优化Rpa电压-电感耦合等离子体质谱法测定铁皮石斛中不同部位的14种金属元素

倪张林，汤富彬，喻 晴，屈明华，莫润宏

(中国林业科学研究院亚热带林业研究所，国家林业局经济林产品质量检验 检测中心(杭州)，浙江杭州 311400)

铁皮石斛是是一种具有较高食用和药用价值的草本植物，可用于治疗慢性萎缩性胃炎、高血压、糖尿病，有抗肿瘤和抗衰老等作用[1]。目前，针对铁皮石斛的成分研究主要集中在多糖和石斛碱[2]，而对铁皮石斛中元素的分布报道较少。近几年研究发现：铁皮石斛的叶片和花也具有较高的保健作用，尤其是石斛花不但含有丰富的对人体有益的石斛碱，而且含有多种芳香物质[3]。为了进一步了解铁皮石斛的药用和食用价值，对铁皮石斛中的元素含量(包括营养元素和重金属元素)进行研究十分必要。

植物样品中元素测定方法主要有原子吸收光谱法[4，5]、原子荧光光谱法[6]、电感耦合等离子体光谱法[7,8]和电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)[9 - 11]。其中，ICP-MS法可实现多元素同时测定，且检出限较低。ICP-MS灵敏度极高，测定大量元素时需要稀释数十倍甚至上百倍，从而使其在测定高含量的元素时受到限制。本实验采用动态反应池-ICP-MS法，在消除干扰的同时，调节Rpa电压，测定铁皮石斛的叶片、茎干和花中的Mg、Al、K、Ca、Cr、Mn、Fe、Cu、Zn、Ni、As、Se、Cd和Pb 14种金属元素，为铁皮石斛的食用安全和进一步开发和利用提供依据。

1 实验部分

1.1 主要仪器、试剂和材料

NexIon 300D ICP-MS仪(美国，PerkinElmer公司)；Mars6微波消解仪(美国，CEM公司)；Milli-Q纯水仪(美国，Merck Millipore公司)。50 mL聚丙烯刻度离心管(美国，Corning公司)，使用前用10%HNO3浸泡24 h以上，然后用5%HNO3再清洗2次，自然晾干，待用。

HNO3(优级纯，美国Thermo Fisher Scientific公司)；H2O2(优级纯，国药集团化学试剂有限公司)；14种单元素标准溶液、内标物、柑橘叶标准物质(GBW10020)，均购于国家标准物质中心；质谱调谐液购于美国PerkinElmer公司。

1.2 样品来源

实验样品采集于温州雁荡山的2个大棚种植基地，采集时间为2015年5月25日，采集粗壮且长度不小于15 cm的茎干，同时采集其花和叶片，每个基地采集18份样品(6份石斛茎干、6份花和6份叶片)。采集后的样品放入60 ℃烘箱烘干后，用食品粉碎机粉碎，装入封口袋，置于干燥器内常温保存，备用。

1.3 样品前处理

称取约0.2 g样品(精确到0.001 g)于聚四氟乙烯消化管中，加入5 mL HNO3，置于赶酸炉上150 ℃预消解30 min，冷却后加入2 mL HNO3和1 mL H2O2，密封好消化管，放入微波消解器，微波消解程序见表1。消解完毕后，再放到赶酸炉上以180 ℃赶酸至管内液体剩余1 mL左右，冷却后，用水定容至50 mL。每个样品做3个平行，同时做样品空白。

表1 微波消解程序

1.4 ICP-MS工作条件

ICP-MS的工作条件见表2。

表2 ICP-MS工作参数

2 结果与讨论

2.1 测定条件的选择和测定

低质量数尤其是小于质量数80的元素，很容易受到基体溶液中的C、H和O等元素干扰，如40Ar12C和52Cr质量数非常相近，在普通模式(STD)下40Ar12C将对52Cr定量造成很大的正干扰。实验采用动态反应池(DRC)模式，以氨气(NH3)作为碰撞气，用于消除干扰。为了降低待测元素的干扰信号，实验需要对DRC模式下NH3流量和Rpq值进行优化，优化过程为仪器自动，最终优化的条件见表2。

