(qiáng)度與不含有機(jī)醇鍺標(biāo)準(zhǔn)溶液的信號(hào)強(qiáng)度的比值為有機(jī)醇的增敏系數(shù)，不同有機(jī)醇最大增敏系數(shù)見表4。結(jié)果顯示，5種有機(jī)醇基體對(duì)5種鍺同位素均有增敏現(xiàn)象，最大增敏系數(shù)為3.00。5種有機(jī)醇隨體積分?jǐn)?shù)和有機(jī)醇中碳原子數(shù)目的增加，對(duì)鍺的增敏系數(shù)也呈增加的趨勢(shì)。當(dāng)甲醇、乙醇體積分?jǐn)?shù)為4.0%，異丙醇、正丁醇、正戊醇體積分?jǐn)?shù)為3.5%時(shí)對(duì)鍺的增敏系數(shù)減少。這與文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果基本一致[18]。此外，由于過量的有機(jī)醇引入會(huì)導(dǎo)致炬管和錐上積碳而影響檢測(cè)，本文選擇引入體積分?jǐn)?shù)為3%的正戊醇作為增敏劑。

表4 不同有機(jī)醇對(duì)鍺元素的最大增敏系數(shù)

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

在優(yōu)化的儀器條件下，按實(shí)驗(yàn)方法處理樣品和試劑空白，連續(xù)測(cè)定試劑空白溶液11次，以11次空白值標(biāo)準(zhǔn)偏差3倍(3s)計(jì)算檢出限。由表5可知，72Ge、73Ge、74Ge等3種鍺同位素的檢出限分別為1.29、0.201、0.056 μg/kg，線性范圍5.00～1 000 ng/L，72Ge、73Ge、74Ge線性相關(guān)系數(shù)0.999 7～1.000，滿足相關(guān)檢測(cè)要求。而70Ge和76Ge線性相關(guān)系數(shù)不足0.999，檢出限較高，由于大部分食品中鍺含量較低，70Ge和76Ge兩種同位素不適用于食品中鍺痕量檢測(cè)的需求。

表5 線性相關(guān)參數(shù)及檢出限

2.5 方法精密度和準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

采用本文建立的方法，通過對(duì)蒜粉GBW10022(GSB-13)、玉米GBW10012(GSB-3)、河南小麥GBW10046(GSB-24)、豆角GBW10021(GSB-12)、綠茶GBW10052(GSB-30)、豬肝GBW10051(GSB-29)、紫菜GBW10023(GSB-14)等7種國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中鍺含量的 6 次平行測(cè)定來驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和精密度。結(jié)果見表 6，本方法測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中只有74Ge的測(cè)定值均在認(rèn)定值范圍內(nèi)，RSD為 2.5%～8.8%。除河南小麥中73Ge以外，其他標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中72Ge和73Ge均高于認(rèn)定值，高出認(rèn)定值的2.6～16.5倍。可能是由于72Ge同位素豐度比(27.40%)與144Nd2+(23.80%)同位素豐度比相當(dāng)，而幾種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中Nd、Sm的含量是Ge的3～22倍，檢測(cè)時(shí)受到144Nd2+、144Sm2+的干擾較為嚴(yán)重。73Ge的同位素豐度比只有7.8%，檢測(cè)靈敏度較低，同時(shí)受質(zhì)譜干擾較大，有報(bào)道顯示，Nd、Fe對(duì)72Ge和73Ge的干擾明顯[14]。綜上，選擇74Ge同位素作為目標(biāo)測(cè)試同位素，方法精密度好、準(zhǔn)確性高，能夠滿足芝麻中痕量鍺元素含量測(cè)定的檢測(cè)要求。

2.6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

為了進(jìn)一步考察所建方法的準(zhǔn)確度，分別對(duì)黑芝麻和白芝麻進(jìn)行低、中、高3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)加標(biāo)實(shí)驗(yàn)重復(fù)測(cè)定6次并計(jì)算相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表7。結(jié)果表明，加標(biāo)回收率范圍在92.0%～106%，RSD為 2.6%～4.3%，表明所建立的方法精密度和準(zhǔn)確度較好，滿足分析檢測(cè)要求。

表6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

表7 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.7 實(shí)際樣品檢測(cè)

隨機(jī)采購(gòu)市場(chǎng)中售賣20批次的芝麻樣品，根據(jù)芝麻籽粒顏色分為黑芝麻、白芝麻、黃芝麻、雜色芝麻。采用建立的方法對(duì)芝麻中的鍺元素含量進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)試樣重復(fù)測(cè)定3次，結(jié)果見表8。結(jié)果顯示，整體上，芝麻樣品中鍺含量較低，最高值為黑芝麻-5，僅有11.0 μg/kg。各顏色芝麻籽粒中的鍺元素含量平均值分別為白芝麻3.96 μg/kg、黑芝麻4.13 μg/kg、黃芝麻3.10 μg/kg、雜色芝麻3.99 μg/kg。各顏色芝麻籽粒中的鍺元素含量差異不明顯。

表8 市售芝麻樣品中的鍺元素檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)論

建立了微波消解-碰撞池-ICP-MS測(cè)定芝麻中鍺元素含量的方法。通過比較碰撞模式和標(biāo)準(zhǔn)模式下鍺同位素信號(hào)強(qiáng)度和背景等效濃度，確定氦氣流量為3.0 mL/min，碰撞模式可以去除大分子的多原子離子干擾，降低質(zhì)譜干擾。通過在線引入5.0 μg/L的103Rh作為內(nèi)標(biāo)，降低非質(zhì)譜的干擾。由于食品中鍺含量較低，采用體積分?jǐn)?shù)為3%的正戊醇作為增敏劑可增加74Ge的信號(hào)強(qiáng)度2.85倍，提高檢測(cè)靈敏度。對(duì)不同種類的生物成分國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定鍺元素，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)定值吻合。本方法檢出限低、精密度高、準(zhǔn)確性好，能夠滿足芝麻中痕量鍺元素含量的高通量檢測(cè)需求。此外，方法同樣適用于食品、農(nóng)產(chǎn)品等痕量鍺元素的測(cè)定。