強(qiáng)佳佳

（貴州省檢測技術(shù)研究應(yīng)用中心，貴州 貴陽 550000）

我國的地理?xiàng)l件和氣候情況十分適合煙草的生長，隨著經(jīng)濟(jì)的不斷增長和技術(shù)的進(jìn)步，當(dāng)前我國煙草種植的總面積、總產(chǎn)量、卷煙的生產(chǎn)量均位于世界首位，在全球卷煙生產(chǎn)總量中占比非常大，對世界卷煙市場有著至關(guān)重要的影響。煙草在國內(nèi)各省分布廣泛，在四川、湖南、湖北、云南、貴州、河南、安徽、江西、山東等省產(chǎn)量較高[1,2]。煙草是世界上種植最普遍的商業(yè)性非食物葉用經(jīng)濟(jì)作物，也是一種嗜好性的消費(fèi)品，煙草經(jīng)濟(jì)在許多國家的財政收入中占據(jù)重要的地位。雖然煙草行業(yè)不斷受到譴責(zé)，但在世界貿(mào)易競爭越來越激烈的今天，煙草的消費(fèi)量仍然保持很高的水平[3]。鈣、鎂、錳、鋅等元素含量是影響煙葉內(nèi)在品質(zhì)的重要因素之一，也是煙草生長發(fā)育過程中所必需的物質(zhì)，每種營養(yǎng)元素都有自己特殊的功能，煙葉質(zhì)量的高低受這些微量元素的豐缺所影響[4]。煙草中容易聚集一些有害元素，在吸煙者吸煙的過程中會伴隨煙氣進(jìn)入到人體內(nèi)，尤其是一些重金屬元素有可能給人體帶來各種影響，從而誘發(fā)一些嚴(yán)重的疾病，很多研究都已證明吸煙者體內(nèi)的有害金屬元素比不吸煙者體內(nèi)的要高出很多。所以研究煙草中微量元素等元素含量不僅和煙草的品質(zhì)密切相關(guān)，和煙草對人們身體健康的影響也密不可分。近年來，已經(jīng)有非常多的學(xué)者對微量元素進(jìn)行了研究分析，微量元素的檢測方法也是各具特色。微量元素的檢測方法有原子吸收光譜法（AAS）、分光光度法、熒光分析法（AFS），還有電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）、儀器中子活化分析（INAA）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICPMS）等。如方力等[5]利用分光光度法測定煙草中的鈣、鎂。 林雪飛等[6]用干法灰化法處理煙草樣品，再通過火焰原子吸收光譜法測定了煙葉中微量元素的含量?；厥章?7.62%～103.42%，方法準(zhǔn)確可靠。馮雷等[7]用原子吸收測定煙草中痕量汞，該實(shí)驗(yàn)采用流動注射和氫化物發(fā)生技術(shù)相結(jié)合進(jìn)行分析?；厥章?5.73%～102.8%，精密度2.80%。表明煙草中痕量汞適合用該方法進(jìn)行分析。賀與平等[8]采用ICP-AES 方法測定了煙草中的16 種元素，結(jié)果令人滿意。測定煙草中元素的方法各異，樣品的前處理方法也有很多。其中包括灰化法、消解法、超聲波提取和酸浸提法等。但以往的前處理方法用時較長，操作流程十分復(fù)雜，在消化過程中危險性很大，容易產(chǎn)生大量有毒氣體，也可能污染樣品，從而影響到檢測結(jié)果。

畢節(jié)地區(qū)的產(chǎn)煙量在我國煙草生產(chǎn)中占有很大的比重，所以針對畢節(jié)地區(qū)煙草中元素的測定，為煙草的營養(yǎng)平衡和質(zhì)量改進(jìn)提供了很好的參考，對改善畢節(jié)地區(qū)煙草品質(zhì)具有一定的意義。本實(shí)驗(yàn)通過參考、分析和總結(jié)各位學(xué)者的方法與經(jīng)驗(yàn)，選擇微波消解處理煙草樣品，并用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）儀來對煙草中元素的含量進(jìn)行定量分析。

1 選題研究的相關(guān)概念

1.1 微波消解法

和傳統(tǒng)的加熱方式不同，微波消解是將樣品放置在特制的消解罐中，加入適量的酸或混酸，然后再放入微波消解儀內(nèi)，利用微波輻射加熱分解樣品。此方法處理樣品具有以下優(yōu)點(diǎn)：消耗酸溶劑少，空白值低；溫度提高快，消解能力強(qiáng)，減少了溶樣時間；在避免樣品的損失和污染的同時提高了結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度；能減少酸霧對實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)人員的傷害。