由于消解液中Mg、K、Ca、Al、Mn、Fe、Zn的含量较高，仪器信号很容易出现溢出的情况，导致无法准确定量。针对样品中这些元素的测定，一般做法是预先将消解液稀释较大倍数，然后上机测试。稀释不但增加了工作量，同时也给样品的污染带来一定的风险。本实验在通入NH3情况下，在DRC模式下，调节高含量元素的Rpa电压值，从而选择性地抑制高浓度元素的信号强度，同时对其它元素信号不产生影响。以K元素为例，图1为Rpa值对1 mg/L K标准溶液的信号强度以及信噪比(S/N)(S/N计算方法：选定条件下，1 mg/L K标准溶液信号强度与5% HNO3空白溶液信号强度的比值)。结果表明，当Rpa的值增加至0.084时，其信号强度从原来的3.5×108降至约12 000；此时，S/N的比值下降也较为明显(比值为102)，但仍可完全满足于铁皮石斛样品中K元素的测定。其它元素最终优化后的Rpa值见表2。实验采用50 μg/L内标液来校正信号漂移，内标的选用见表3。

采用选定的质量数下进行各元素的测定，其线性范围、线性方程和相关系数见表3。

表3 待测元素的质量数、内标元素及标准曲线

2.2 方法检出限、准确度和精密度

按1.3所述的方法制备11个独立的空白溶液，然后进行上机测定，计算其标准偏差，检出限(LOD)为其3倍的标准偏差(表4)，由表4可知各元素的方法检出限均满足检测要求。在上述仪器条件下，采用铁皮石斛的茎干样品进行精密度测试，各元素的日内精密度(RSD)为0.7%～4.6%(n=6)，日间精密度为1.5%～5.8%(n=12)(表4)，方法稳定。

表4 方法的检测限、精密度和准确度

为验证方法的可靠性，选择铁皮石斛茎作为加标基质，通过低含量加标和高含量加标进行测试并计算其回收率，结果见表5。由表5可知：14种元素的加标回收率在 83.9%～112%之间，RSD小于6%(n=6)，由此可见样品的基质效应对本方法影响较小，检测方法稳定可靠。为进一步证实方法的准确度，实验测定了与铁皮石斛样品同时处理的有证标准物质柑橘叶(GBW10020)，从表4中可看出，测定值均在标准值范围之内，表明方法准确。

表5 铁皮石斛样品加标回收率实验(n=6)

a：The units of Mg,Al,K,Ca,Mn,Fe and Zn were μg;The units of Cr,Ni,Cu,As,Se,Cd and Pb were ng.

2.3 实际样品的测定

实验采用优化后的方法对共计36个样品(12个茎、12个花和12个叶)进行了测试，表6为实际样品测定结果(每个样品重复3次独立测定)，如表所示营养元素的含量高低顺序分别为：茎，K>Ca>Mg>Mn>Zn>Fe>Se；叶，K>Ca>Mg>Zn>Mn>Fe>Se；花，K>Ca>Mg>Mn>Zn>Fe>Se。重金属元素的含量高低顺序分别为：茎，Cu>Ni>Cd>Pb>As；叶，Cu>Pb>Ni>Cd>As；花，Cu>Ni>Pb>As>Cd。叶和花中的营养元素如K、Ca、Mg要显著高于茎中的含量，同时叶和花中的重金属如Pb和As也要显著高于茎干中的含量。铁皮石斛的茎是目前主要食用部位，针对其食用安全，浙江省的地方标准(DB33 635.4-2007)《无公害铁皮石斛 第4部分 安全质量要求》规定了其中Pb、Cd 和As限量分别为0.2、0.2和0.5 mg/kg，此次采集的2个大棚种植的基地，共12个样品中这3种重金属含量均低于限量规定。但随着种植方式的多样化，如：活树仿生种植、石壁种植，铁皮石斛中的重金属含量仍然需要不断跟踪以保证其品质，尤其是铁皮石斛中的叶和花现在的开发利用还处在起步阶段。

表6 样品测定结果

a：The units of Mg,K and Ca were g/kg,and others were mg/kg.

3 结论

实验建立了一种适合于植物性样品中多元素测定的ICP-MS方法，样品经过微波消解后，采用动态反应池技术消除低质量数的质谱干扰问题，同时针对植物性样品中大量的元素，在不进行稀释的情况下，实验采用调节反应池的Rpa电压的方法，降低仪器的响应，进行准确定量。方法快捷简单、准确度高，可适用于植物性样品的测定。同时本文对大棚种植的铁皮石斛的14 种元素进行了定量分析，结果发现其不同部位(茎、叶和花)重金属含量处于较低水平。