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7700x ICP-MS系統分析蒸餾酒精和飲料中的痕量元素
閱讀：79 發布時間：2024-12-24摘要本文介紹了采用配備八極桿反應池系統（ORS3）的安捷倫 7700x ICP-MS電感耦合等離子體質譜儀 測定飲料（包括波旁酒、朗姆酒、利口酒、日本清酒、伏特加酒、愛爾蘭威士忌和蘇格蘭威士忌）中微量元素的方法。7700x 可通過簡單的操作，用單一方法、單套條件即可實現各色樣品的檢測分析（樣品只需簡單稀釋即可進樣）。優秀的加標回收率表明了 ORS3 在氦模式下對各種來源干擾的出色消除能力。研究表明，7700x 系統能夠勝任飲料中痕量金屬的常規檢測工作。
前言無論從食品質量控制角度出發還是為確保最終產品符合監管法規要求，都需要對飲料中的微量元素進行準確測定。飲料中的金屬成分可能來自于原材料，如水和糧食，也可能來自于加工過程，如發酵或蒸餾設備。例如，使用劣質銅材生產的蒸餾容器可能引入高濃度的砷。痕量元素的含量還能顯著影響產品的口味。因此，準確測定最終產品中的元素含量是非常必要的。雖然 ICP-MS 對于許多元素而言具有高靈敏度和低檢出限的特點，但是基質中大量的碳所帶來的干擾會嚴重影響關鍵元素的測定，并且增加了樣品制備的難度。安捷倫 7700x ICP-MS 八極桿反應系統（ORS3）碰撞/反應池，能夠利用單一的反應池條件（氦碰撞模式）消除源于基質的多原子干擾。對于飲料分析而言，樣品基質所導致的顯著干擾主要是碳干擾（例如，40Ar12C 對 52Cr的干擾）。許多元素在含氯基質中的穩定性要明顯高于用硝酸簡單酸化后的穩定性。由于這個原因，在樣品中加入鹽酸并使其最終濃度為 0.5%。而鹽酸的加入也會產生新的干擾（例如，35Cl16O 對 51V 的干擾、 40Ar35Cl 對 75As 的干擾等等），但這種干擾也可以被 ORS3（氦模式）消除。
實驗部分樣品制備和儀器條件樣品用體積濃度為 1% 的 HNO3 和 0.5% 的 HCl 進行簡單的 5 倍稀釋。通過這種混合酸稀釋法可以顯著改善多數元素的穩定性，尤其是 Hg 的穩定性。為了補償樣品的傳輸效應和溶劑蒸發速率，所有標準溶液中都加入 ~10% 的乙醇（大約等同于原始樣品的 5 倍稀釋；原始樣品中含有~40% 體積含量的酒精），以使標準溶液與待測樣品中的酒精含量相一致。這種方法同時也彌補了 As、Se 檢測中高濃度碳存在時的電離增強效應。采用在線加入內標法，且無需進行進一步的基質匹配。由于缺乏同種基質的標準物質，我們對幾個樣品的加標回收率進行了測定。
所有的檢測均采用標準的安捷倫 7700x ICP-MS 系統，它配備了標準的樣品引入系統，其中包括 MicroMist 玻璃同心霧化器、石英 Scott 型 Peltier 冷卻霧化室、鎳接口錐和操作在氦模式或無氣體模式下的 ORS3 系統。無需采用可選的氫模式。儀器條件如表 1 所示。
數據采集在 ORS3 氦模式和無氣體模式下采集數據。某些元素同時在這兩種模式下采集數據，從而通過對比評估氦模式下的干擾消除效果。氦模式是 7700x 的默認工作模式。惰性氦反應池氣體條件能夠消除干擾，是基于其離子截面，而不是依賴于反應性氣體。因為幾乎所有的 ICP-MS 干擾，在本質上皆是多原子的。在相同質量數條件下，多原子干擾離子比單原子分析物離子擁有更大的離子截面，因此，能夠在池中受到更多次的碰撞。由于每次碰撞都會導致能量損失，因此多原子干擾離子會比單原子分析物離子丟失更多的能量，繼而由質譜通過對兩者的能量差異識別（被稱為動能歧視）進行過濾。由于無論是否存在分析物-干擾物組合的狀況，以上過濾識別過程都會起作用，并且對于在每個分析物質量數上有重疊的多種多原子離子都是有效的，因此針對所有分析物，我們只需要采用一組單一的工作條件即可。
結果與討論檢出限（DL）和背景等效濃度（BEC）結果如表 2 所示。有些元素在氦模式和無氣體模式下都進行了檢測，以比較兩種模式的差異。對于那些遭受碳、氯基體干擾的元素，其BEC 和 DL 在無氣體模式（即傳統的非池 ICP-MS）操作時受到了很大影響。這可以從鉻的檢測數據中清楚地觀察到：無氣體模式下 52Cr 的 BEC 為162.8 µg/L，而在氦模式下 BEC 為 0.0117 µg/L——改善幅度超過 4 個數量級。因為兩種鉻同位素的 BEC 非常接近，干擾被有效地降低至背景污染水平。除鉻元素外，在氦模式下檢測鎂、鋁、鈣、釩、錳、鐵、砷和硒元素，也可以觀察到明顯的干擾改善效果。圖 1 顯示了 9Be、51V、24Mg、52Cr、53Cr和238U 的校準曲線。其中兩個代表了受干擾元素（24Mg，51V，52Cr，53Cr）的典型校準曲線。其中，Cr 的無氣體模式校準曲線未過原點，這是因為碳、氯基體干擾的存在，圖中這種曲線偏移非常明顯。在氦氣模式下對 24Mg、51V、52Cr和 53Cr 進行檢測，所獲得的 BEC 和 DL 結果有很大的改善。圖中 Be 和 U 的數據表明，對于低質量數和高質量數的元素而言，該方法都具有出色的靈敏度。為了獲得檢出限，實現等離子體電離效率是關鍵。這可通過優化樣品引入系統（如低的溶液和氣體流量、大口徑噴射矩管，以及控制霧化室溫度）以及等離子體發生器設計（27.12 MHz、固態高耦合效率數字驅動）來實現。所有這些因素的結合提高了有效的中心通道溫度，改善了離子化效率。再加上能夠改善全質量范圍離子傳輸效率的離子透鏡系統設計，得以進一步改善檢出限。