化工儀器網
技術文章
安捷倫8900 ICP-MS在日常食品分析中的優勢
閱讀：151 發布時間：2024-12-20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-PurityStandards 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 8900ICP-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。