微波消解-ICP-MS 法测定羊体各部位稀土分布
时间：2018-12-10 阅读：1085
文章来源--厦门碧帆仪器设备有限公司。美国PE，岛津，戴安，赛默飞全线耗材*，常用耗材常备库存。
微波消解-ICP-MS 法测定羊体各部位稀土分布
随着人们生活水平的不断提高，人们对肉、蛋、奶等动物源食品质量要求也越来越高，由于饲料中含有微量元素及有害金属元素，长期使用会在动物体内累积，直接对食用者产生危害。因此食品中的重金属等元素残留量的检测越来越得到人们重视。同样随着稀土微肥和稀土饲料等稀土产品在农业的广泛应用，稀土元素在食品中含量检测引起人们广泛重视。在这方面报道
的文献较多。王培龙等[1]用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)同时测定饲料中稀土元素镧(La)和铈(Ce)的方法，La和Ce检出限分别为26.2和6.47 ng/kg ，线性相关系数为1.0000, 其回收率≥77.8，相对标准偏差(RSD)≤8.5％。李秀丽等[2]应用微波消解溶样，石墨炉原子吸收光谱法测定大米中的Fe、Na、Cu、Pb、As和cd等多种元素。测定元素线性相关系数均在0.9998以上。用该方法测定标准物质GBW(E)080684大米粉，结果满意。肖新峰等[3]将茶叶标准物GBW10016(GSB-7)进行微波消解，在石墨炉原子吸收上测定铅，相关系数r=0.9995，检出限为
1.2 ug/L。对不同茶叶样品测定，相对标准偏差(RSD)在0.57％～2.67％之间。另有文献报道，采用微波消解溶样，ICP—MS法测定大米、茶叶样品中l5种稀土元素(La、Ce、Pr、Nd、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Lu、Y)含量，检测方法的准确度达90％～110％ ，相对标准偏差(RSD)<8％ ，仪器检出限为50～70 ng/kg[4-6]。微波消解法对牛奶和羊肉样品进行前处理，再用石墨炉原子吸收分光光度法测定其中铅的含量。该法测定的线性范围在0～40 ng／mL，相
关系数r=0.9997，羊肉和牛奶样品加标回收率为91％～94％[7]。
食品等有机样品的前处理方法，一般采用压力消解罐消解法、干法灰化、过硫酸铵灰化法、湿
式消解等方法，但这些方法需要浸泡过夜或者炭化、灰化等繁杂的过程，实验周期较长，有时
还需要再处理，使检测时间更长，也影响检测的准确度[8]。微波消解法优点是消解速度快，试
剂用量少，大大减少易挥发元素的损失和实验环境对样品的污染，降低了空白值，提高了方法
的灵敏度和准确度[9]。本文利用微波消解对羊身体各个部位进行消化处理，ICP-MS法直接测定其稀土总量，考察分布情况。
1 实验部分
1.1 仪器
1.1.1 DRC-e 型电感耦合等离子体质谱仪（Perkin Elmer 公司），仪器工作参数见表 1。
|
| 表 1 | 仪器工作参数 |
|
|
|
|
|
|
| |
| 电感耦合等离子体参数 | 测量参数 |
|
| |
|
|
|
|
|
|
| RF 功率 | 1100 W | 分辨率（10％峰高） | (0.70±0.1) u |
|
| 等离子气流量 | 15 L/min | 测量方式 | 跳峰 |
|
| (Ar)： |
| |||
|
|
|
|
| |
| 辅助气流量(Ar)： | 1.2 L/min | 测量点/峰 | 1 |
|
| 雾化气流量(Ar)： | 0.82 L/min | 扫描次数 | 10 |
|
| 分析室真空 | 1×10-7torr | 停留时间 | 50 ms/次 |
|
| 接口参数 |
| 重复次数 | 2 |
|
| 采样锥孔径(Ni) | 1.1 mm | 样品提升量 | 1.2 mL/min |
|
| 截取锥孔径(Ni) | 0.9 mm | / | / |
|
|
|
|
|
|
|
1.1.2 Multiwave 3000微波消解仪
1.2 试剂
硝酸（优级纯）；过氧化氢（优级纯）；单一内标储备液：铑、铟、铯、均为 100
µg/mL；混合内标储备溶液：1mL 分别含 0.25 µg 的铑、铟、铯；单一稀土标准储备液：
均为 1000 µg/mL；混合稀土标准储备液：1mL 含各单一稀土分别为 1.00μg。
1.3 样品处理及标准工作曲线的配制
将用添加稀土饲料喂养的羊宰杀后，选取羊体各部位样品称重后，经自然风干，用破碎机破碎成粉末（羊毛用水进行清洗烘干，羊骨用氢氧化钠处理附着在表面的肉，掏空骨髓，洗净，自然风干）。称取 0.5g（至 0.0001g）制好的试样于消解罐中，加入 10mL 硝酸，1mL 过氧化氢，按设定好的消解程序进行消解。冷却，移入 25mL 容量瓶中，加入 1.00 mL 混合内标溶液，以水稀释至刻度，摇匀，待测。随试样做空白。
准确移取0、 0.10、0.20、1.00、2.00、5.00 mL混合稀土标准溶液于6个100 mL容量瓶中，加入1.00 mL混合内标溶液，加1mL硝酸，稀释至刻度，混匀，待测。此标准系列工作曲线溶液浓度为1 mL含各单一稀土分别为0、1.00、2.00、10.0、20.0、50.0 ng。待测。