1.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）發(fā)展于20 世紀(jì)80 年代，儀器使用高能電子流等轟擊樣品分子，使分子失去電子，變?yōu)檎姾傻姆肿与x子和碎片離子。這些不同離子具有不同的質(zhì)量，帶有不同電荷。質(zhì)荷比不同的的離子最后在磁場的作用下分時到達(dá)檢測器，產(chǎn)生不同的信號強(qiáng)度，從而鑒定樣品中該元素的含量。ICP-MS 的操作簡單方便，具有精密度高、檢出限低、基體效應(yīng)小、線性范圍寬等十分明顯的優(yōu)點(diǎn)，幾乎能夠分析地球上的所有元素。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器及試劑

主要實(shí)驗(yàn)儀器：Nexion300X 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（美國PE 公司）、Mars5 微波消解儀（美國CEM 公司）、AUY220 電子分析天平（日本島津）、UPT-II-40L 超純水機(jī)(成都超純水有限公司)、DHG-9070A 型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱（上海秣馬恒溫設(shè)備廠）、HH-4 型恒溫水浴鍋（江蘇金壇宏發(fā)儀器廠）、研缽（浙江常青化工有限公司），其余所用玻璃儀器均需要在10%稀硝酸溶液中浸泡過夜，洗烘后再進(jìn)行使用。主要實(shí)驗(yàn)試劑：超純水（＞18.2 MΩ cm-1）、65%硝酸(優(yōu)級純)、30%(v/v)過氧化氫（優(yōu)級純）、氬氣（Ar/99.999 %）、1%（v/v）硝酸溶液、混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液：Fe、Mn、Ca、Mg、Cu、Zn（C = 1.0 g/L 美國PE 公司）Cr、Pb、Cd、Ni、As（C = 10 mg/L 美國PE 公司）、混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液：Fe、Mn、Ca、Mg、Cu、Zn（C = 0.1 g/L 美國PE 公司）Cr、Pb、Cd、Ni、As（C = 1.0 mg/L 美國PE 公司）、質(zhì)譜調(diào)諧液：Be、Ce、Fe、In、Li、Mg、Pb、U（C = 1.0 μg/L 美國PE 公司）、內(nèi)標(biāo)溶液：Sc、Ge、Y、In、Tb、Bi（C= 1.0 μg/L 美國PE 公司）。

2.2 實(shí)驗(yàn)操作

2.2.1 采樣與制備樣品

分別在赫章、畢節(jié)、黔西、大方、威寧五個地區(qū)進(jìn)行采樣。在40℃下烘干去梗后的樣品24 h，然后將樣品用研缽研碎。用80 目標(biāo)準(zhǔn)分樣篩將粗顆粒篩出后，將過了分樣篩的樣品放入試樣袋中，置于干燥器中干燥保存?zhèn)溆谩?/p>

2.2.2 樣品處理

準(zhǔn)確稱取0.3000 g(± 0.0001 g)樣品，加入6 mL HNO3、1 mL H2O2的混酸消解液置于消解罐中，用微波消解儀消解完成后，取出消解罐時儀器內(nèi)溫度需低于60℃。將消解罐置于恒溫水?。?00℃）中進(jìn)行趕酸，待罐中消解液剩余0.5 mL 左右時取下，用超純水沖洗轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中并定容，并全程做試劑空白。

2.2.3 配制標(biāo)準(zhǔn)系列溶液

吸取混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，用1%（v/v）硝酸溶液配制成Fe、Mn、Ca、Mg、Cu、Zn 濃度分別為0.0 μg/mL、0.5 μg/mL、1.0 μg/mL、5.0 μg/mL、10.0 μg/mL、50.0 μg/mL；Cr、Pb、Cd、Ni、As 濃度分別為0.0 ng/mL、5.0 ng/mL、10.0 ng/mL、50.0 ng/mL、100.0 ng/mL、500.0 ng/mL 的 標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

2.2.4 測定方法

用ICP-MS 儀測定元素含量， 先利用調(diào)諧液對儀器條件進(jìn)行優(yōu)化，次序?yàn)榫婀芪恢?、霧化器流量、自動離子鏡，使儀器靈敏度達(dá)到要求，滿足雙電荷Ce++/Ce ＜3%，氧化物CeO/Ce ＜3%。儀器使用參數(shù)見表1。

表1 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）使用參數(shù)

2.2.5 元素分析質(zhì)量的選擇和標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、方法檢出限、方法精密度測試

待各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到測試要求，儀器正常運(yùn)作，可編輯測定方法、選擇好測定元素，引入在線內(nèi)標(biāo)，再檢驗(yàn)各項(xiàng)指標(biāo)，待符合要求后，將試劑空白、標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、樣品溶液分別注入儀器。選擇各元素測定質(zhì)量，輸入各參數(shù)，然后用計算機(jī)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計算回歸方程與相關(guān)系數(shù)。結(jié)果顯示，11 種元素測定后所繪制的標(biāo)準(zhǔn)曲線，線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為：0.9991 ～1.0000。以1%（v/v）硝酸作空白，再以1%（v/v）硝酸作為溶液重復(fù)測量11 次，以其標(biāo)準(zhǔn)偏差的3 倍所對應(yīng)的濃度值，即為檢出限，精密度用相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD%）表示。按照2.2.2 方法制樣，并用上述試驗(yàn)方法進(jìn)行檢測，平行測定11 次得出相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表2。

