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了解Agilent 8900 ICP-MS/MS在日常食品分析中的优势

发布时间:2021-12-16   点击次数:72次

前言 食品安全问题越来越引起人们的关注和重视,这体现在有关食品中有 毒元素和化合物控制的法规越来越严。许多有毒元素(如 As、Hg、 Cd、Pb 等)需要日常监测,以确保食品安全。同时,对人体健康有 益或必需的矿物质(如 Se、Na、Mg、K、Ca 等)也要测定。 作为一种快速、高通量、多元素分析技术,ICP-MS 动态范围宽,灵 敏度高,越来越多地应用于日常食品分析。由于食品基质差异大且复 杂,最近安捷伦高基质进样 (HMI/UHMI) 技术在基质耐受性方面进行了改进,使其在食品应用中具有更多优势。UHMI 采用气溶胶稀释降低载入等离子体中的样品基质, 使日常分析的基质水平达到百分之几的总溶解固体 (TDS)。这一水平远高于 ICP-MS 传统分析所适用的 样品上限 0.2% (2000 ppm)。 随着碰撞/反应池 (CRC) 技术的发展,四极杆 ICP-MS 中多原子离子干扰的控制也得到了显著改善。CRC 采用动能区分 (KED) 使氦气 (He) 碰撞模式中的多原 子离子减少。在一组反应池条件下,基于安捷伦 八极杆的 CRC (ORS4 ) 通常用于抑制各种基质中的多 原子离子干扰 [1]。因此,常规四极杆 ICP-MS (ICPQMS) 对各种样品基质中规定浓度的所有必需元素 进行可靠而准确的定量分析现在成为了可能。 然而,一些食品分析应用对特定元素需要更高的灵 敏度,而另一些复杂的样品基质可能引起光谱干 扰,仍然成为 ICP-QMS 分析的挑战。例如,某些带 双电荷的稀土元素 (REE) 离子与主要分析物表现出 相同的质量,从而阻碍了某些样品类型中低浓度砷 (As) 和硒 (Se) 的准确测量 [2, 3]。


ICP-MS/MS 提高干扰去除能力Agilent 8900 串联四极杆 ICP-MS  (ICP-MS/MS) 具有 独特的串联质谱构造,包括两个扫描四极杆质量分 析器,分别在基于八极杆的 ORS4 碰撞反应池的两 侧。因此,8900 ICP-MS/MS 能够利用反应池气体和 离子/分子反应化学,并结合 MS/MS 模式,解决棘 手的光谱干扰问题 [4]。MS/MS 反应化学提供的干扰消除能力使上一代 Agilent 8800 ICP-MS/MS 在工业和研究实验室得到了广泛认可,如半导体设 备和高纯度化学品/材料制造、生命科学、地球科 学、放射性核素以及其他领域 [5-8]。MS/MS 模式 还有利于分析某些常规应用中存在的干扰问题的元 素,如食品样品、土壤、废水和地下水的分析。由 于 Agilent 8900 ICP-MS/MS 的基质耐受性和稳定性 能够与安捷伦市场单四极杆 ICP-MS 系统相 媲美,因此 8900 ICP-MS/MS 适用于这些高基质样 品的常规分析。


解决 As 和 Se 分析相关的问题  砷 (As) 是一种有毒元素,而硒 (Se) 是 一种必需元素,Se 过量时也会致毒。因此,许多 国家规定了食品、动物饲料、饮用水、地表水和 土壤中 As 和 Se 的允许浓度。然而,As 和 Se 会 受到多原子离子的光谱干扰,包括 ArCl+ 、CaCl+ 、 ArAr+ 、S2O+ 、SO3 + 、GeH+ 和 BrH+ 。在氦 (He) 池模式 下运行的 ICP-QMS 可减少这些干扰,从而准确而精 密地测量 As 和 Se 的浓度水平,以满足典型的法规 要求。 然而,He 模式不适用于带双电荷的离子叠加。镧 系元素或稀土元素 (REE) 能够形成带双电荷的离子 (REE++),这种离子可与 As 和 Se 叠加。在质量转移 模式下,以 O2 作为反应池气体,这些带双电荷的 离子可避免发生叠加。在此模式下,分析物以反应 产物离子 75As16O+ 和 78Se16O+ 的形式得到测量,其质 量数分别移至 m/z 91 和 94,从而不受初始 REE++ 叠 加的影响。该反应化学可用于 ICP-QMS 的 CRC 中, 但是等离子体中的现有离子可能叠加到新形成的产 物离子上。例如,91Zr+ 叠加到 75As16O+ ,94Mo+ 叠加 到 78Se16O+ 。为确保获得可控且连续的反应化学, ICP-MS/MS 采用 MS/MS 模式。其中,第一个四极 杆 (Q1) 作为质量过滤器,将其设定为适当的 As+ 或 Se+ 母离子质量。Q1 排除所有其他质量,从而去除 了存在的 Zr+ 和 Mo+ 离子,并阻止它们与新的分析 物产物离子叠加。 通常食品和其他天然样品中的 REE 含量低,但在富 含 REE 的土壤中生长的农作物吸收这些元素的浓度 可能会高。MS/MS 模式与 O2 反应池气体相结合, 对高浓度 REE 的意外情况,避免了报告 As 和 Se 错 误结果的潜在风险。 在本研究中,Agilent 8900 ICP-MS/MS 作为一种常规 工具用于分析食品样品消解液中的 30 种元素(包 括 As 和 Se)。