1.4 计算公式
按下式计算试料中各稀土元素的质量分数，数值以 ug/g 表示：
w(M ) = (ρ1 − ρ 0) × V × V 1 ×100
m0 × v2 ×103
式中：
ρ1----试液中待测稀土离子的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）；
ρ0----随同试样空白中待测稀土离子的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）；
V----试液总体积，单位为毫升（mL）；
V1----试液测定的体积，单位为毫升（mL）；
V2----试液移取的体积，单位为毫升（mL）；
m0----试样重，单位为克（g）；
M----代表被测稀土元素。
稀土总量=各个稀土元素含量相加之和。
2 结果与讨论
2.1 测量同位素的选择
选择质量数丰度高且无干扰的测定质量数，轻稀土元素的氧复合离子、氢氧复合离子等
对后面的重稀土元素同位素有干扰，但考虑到各个元素的含量较低，干扰可以忽略，所以选择
丰度较高同位素来进行测定，选择的同位素见表 2。
表 2 测量质量数的选择
元素 | Y | La | Ce | Pr | Nd | Sm | Eu | Gd | Tb | Dy | Ho | Er | Tm | Yb | Lu |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
质量数 | 89 | 139 | 140 | 141 | 146 | 147 | 153 | 160 | 159 | 163 | 165 | 166 | 169 | 174 | 175 |
丰度/% | 100 | 99.9 | 88.5 | 100 | 17.6 | 15.0 | 52.2 | 21.9 | 100 | 24.9 | 100 | 33.6 | 100 | 31.8 | 97.4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.2 微波消解仪条件的选择
在溶解有机基体时，需要强酸加强氧化剂共同作用。如盐酸、王水、高氯酸，然而它们对
于有机样品的溶解效果并非蕞佳。硫酸和磷酸易于样品的溶解，但它们的粘滞性会影响样品的
传输，如果长时间喷入，会严重腐蚀镍采样锥。因此，在实验中尽量避免选择这些酸。
浓硝酸可将许多样品中的元素释放出来，并且等离子体所夹带的空气中已有硝酸的组成元
素，所以加入硝酸后，由氢、氮、氧形成的一些多原子离子并未显著增加．因此，硝酸通常被
认为是ICP-MS分析理想的酸介质 ，双氧水是一种弱酸性氧化剂，在较低温度下即可分解成
高能态活性氧，适于降解某些有机物，与浓硝酸共用，可以大大提高混合液的氧化能力，*
破坏有机物。
微波消解系统采用温度和压力传感器配置，通过温度、时间和功率设置来控制消解过
程．根据微波消解仪器厂商的推荐，微波消解系统的微波程序通常包括升温和恒温阶段，这两
个阶段与功率和时间有关联，加之硝酸和过氧化氢，设计正交试验表L9(34)，考虑因素和水平
见表3，(以羊肉为例)。 |
|
|
|
|
|
| ||||
|
|
|
|
| 表3 | 因素水平表 |
|
|
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 试验因素 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 水 | 功率 | 升温时间 |
| 平衡时间 | 硝酸的用量 | 过氧化氢的用量 |
| |
|
| 平 | （W） | （min） |
| （min） | （mL） | (mL） |
| |
|
|
|
|
|
| |||||
|
|
|
| A | B |
| C | D | E |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
| 600 | 20 |
| 10 | 7 | 1 |
| ||
2 |
| 1000 | 8 |
| 15 | 10 | 0.5 |
| ||
3 |
| 800 | 10 |
| 20 | 6 | 2 |
| ||
4 |
| 1200 | 15 |
| 5 | 9 | 1.5 |
| ||
|
|
|
|
|
|
|
|
| ||
|
| 实验方案见表4 |
|
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
| 表4 实验方案 |
|
|
| ||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| |
|
| 试验号 | A | B | C | D | E | 结果REO/ug/g |