表2 檢出限和精密度測試結(jié)果

2.2.6 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

在選定實(shí)驗(yàn)條件下，將微波消解處理后的煙草樣品用ICP-MS 儀進(jìn)行測定，同時將加入計算量標(biāo)準(zhǔn)溶液的樣品，按同一操作步驟和方法對煙草中所測的部分元素進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示所有元素加標(biāo)回收率在90%～108.6%之間，均滿足實(shí)驗(yàn)要求。

2.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

使用微波消解法處理樣品，在設(shè)定實(shí)驗(yàn)條件下用ICPMS 儀測定五個不同地區(qū)煙草中的元素并進(jìn)行比較。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3。

表3 畢節(jié)地區(qū)煙草中的元素的含量

2.3.1 結(jié)果分析

由表3 可看出畢節(jié)、黔西、大方、威寧所測樣品中元素含量較高的為Ca、Mg、Fe、Mn，赫章所測樣品中Cu的含量要高于Mn。以國內(nèi)卷煙工業(yè)企業(yè)對煙葉中的元素的要求編制表4。

表4 煙草中的元素評價指標(biāo)

①銅元素的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出大方縣和威寧縣的煙草中銅含量處于一個適中的水平，赫章縣的煙草銅含量處于較高水平，而畢節(jié)縣和黔西縣的煙草銅含量分別處在低和較低水平。銅是煙葉中銅氧化酶的組成成分，對減緩煙葉生長期有著重要的作用，并且當(dāng)煙葉缺乏銅元素時，煙株生長瘦弱，新葉失綠發(fā)黃，呈凋萎干枯狀，葉片容易壞死。②鋅元素的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，黔西縣、大方縣和威寧縣的煙草鋅含量都在適中的水平，而赫章縣和畢節(jié)縣則在高含量范圍。③錳元素的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，除赫章縣的煙草錳元素含量較低外，其余四個采樣點(diǎn)的錳元素含量全部偏高。④鐵元素的含量。根據(jù)鐵元素含量的分布可以看出畢節(jié)地區(qū)的煙草鐵含量都處于高和較高水平并且差異幅度較大，這與全球其他國家和我國煙草中鐵元素含量的差異幅度基本相同。⑤鈣元素的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知所測樣品中的鈣大多處于適中水平，其中黔西縣的采樣鈣含量處于較低水平。威寧縣的采樣鈣含量處于較高水平。⑥鎂元素的含量。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，赫章縣、黔西縣和威寧縣的煙草鎂含量較低，畢節(jié)的鎂含量較高，而大方縣則處在適中的水平。鎂元素對煙草生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)有著非常重要作用[9,10]，煙葉在調(diào)制后呈暗灰色并且毫無光澤、無彈性、煙葉油分差是嚴(yán)重缺乏鎂元素的表現(xiàn)[11]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明畢節(jié)地區(qū)煙草的鎂含量處于偏低水平，所以在煙葉的種植過程中需要注意鎂肥的施用，方法包括通過適量增施含鎂肥料來加強(qiáng)土壤中鎂的含量及其有效性。應(yīng)使煙株生長的環(huán)境營養(yǎng)更加均衡，進(jìn)一步提高煙草品質(zhì)。此外，煙草在生長過程中會吸收土壤中Ni、Cd、As、Pb、Cr 等有害重金屬元素[12-15]，例如鎘會隨著煙霧被吸煙者吸入體內(nèi)，還會伴隨環(huán)境侵入周圍未吸煙人群體內(nèi)。有研究表明不吸煙者體內(nèi)鎘元素的含量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于吸煙者[16,17]。而鎘、鎳等有害微量元素也早已被國際癌癥研究署（IARC）定為煙草中的強(qiáng)致癌元素[18]，危害著人們的身體健康。

3 結(jié)論

本文通過微波消解法處理煙草樣品，并用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀對赫章、畢節(jié)、黔西、大方、威寧五地收集的樣品中的11 種元素含量進(jìn)行定量分析，測定結(jié)果表明煙草中含量較高的元素依次是Fe、Mn、Zn、Ca、Cu，檢出限為0.026～1.094 ng/mL ，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.33%～4.06%，各元素的加標(biāo)回收率在90%～108.6%之間，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法便捷、準(zhǔn)確、靈敏，適用于同時測定煙草中的多種元素。元素的測定結(jié)果可為煙草種植培育過程中所采取措施提供依據(jù)，從而提高畢節(jié)地區(qū)煙草的品質(zhì)，提高經(jīng)濟(jì)效益。