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上海斯邁歐分析儀器有限公司
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安捷倫8900 ICP-MS在日常食品分析中的優勢
2024-12-20 閱讀(50)
前言 食品安全問題越來越引起人們的關注和重視，這體現在有關食品中有 毒元素和化合物控制的法規越來越嚴。許多有毒元素（如 As、Hg、 Cd、Pb 等）需要日常監測，以確保食品安全。同時，對人體健康有 益或必需的礦物質（如 Se、Na、Mg、K、Ca 等）也要測定。 作為一種快速、高通量、多元素分析技術，ICP-MS 動態范圍寬，靈 敏度高，越來越多地應用于日常食品分析。由于食品基質差異大且復 雜，最近安捷倫高基質進樣 (HMI/UHMI) 技術在基質耐受性方面進行了改進，使其在食品應用中具有更多優勢。UHMI 采用氣溶膠稀釋降低載入等離子體中的樣品基質， 使日常分析的基質水平達到百分之幾的總溶解固體 (TDS)。這一水平遠高于 ICP-MS 傳統分析所適用的 樣品上限 0.2% (2000 ppm)。
隨著碰撞/反應池 (CRC) 技術的發展，四極桿 ICP-MS 中多原子離子干擾的控制也得到了顯著改善。CRC 采用動能區分 (KED) 使氦氣 (He) 碰撞模式中的多原 子離子減少。在一組反應池條件下，基于安捷倫 八極桿的 CRC (ORS4 ) 通常用于抑制各種基質中的多 原子離子干擾 [1]。因此，常規四極桿 ICP-MS (ICPQMS) 對各種樣品基質中規定濃度的所有必需元素 進行可靠而準確的定量分析現在成為了可能。 然而，一些食品分析應用對特定元素需要更高的靈 敏度，而另一些復雜的樣品基質可能引起光譜干 擾，仍然成為 ICP-QMS 分析的挑戰。例如，某些帶 雙電荷的稀土元素 (REE) 離子與主要分析物表現出 相同的質量，從而阻礙了某些樣品類型中低濃度砷 (As) 和硒 (Se) 的準確測量 [2, 3]。
ICP-MS/MS 提高干擾去除能力 Agilent 8900 串聯四極桿 ICP-MS (ICP-MS/MS) 具有串聯質譜構造，包括兩個掃描四極桿質量分 析器，分別在基于八極桿的 ORS4 碰撞反應池的兩 側。因此，8900 ICP-MS/MS 能夠利用反應池氣體和 離子/分子反應化學，并結合 MS/MS 模式，解決棘 手的光譜干擾問題 [4]。MS/MS 反應化學提供的干擾消除能力使上一代 Agilent 8800 ICP-MS/MS 在工業和研究實驗室得到了廣泛認可，如半導體設 備和高純度化學品/材料制造、生命科學、地球科 學、放射性核素以及其他領域 [5-8]。MS/MS 模式 還有利于分析某些常規應用中存在的干擾問題的元 素，如食品樣品、土壤、廢水和地下水的分析。由 于 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的基質耐受性和穩定性 能夠與安捷倫市場單四極桿 ICP-MS 系統相 媲美，因此 8900 ICP-MS/MS 適用于這些高基質樣 品的常規分析。
解決 As 和 Se 分析相關的問題，砷 (As) 是一種有毒元素，而硒 (Se) 是 一種必需元素，Se 過量時也會致毒。因此，許多 國家規定了食品、動物飼料、飲用水、地表水和 土壤中 As 和 Se 的允許濃度。然而，As 和 Se 會 受到多原子離子的光譜干擾，包括 ArCl+ 、CaCl+ 、 ArAr+ 、S2O+ 、SO3 + 、GeH+ 和 BrH+ 。在氦 (He) 池模式 下運行的 ICP-QMS 可減少這些干擾，從而準確而精 密地測量 As 和 Se 的濃度水平，以滿足典型的法規 要求。 然而，He 模式不適用于帶雙電荷的離子疊加。鑭 系元素或稀土元素 (REE) 能夠形成帶雙電荷的離子 (REE++)，這種離子可與 As 和 Se 疊加。在質量轉移 模式下，以 O2 作為反應池氣體，這些帶雙電荷的 離子可避免發生疊加。在此模式下，分析物以反應 產物離子 75As16O+ 和 78Se16O+ 的形式得到測量，其質 量數分別移至 m/z 91 和 94，從而不受初始 REE++ 疊 加的影響。該反應化學可用于 ICP-QMS 的 CRC 中， 但是等離子體中的現有離子可能疊加到新形成的產 物離子上。例如，91Zr+ 疊加到 75As16O+ ，94Mo+ 疊加 到 78Se16O+ 。為確保獲得可控且連續的反應化學， ICP-MS/MS 采用 MS/MS 模式。其中，第一個四極 桿 (Q1) 作為質量過濾器，將其設定為適當的 As+ 或 Se+ 母離子質量。Q1 排除所有其他質量，從而去除 了存在的 Zr+ 和 Mo+ 離子，并阻止它們與新的分析 物產物離子疊加。 通常食品和其他天然樣品中的 REE 含量低，但在富 含 REE 的土壤中生長的農作物吸收這些元素的濃度 可能會高。MS/MS 模式與 O2 反應池氣體相結合， 對高濃度 REE 的意外情況，避免了報告 As 和 Se 錯 誤結果的潛在風險。 在本研究中，Agilent 8900 ICP-MS/MS 作為一種常規 工具用于分析食品樣品消解液中的 30 種元素（包 括 As 和 Se）。