| |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
| 1 | 2 | 3 | 3 | 2 | 0.11 |
| ||
2 |
| 2 | 4 | 1 | 2 | 2 | 0.31 |
| ||
3 |
| 3 | 4 | 3 | 4 | 3 | 0.22 |
| ||
4 |
| 4 | 2 | 1 | 1 | 3 | 0.42 |
| ||
5 |
| 1 | 3 | 1 | 4 | 4 | 0.31 |
| ||
6 |
| 2 | 1 | 3 | 1 | 4 | 0.36 |
| ||
7 |
| 3 | 1 | 1 | 3 | 1 | 0.14 |
| ||
8 |
| 4 | 3 | 3 | 2 | 1 | 0.29 |
| ||
9 |
| 1 | 1 | 4 | 2 | 3 | 0.16 |
| ||
10 |
| 2 | 3 | 2 | 3 | 3 | 0.24 |
| ||
11 |
| 3 | 3 | 4 | 1 | 2 | 0.20 |
| ||
12 |
| 4 | 1 | 2 | 4 | 2 | 0.40 |
| ||
13 |
| 1 | 4 | 2 | 1 | 1 | 0.23 |
| ||
14 |
| 2 | 2 | 4 | 4 | 1 | 0.19 |
| ||
15 |
| 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 0.36 |
| ||
16 |
| 4 | 4 | 4 | 3 | 4 | 0.27 |
| ||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
（1）计算Ki值。Ki为同一水平之和。以列A因素为例：
K1=0.11+0.31+0.16+0.23=0.81
K2=0.31+0.36+0.24+0.19=1.10
K3=0.22+0.14+0.20+0.36=0.98
K4=0.42+0.29+0.40+0.27=1.38
（2）计算各因素同一水平的平均值Ki。
K1=0.20，K2=0.28，K3=0.25，K4=0.34
（3）计算各因素的极差R，R表示该因素在其取值范围内试验指标变化的幅度。
R=max（Ki）-min（Ki）
（4）根据极差大小，判断因素的主次影响顺序。R越大，表示该因素的水平变化对试验指标
的影响越大，因素越重要。
（5）选优组合，即根据各因素各水平的平均值确定优水平，进而选出优组合。
实验结果见表5。
表5 实验结果
试验号 | A | B | C | D | E | 结果REO/ug/g |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 | 1 | 2 | 3 | 3 | 2 | 0.11 |
|
2 | 2 | 4 | 1 | 2 | 2 | 0.31 |
|
3 | 3 | 4 | 3 | 4 | 3 | 0.22 |
|
4 | 4 | 2 | 1 | 1 | 3 | 0.42 |
|
5 | 1 | 3 | 1 | 4 | 4 | 0.31 |
|
6 | 2 | 1 | 3 | 1 | 4 | 0.36 |
|
7 | 3 | 1 | 1 | 3 | 1 | 0.14 |
|
8 | 4 | 3 | 3 | 2 | 1 | 0.29 |
|
9 | 1 | 1 | 4 | 2 | 3 | 0.16 |
|
10 | 2 | 3 | 2 | 3 | 3 | 0.24 |
|
11 | 3 | 3 | 4 | 1 | 2 | 0.20 |
|
12 | 4 | 1 | 2 | 4 | 2 | 0.40 |
|
13 | 1 | 4 | 2 | 1 | 1 | 0.23 |
|
14 | 2 | 2 | 4 | 4 | 1 | 0.19 |
|
15 | 3 | 2 | 2 | 2 | 4 | 0.36 |
|
16 | 4 | 4 | 4 | 3 | 4 | 0.27 |
|
K1 | 0.81 | 1.06 | 1.18 | 1.21 | 0.85 | / |
|
K2 | 1.1 | 1.08 | 1.23 | 1.12 | 1.02 | / |
|
K3 | 0.98 | 1.04 | 0.98 | 0.76 | 1.04 | / |
|
K4 | 1.38 | 1.03 | 0.82 | 1.12 | 1.30 | / |
|
K1 | 0.20 | 0.27 | 0.30 | 0.3 | 0.21 | / |
|
K2 | 0.28 | 0.27 | 0.31 | 0.28 | 0.26 | / |
|
K3 | 0.23 | 0.26 | 0.25 | 0.19 | 0.26 | / |
|
K4 | 0.35 | 0.26 | 0.21 | 0.28 | 0.33 | / |
|
极差R | 0.15 | 0.01 | 0.10 | 0.11 | 0.12 | / |
|