实验部分 有证标准物质 (CRM) 购自美国国家标准技术研究院 (NIST) 和 High-Purity Standards Inc. (Charleston, SC, USA) 的五种食品 CRM 用于本研究的分析。所用的 CRM 分别为 NIST 1567b 小麦粉、NIST 1568b 米粉、NIST 1515 苹果叶、 NIST 1573a 番茄叶和 High Purity Standards 混合食品 溶液。


样品前处理 由于需要测量包括 Hg 在内的几种挥发性元素,食 品 CRM 在密闭容器中利用 Milestone ETHOS 1 高级 微波消解系统进行消解。准确称取约 1.0 g 各种粉 状 CRM(NIST 1567b、NIST 1568b)和 0.5 g 各种其 他类型样品(NIST 1515、NIST 1573a),倒入密闭微 波容器中。将 6 mL HNO3 和 1 mL HCl(电子级 (EL) 酸,Kanto Chemicals)加入微波容器中。室温下放 置 15 min 后,按照表 1 的加热程序进行微波加热。 将所有 CRM 完全溶解,得到澄清溶液,然后用超 纯水 (Merck, Darmstadt, Germany) 将该溶液稀释至 100 mL 的最终体积。

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样品溶液中存在的碳会增强某些元素 (特别是 As、Se 和 P)的 ICP-MS 信号,尽管增强的 具体机理尚不清楚 [9, 10]。在本研究中的高消解温 度 (200 °C) 下,碳基质在消解过程中被有效降解。 通过在内标溶液中在线加入 2% 正丁醇,确保所有 样品和标准品中碳过量,从而减轻样品中任何残留 碳的影响。


仪器 配备标准样品引入系统的 Agilent 8900 ICP-MS/MS (标准配置)用于测试,该系统包括玻璃同心雾化 器、石英雾化室和 Ni 接口锥。8900 ICP-MS/MS 标 准配置中包含 UHMI 技术,能够分析高达 25% NaCl 溶液的基质 [11]。等离子体条件的选择依据样品的 类型和预期的基质水平,使用 MassHunter 软件的 “预设等离子体"功能实现。 采集条件 多重调谐方法用于食品样品的多元素分析,从而使 所有元素均可在最佳反应池气体模式下得以采集。 对于每一个分析物元素,在最佳调谐和反应池条 件下,多重调谐可对样品自动分析。He 模式用于 除 P、S、As 和 Se 之外的所有元素,而这几种元 素用 O2 反应池气体在质量转移模式下测定。该方 法基于一个适用于食品样品的预设方法,改进后 包括 O2 反应池气体模式。选择预设等离子体条件 “UHMI-4",其中数字 4 表示近似的气溶胶稀释倍 数。UHMI 设置自动将预定义和校准参数应用于 RF 功率、采样深度、载气流速和稀释气流速,为目标 样品类型提供精确且可重现的等离子体条件。透镜 电压自动调谐以获得最大灵敏度。表 2 汇总了仪器 操作参数。

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……

结论 对于高基质样品(如食品消解液样品)中最宽范围 的痕量和常量元素,Agilent 8900 标准配置 ICP-MS/MS 与 UHMI 相结合提供了常规分析所需要的稳定性和 基质耐受性。在 O2 反应池气体与 MS/MS 质量转移 模式下,影响痕量水平砷和硒准确测定的带双电荷 的 REE 干扰得以消除。大多数其他元素在 He 模式 下进行测定,对于复杂多变的基质,这种在使用中 充分验证过的方法广泛用于去除常见的基于基质的 多原子干扰。 尽管并非所有的食品、土壤和沉积物中均含有高浓 度的 REE,但是 ICP-MS/MS 与 MS/MS 相结合提高 了食品与环境样品中 As 和 Se 测量结果的准确度 和可靠性,而这些样品通常含有复杂多变的高 TDS 基质。 利用预设方法和自动调谐大大简化了方法开发,确 保获得可重现的性能,不受操作者经验丰富与否的 影响。

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