微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定小麦中21种无机元素

摘 要：以浓硝酸-过氧化氢为溶样体系，采用电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma Mass spectrometry，ICP-MS）测定小麦中锰、砷、钡等21种无机元素含量。待微波消解定容后，选择铑、锗、铼为内标元素进行在线添加，使用碰撞模式和化学反应模式消除干扰，优化仪器条件，测定小麦无机元素的含量。结果表明，21种无机元素均存在良好的线性关系，各元素R2＞0.999 5，线性范围宽，各元素的检出限为0.013～0.410 μg·L-1，方法的相对标准偏差（n=6）≤6.2%，回收率为89.5%～110.6%，具有很好的精密度和准确度。

关键词：小麦；微波消解；电感耦合等离子体质谱法；无机元素

Determination of 21 Kinds of Inorganic Elements in Wheat by ICP-MS with Microwave Digestion

HE Shuang1，2， ZHUO Junna1， LI Fangfang1， ZENG Lin1， ZHOU Tao1

（1.Sichuan Quality Inspection Co.， Ltd.， Luzhou 646000， China; 2.Key Laboratory for Safety Testing Technology and Application of Alcohol Packaging， Luzhou 646000， China）

Abstract： Using nitric acid and hydrogen peroxide as digestion solution system， an ICP-MS method was established for the rapid determination of 21 inorganic elements such as arsenic， manganese， and barium in wheat. After wheat was digested by microwave condition and diluted to volume， rhodium， germanium and rhenium were used as on-line internal standard. Collision mode and chemical reaction mode were selected to eliminate interference. The instrument condition was optimized for detecting content of inorganic elements in wheat. The experimental results showed that the linear correlation coefficients of 21 inorganic elements in this mass concentration range are all greater than 0.999 5， and the linear range is wide. The detection limit of each element is 0.013～0.410 μg·L-1， the relative standard deviation （n=6） of the method is less than 6.2%， and the recovery rate is 89.5%～110.6%， which has good precision and accuracy.

Keywords： wheat; microwave digestion; inductively coupled plasma mass spectrometry; inorganic elements

我国南方的曲酒厂大多以小麦作为制曲的主要原料，小麦的品质会在一定程度上影响作为酿酒微生物菌源的大曲质量[1]。小麦制曲较易管理，淀粉含量丰富。在小麦种植过程中，水体或土壤中的金属元素会迁移到小麦植株中，通过小麦生长过程中的吸收富集，进入小麦籽粒中[2]。小麦无机元素的含量与大曲的品质相关。

目前，小麦中无机元素的测定方法主要有原子荧光光谱法[3]、原子吸收光谱法[4]、电感耦合等离子体质谱法（Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometry，ICP-MS）[5-6]和电感耦合等离子发射光谱法[6]。ICP-MS法可同时检测多种无机元素，利用元素的质荷比定性，有效避免光谱干扰，且具有效率高、灵敏度高、检测限低等优势[4]。为进一步消除基质背景和质谱类干扰因素的影响，提升灵敏度，采用在线添加内标元素消除基体干扰，借助普通/碰撞反应池分析模式消除质谱干扰[7]。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

样品来源于某大曲酒厂。砷、锰、硒、钛、钡、铅、铜、铁、钙、镍、铬、镁、锑、钼、铝、锌、锶、锡、硼、镉、汞、铼、锗和铑标准溶液（浓度均为1 000 mg·L-1），国家有色金属及电子分析测试中心；硝酸（优级纯），德国Merck公司；过氧化氢（优级纯），中国医药集团有限公司。

1.2 仪器与设备

NexION 2000电感耦合等离子体质谱仪，美国PerkinElmer股份有限公司；Mars6微波消解仪，美国CEM公司；Milli-Q纯水机，美国Millipore公司；SM 200碾磨粉碎机，德国莱驰公司。

1.3 实验方法

1.3.1 溶液配制

（1）标准溶液的配制。分别移取各元素的标准溶液，配制成混合标准工作溶液，21个元素的质量浓度为0～4 000 μg·L-1。

（2）内标溶液的配制。配制20 μg·L-1的混合内标工作液，分别量取0.5 mL铼、锗、铑内标溶液

（1 000 mg·L-1）于50 mL容量瓶中，用5%硝酸溶液定容，配制成10 mg·L-1的混合内标使用液。再量取适量混合内标使用液，配制为20 μg·L-1混合内标工作液，通过自动进样方式引入。

1.3.2 样品前处理

参照《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》（GB 5009.268—2016）[9]进行小麦的前处理。准确称取0.5 g（准确到0.001 g）干燥粉碎的小麦样品于微波消解罐中，分别加入5 mL硝酸酸化、1 mL过氧化氢氧化，加盖过夜，旋紧罐盖，按表1中的工作条件进行消解，完成消解后在石墨消解仪中于100 ℃赶酸30 min，用水定容至50 mL，混匀备用。

1.3.3 仪器条件

（1）微波消解前处理工作条件见表1。

（2）ICP-MS仪器条件与参数设置。使用调谐溶液调整电感耦合等离子体质谱仪的参数，并进行优化，以保证仪器达到测试的最佳状态。为进一步消除基体干扰和多原子干扰，分别采用He碰撞模式、O2或NH3反应模式。ICP-MS仪器条件与参数设置见表2。

2 结果与分析

2.1 内标元素的选择

微波消解后的小麦样品溶液含有较高的盐分，易引起ICP-MS的信号漂移，溶液盐分的基体性质会对测试造成一定的干扰[2]。为降低或消除此类干扰，提高测试的稳定性和灵敏度，一般采用在线添加内标溶液校正。选择的内标元素质量数和电离电位能与目标元素相近，且待测样品中不含有该元素，各元素对应的内标元素见表3。

2.2 方法的线性方程与检出限

按已优化的仪器工作条件，绘制所得的标准曲线范围、回归方程、相关系数R2，结果见表3。21种无机元素的R2均大于0.999 5，说明该方法有良好的线性关系。独立空白样品测定次数20次，利用公式CL=3Sb计算各元素的检出限（Sb是空白测定的标准偏差），所得各元素的检出限见表3，各元素的检出限为0.013～0.410 μg·L-1。由此可见，该方法满足小麦中各元素的定量检测分析。

2.3 小麦测定结果分析

平行制备6份待测样品，依据已建立的ICP-MS方法，测定小麦样品中21种元素的含量，计算相对标准偏差（Relative Standard Deviation，RSD）（n=6），考察方法的精密度。在小麦样品中添加一定标准量的各个元素，进行加标回收率试验，考察方法的准确性，实验结果见表4。

3 结论

建立了测定小麦样品中21种无机元素含量的ICP-MS法，操作简单，灵敏高效，各元素相关系数R2＞0.999 5，线性范围宽，各元素的检出限为0.013～0.410 μg·L-1，方法的相对标准偏差（n=6）≤6.2%，回收率在89.5%～110.6%。结果表明，本方法可快速准确安全测定小麦的重金属含量。

参考文献

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[3]刘钰钗，周金森，刘赐敏.原子荧光法测定面粉中的总砷、汞前处理方法研究[J].广东化工，2021，48（14）：221-223.

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[9]国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.食品安全国家标准 食品中多元素的测定：

GB 5009.268—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.