因素主次顺 |
|
| A>E>D>C>B |
|
|
| |
序 |
|
|
|
|
| ||
|
|
|
|
|
|
| |
优水平 | A4 |
| C2 | D1 | E4 |
|
|
优组合 |
|
| A4 C2 | D1 E4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
表 5 是对羊肉的实验，从表中可以看出升温时间对结果没有影响，选出的蕞佳消解条件：
A4 C2 D1 E4。对羊身其它部分进行相同实验，得出总的消解条件：功率：1200W，升温时间：
15min，平衡时间：15min，硝酸用量：7.0mL，过氧化氢：1.0mL。通过蕞佳条件选择 IR 温度
是 175℃。但考虑到消解过程中压力会很大，先设定一个预消解程序：功率：800W，升温时间：
15min，平衡时间：15min。所以终消解程序见表 6。表 6 消解条件
| Power（W） | Ramp（min） | Hold（min） | IR（℃） | HNO3（mL） | H2O2（mL） |
|
|
|
|
|
|
|
| 800 | 15 | 15 | 175 | 7.0 | 1.0 |
| 1200 |
| 15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2.3 等离子质谱功率和载气流量的选择
分别变换不同的功率和载气流量，测定信号值，把功率为1100W、载气流量0.80L/min获得的信号作为1，计算其它功率和载气流量下获得的信号。结果表明：功率、载气流量变化时对被测元素信号相对应值有明显的影响，同时内标元素也发生相应变化，内标元素可以起到校正作用，考虑到RF发生器的功率管使用寿命、灵敏度、椎体记忆效应的影响，选择功率为1100W、载气流量0.82L/min。
2.4 酸度试验
本实验考察了溶液酸度对测定结果的影响。加入混合稀土标液和内标溶液各 10ng/mL。分别加入不同量的硝酸，测定其信号值，把 1%硝酸酸度获得的信号作为 1，计算其它酸度下获得的信号。结果表明：溶液酸度在 5%以内各酸度对测定结果基本没有明显影响考虑到酸度大时引入空白和对仪器的腐蚀作用，所以选择 1%硝酸酸度做为测定时的酸度。
2.5 基体实验
羊肉和羊内脏都是脂肪—碳链组成的，经过微波消解后，样品转化为气体和水，基体几乎
没有，对测定结果没有影响。
2.6 内标元素选择和回收率实验
试验了 Rh、In、Cs 和 Tl 分别作为内标元素。在样品消解前加入 5ng/mL 的混合稀土标液，
分别采用不同内标来进行计算（计算时要减去本底值），统计回收率。结果见表 7。
|
| 表 7 | 内标元素选择和回收率实验 |
| 单位：% |
| ||||
|
|
|
|
|
|
| ||||
| 同位素 |
| 内标元素 |
|
|
| ||||
| Tl | Rh | In | Cs |
| |||||
|
|
| ||||||||
|
|
|
|
|
|
| ||||
| 89Y | 96 | 106 | 101 | 102 |
| ||||
| 139La | 97 | 94 | 100 | 101 |
| ||||
| 140Ce | 93 | 94 | 100 | 101 |
| ||||
| 141Pr | 94 | 93 | 98 | 100 |
| ||||
| 146Nd | 95 | 96 | 102 | 103 |
| ||||
| 147Sm | 94 | 98 | 104 | 102 |
| ||||
153Eu | 92 | 99 | 104 | 101 |
| |||||
160Gd | 93 | 101 | 104 | 99 |
| |||||
159Tb | 97 | 96 | 101 | 103 |
| |||||
163Dy | 98 | 99 | 103 | 102 |
| |||||
165Ho | 99 | 93 | 103 | 98 |
| |||||
166Er | 102 | 101 | 105 | 101 |
| |||||
169Tm | 101 | 102 | 106 | 98 |
| |||||
174Yb | 94 | 95 | 102 | 99 |
| |||||
175Lu | 98 | 97 | 99 | 100 |
| |||||
结果表明： 4 种内标元素的回收率在 92~106%之间，效果都很好。从单个内标元素看，以 Cs 作为内标获得的回收率波动范围小，因此，选择 Cs 作为内标来进行实验。
2.7 检出限和测定下限
测定空白溶液 11 次，统计信号强度计算标准偏差，以 3 倍的标准偏差作为检出限，10 倍的标准偏差作为测定下限，各元素检出限和检测下限统计结果见表 8。
| 表 8 | 方法检出限和检测下限 | 单位：ng/mL |
|
|
|
|
| 同位素 | 检出限 | 检测下限 |
|
|
|
|
| 89Y | 0.0033 | 0.011 |