實驗部分 有證標準物質 (CRM) 購自美國國家標準技術研究院 (NIST) 和 High-Purity Standards Inc. (Charleston, SC, USA) 的五種食品 CRM 用于本研究的分析。所用的 CRM 分別為 NIST 1567b 小麥粉、NIST 1568b 米粉、NIST 1515 蘋果葉、 NIST 1573a 番茄葉和 High Purity Standards 混合食品 溶液。 樣品前處理 由于需要測量包括 Hg 在內的幾種揮發性元素，食 品 CRM 在密閉容器中利用 Milestone ETHOS 1 高級 微波消解系統進行消解。準確稱取約 1.0 g 各種粉 狀 CRM（NIST 1567b、NIST 1568b）和 0.5 g 各種其 他類型樣品（NIST 1515、NIST 1573a），倒入密閉微 波容器中。將 6 mL HNO3 和 1 mL HCl（電子級 (EL) 酸，Kanto Chemicals）加入微波容器中。室溫下放 置 15 min 后，按照表 1 的加熱程序進行微波加熱。 將所有 CRM 溶解，得到澄清溶液，然后用超 純水 (Merck, Darmstadt, Germany) 將該溶液稀釋至 100 mL 的最終體積。
儀器 配備標準樣品引入系統的 Agilent 8900 ICP-MS/MS （標準配置）用于測試，該系統包括玻璃同心霧化 器、石英霧化室和 Ni 接口錐。8900 ICP-MS/MS 標 準配置中包含 UHMI 技術，能夠分析高達 25% NaCl 溶液的基質 [11]。等離子體條件的選擇依據樣品的 類型和預期的基質水平，使用 MassHunter 軟件的 “預設等離子體"功能實現。 采集條件 多重調諧方法用于食品樣品的多元素分析，從而使 所有元素均可在最佳反應池氣體模式下得以采集。 對于每一個分析物元素，在最佳調諧和反應池條 件下，多重調諧可對樣品自動分析。He 模式用于 除 P、S、As 和 Se 之外的所有元素，而這幾種元 素用 O2 反應池氣體在質量轉移模式下測定。該方 法基于一個適用于食品樣品的預設方法，改進后 包括 O2 反應池氣體模式。選擇預設等離子體條件 “UHMI-4"，其中數字 4 表示近似的氣溶膠稀釋倍 數。UHMI 設置自動將預定義和校準參數應用于 RF 功率、采樣深度、載氣流速和稀釋氣流速，為目標 樣品類型提供精確且可重現的等離子體條件。透鏡 電壓自動調諧以獲得最大靈敏度。表 2 匯總了儀器 操作參數。
……
結果與討論 ISTD 和 CCV 穩定性 圖 3 展示了 15 h 內分析 183 個樣品序列的 ISTD 信 號穩定性。所有樣品的 ISTD 回收率均在初始校準 標樣值的 ±20% 范圍內。這些 ISTD 回收率可與 ICPQMS 常規分析所獲得的結果相媲美，這證明 8900 ICP-MS/MS 具有同等的穩健性。 校準標樣的中點濃度用作 CCV 溶液。15 h 內分析獲 得的 CCV 回收率穩定，如圖 4 所示，所有元素均在 ±10% 范圍內。這再次證明，對于常規食品消解液 分析，8900 ICP-MS/MS 具有高基體耐受性。 CRM 回收率結果 將五種食品 CRM 作為未知樣品進行分析，以此 評估方法的準確度。在批次中，每種 CRM 測量 24 次。計算每種元素的平均濃度和相對標準偏差 (%RSD)，并與標準值進行比較，結果如表 4-8 所 示。在優選測量模式下，所有元素的結果與標準值 和參考值一致性良好。在 He 模式和 O2 質量轉移模 式下，As 和 Se 獲得了測定結果，以便與樣品中可 能含有意外高濃度 REE 時的結果相比較。NIST 1515 蘋果葉 CRM 中含有低濃度 (µg/kg) As 和 Se（表 6） 和高濃度 REE。Nd、Sm 和 Gd 的參考（非標準）值 分別為 17、3和 3 mg/kg。針對蘋果葉以及在較低 程度上的番茄葉而言，在 O2 質量轉移模式下，As 和 Se 獲得了更準確的回收率。這表明這兩種參比 物質中相對較高水平的 REE 可能導致潛在的誤差。
