ICP-MS法测定大米中铬、砷、镉、汞、铅的含量

ICP-MS法测定大米中铬、砷、镉、汞、铅的含量

江晓倩

杭州杭美质量技术服务有限公司 浙江省杭州市 311100

摘要：微波消解技术是当前样品前处理的主要手段，具有试剂消耗低、试剂空白少、几乎不损失分析元素等优点，已广泛应用于食品、药品、土壤等检测领域。电感耦合等离子体质谱法是近年来最重要的元素分析方法，除分析速度快、线性范围宽、灵敏度高的优点外，还具有两个显著的优点：绝对定量能力及多组分同时分析能力，应用广泛。基于此，本文详细分析了ICP-MS法测定大米中铬、砷、镉、汞、铅的含量。

关键词：ICP-MS；大米；铬；砷；镉；汞；铅

食品安全是当前社会普遍关注的热点问题，金属污染是威胁食品安全的主要原因。我国是水稻生产与消费大国，全国近60%人口以大米为主粮。持续不断的重金属污染事件给人们带来了健康问题，对人体毒害最大、在环境污染研究中报道最多的重金属包括铬、砷、镉、汞、铅，其中，铬、砷和镉可导致人类癌症，已被国际癌症研究机构(IARC)列为人类致癌物(一类致癌物)；汞与铅会对消化系统、神经系统和血液系统造成严重损害，所以大米中铬、砷、镉、汞、铅等元素的测定对控制及评价大米中重金属污染意义重大。

一、铬、砷、镉、汞、铅相关概述

铬的元素符号为Cr，属于元素周期表中VIB族金属元素，原子序数24，原子量51.996，密度7.19g/cm³，熔点1857±20℃，沸点2672℃。体心立方晶体，常见化合价为+3、+6和+2，电离能为6.766电子伏特。铬是一种银白色金属，质极硬而脆，耐腐蚀；属不活泼金属，常温下对氧和湿气稳定。

砷元素符号As，是一种非金属元素，在化学元素周期表中位于第4周期、第VA族，原子序数33，单质以灰砷、黑砷和黄砷这三种同素异形体的形式存在。

镉化学符号Cd，原子序数48。单质为银白色金属，熔点320.9℃，沸点765℃，密度8650kg/m3。共毒性大，被镉污染的食物对人体危害严重，且在人体内代谢较慢。

汞的元素符号为Hg，在化学元素周期表中位于第6周期、第IIB族，第80位，是银白色闪亮的重质液体，化学性质稳定，不溶于酸也不溶于碱。汞常温下即可蒸发，汞蒸气和汞的化合物多有剧毒。

铅是一种金属化学元素，元素符号Pb，原子序数为82，原子量为207.2，熔点327℃，沸点1740℃，是原子量最大的非放射性元素，位于第六周期ⅣA族。

二、仪器与试剂

仪器：Agilent 7700X电感耦合等离子体质谱仪、微波消解仪。试剂：Cr、As、Cd、Pb混合溶液标准物质(1g/mL)；Hg单元素溶液标准物质(100g/mL)；大米生物成分分析标准物质；Li、Mg、Y、Ce、Tl、Co质谱调谐液浓度(1g/L)；Li、Sc、Ge、Rh、In、Tb、Lu、Bi混合内标溶液(100mg/L)；硝酸为优级纯；水是纯净水；试验样品为大米。

三、方法

1、ICP-MS测定工作条件。采用四级杆碰撞反应池技术，有效减少多原子离子的干扰，确保156CeO+/140Ce＜1.5%，双电荷70Ce2+/140Ce＜3%，优化的ICP-MS工作参数为：PF功率1300W；等离子气流量15L/min；载体流量1.0L/min；雾化温度2℃；蠕动泵0.2rps；样品提升速率0.5mL/min；积分时间0.6s；内标元素及质量数45Sc、72Ge、115In、209Bi；测定同位素及质量数52Cr、75As、114Cd、202Hg208Pb；数据采集方式为全定量。

2、溶液的制备

①供试溶液的制备。取适量大米粉碎，通过80目筛，精密称定0.5g样品于消化内罐中，加入8mL硝酸，混匀，浸泡过夜，安装消解罐，放入微波解化仪，按以下程序消解：功率800W、爬升时间03：00～10：00、保持时间03：00～20：00、温度130～190℃。消解后，若温度低于60℃，则取出消解罐，将消解内罐置于100℃的电热板上，使酸干燥，用少量水洗涤消解内罐，转移消化液，并定容到50mL量瓶中，同时做试剂空白及对照标准物质溶液。

由于ICP-MS的高灵敏度、低检出限及对试验器皿洁净与试剂纯度的高要求，为避免标准液及样品的交叉污染、样品空白值高问题，试验使用了由四氟乙烯材料制成的容量瓶和标准液瓶，样品瓶和空白瓶分别标识专用。

②标准系列溶液的制备。Cr、As、Cd、Pb混合溶液标准物质用5%硝酸溶液制备成浓度为0、5、10、20、50、100、200ng/mL的标准系列溶液。Hg单元素溶液标准物质用5%硝酸稀释，制成浓度为：0、0.2、0.5、1、2、5、10ng/mL标准系列溶液(使用前配制)。

3、绘制标准曲线。使用1.0mg/mL在线内标溶液，将标准系列溶液进机测定，测得工作曲线方程如表1所示。结果表明，各元素的线性关系良好。

表1  标准曲线及线性范围

4、检出限。取11次平行测定试剂空白溶液结果，根据三倍噪声计算检出限，Cr、As、Cd、Hg和Pb检出限分别为：2.65、5.43、3.68、0.05、0.36

g/kg。

5、加标回收和精密度试验。精密称定大米标准物质0.5g，分别加入三种不同浓度的标准溶液，且每种添加水平重复三次，其加标回收率和精密度结果见表2。结果表明该方法稳定性较好。

表2  加标回收率及精密度

6、方法准确性试验。使用大米标准物质作为参考值，以评价该方法的准确性。结果见表3，测定结果在标准值范围内，表明本方法测定数据可靠。

表3  大米标准物质的标准值及实际测定值(n=3)

四、结论

目前，根据食品安全国家标准《食品中污染物限量》，大米中铬、砷、镉、汞和铅的限量指标为1.0、0.2、0.2、0.02、0.2，标准方法是石墨炉原子吸收法(GF-AAS)测定铬、镉和铅，原子荧光法(AFS)测定砷及汞。在该实验中，ICP-MS能同时测定所有待测元素，简单、快速，并克服了其他分析技术对元素的单一分析和耗时长缺点，大幅提高了检测效率。

参考文献：

[1]侯韬乔.电感耦合等离子体质谱法测食品中的铅、镉、砷、汞[J].中国卫生检验杂志，2016，17(09):1707-1708.