| 139La | 0.010 | 0.033 |
| 140Ce | 0.012 | 0.040 |
| 141Pr | 0.013 | 0.043 |
| 146Nd | 0.022 | 0.073 |
| 147Sm | 0.017 | 0.056 |
| 153Eu | 0.026 | 0.086 |
| 160Gd | 0.012 | 0.040 |
| 159Tb | 0.019 | 0.063 |
| 163Dy | 0.0012 | 0.0040 |
| 165Ho | 0.0035 | 0.012 |
| 166Er | 0.025 | 0.083 |
| 169Tm | 0.0065 | 0.021 |
| 174Yb | 0.018 | 0.059 |
| 175Lu | 0.026 | 0.086 |
2.8精密度实验
为了考察本方法的精密度， 对实际样品（以羊肉为例）分别进行了 6 次重复测定，统计平均值和相对标准偏差，统计结果见表 9。
|
|
| 表9 精密度实验 |
|
| 单位：ug/g |
| |||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
元素 |
|
| 次定次数 |
|
| 平均值 | RSD/% |
| ||
|
|
|
|
|
|
|
| |||
1 | 2 | 3 | 4 |
| 5 | 6 |
| |||
|
|
|
|
| ||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
REO | 0.10 | 0.11 | 0.11 | 0.11 |
| 0.11 | 0.10 | 0.11 | 4.84 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
结果表明：精密度良好，RSD<5%。 |
|
|
|
|
|
|
| |||
2.9 羊体不同部位稀土的比较
为了考察稀土元素在不同位置的富集情况，检测了不同羊体内毛、心、肝、肺、肾、血液、
脾、肉、骨等稀土总量测定结果。统计结果见表10。
|
|
| 表10 不同部位REO的结果比较 |
| 单位：ug/g | ||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
羊编号 | 羊毛 | 心 | 肝 | 肺 | 肾 | 血 | 脾 | 肉 | 骨 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 | 3.68 | 0.18 | 0.43 | 0.11 | 0.31 | 0.048 | 0.060 | 0.10 | 0.56 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2 | 4.00 | 0.17 | 0.37 | 0.10 | 0.27 | 0.051 | 0.074 | 0.20 | 0.43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3 | 2.92 | 0.24 | 0.36 | 0.089 | 0.31 | 0.036 | 0.058 | 0.16 | 0.43 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 | 4.48 | 0.15 | 0.44 | 0.10 | 0.34 | 0.060 | 0.082 | 0.13 | 0.46 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5 | 3.81 | 0.15 | 0.41 | 0.093 | 0.26 | 0.042 | 0.063 | 0.18 | 0.51 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
由表10可知：稀土主要富集在羊毛、骨上，可以增加羊的毛长和骨密质的增加，增加羊的
抗寒能力和抗病能力。另外稀土在肝脏和肾脏的分布较高，这和肝脏的解毒功能密切相关，大
部分稀土从肾脏排出体外，因此在这些部位分布较高。稀土在肉里面的分布相对较少，这也正
是我们用稀土添加饲料喂养羊所希望看到的结果。
3 结论
采用硝酸—过氧化氢体系微波消解溶样法，可以快速消解样品。ICP-MS法测定稀土总量，
回收率为98.00-103.0%，检测下限为0.0040-0.86ng/mL，精密度RSD<5%。简便、快速。通过实
际样品测定，统计了稀土在羊体内不同部位的累积和分布情况，稀土在羊毛、骨骼里面累积，
在肝脏和肾脏分布相对较高，而在羊肉里面分布相对较少。
文章来源--厦门碧帆仪器设备有限公司。
美国PE，岛津，戴安，赛默飞全线耗材*，常用耗材常备库存。
石墨管，元素灯，无极放电灯，泵管，样品杯，基体改性剂，色谱柱，进样针，采样锥，截取锥，O型圈，雾室，过滤器等