7700x ICP-MS系統(tǒng)分析蒸餾酒精和飲料中的痕量元素

摘要本文介紹了采用配備八極桿反應(yīng)池系統(tǒng)（ORS3）的安捷倫 7700x ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)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(shí)現(xiàn)各色樣品的檢測分析（樣品只需簡單稀釋即可進(jìn)樣）。優(yōu)秀的加標(biāo)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(tǒng)能夠勝任飲料中痕量金屬的常規(guī)檢測工作。

前言無論從食品質(zhì)量控制角度出發(fā)還是為確保最終產(chǎn)品符合監(jiān)管法規(guī)要求，都需要對飲料中的微量元素進(jìn)行準(zhǔn)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(fā)酵或蒸餾設(shè)備。例如，使用劣質(zhì)銅材生產(chǎn)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(chǎn)品的口味。因此，準(zhǔn)確測定最終產(chǎn)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(diǎn)，但是基質(zhì)中大量的碳所帶來的干擾會(huì)嚴(yán)重影響關(guān)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(yīng)系統(tǒng)（ORS3）碰撞/反應(yīng)池，能夠利用單一的反應(yīng)池條件（氦碰撞模式）消除源于基質(zhì)的多原子干擾。對于飲料分析而言，樣品基質(zhì)所導(dǎo)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(zhì)中的穩(wěn)定性要明顯高于用硝酸簡單酸化后的穩(wěn)定性。由于這個(gè)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(huì)產(chǎn)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(shí)驗(yàn)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(jìn)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(shù)元素的穩(wěn)定性，尤其是 Hg 的穩(wěn)定性。為了補(bǔ)償樣品的傳輸效應(yīng)和溶劑蒸發(fā)速率，所有標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)溶液與待測樣品中的酒精含量相一致。這種方法同時(shí)也彌補(bǔ)了 As、Se 檢測中高濃度碳存在時(shí)的電離增強(qiáng)效應(yīng)。采用在線加入內(nèi)標(biāo)法，且無需進(jìn)行進(jìn)一步的基質(zhì)匹配。由于缺乏同種基質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，我們對幾個(gè)樣品的加標(biāo)回收率進(jìn)行了測定。

所有的檢測均采用標(biāo)準(zhǔn)的安捷倫 7700x ICP-MS 系統(tǒng)，它配備了標(biāo)準(zhǔn)的樣品引入系統(tǒng)，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(tǒng)。無需采用可選的氫模式。儀器條件如表 1 所示。

數(shù)據(jù)采集在 ORS3 氦模式和無氣體模式下采集數(shù)據(jù)。某些元素同時(shí)在這兩種模式下采集數(shù)據(jù)，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(rèn)工作模式。惰性氦反應(yīng)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(yīng)性氣體。因?yàn)閹缀跛械?ICP-MS 干擾，在本質(zhì)上皆是多原子的。在相同質(zhì)量數(shù)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(huì)導(dǎo)致能量損失，因此多原子干擾離子會(huì)比單原子分析物離子丟失更多的能量，繼而由質(zhì)譜通過對兩者的能量差異識別（被稱為動(dòng)能歧視）進(jìn)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(huì)起作用，并且對于在每個(gè)分析物質(zhì)量數(shù)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(jié)果與討論檢出限（DL）和背景等效濃度（BEC）結(jié)果如表 2 所示。有些元素在氦模式和無氣體模式下都進(jìn)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(tǒng)的非池 ICP-MS）操作時(shí)受到了很大影響。這可以從鉻的檢測數(shù)據(jù)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(gè)數(shù)量級。因?yàn)閮煞N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(zhǔn)曲線。其中兩個(gè)代表了受干擾元素（24Mg，51V，52Cr，53Cr）的典型校準(zhǔn)曲線。其中，Cr 的無氣體模式校準(zhǔn)曲線未過原點(diǎn)，這是因?yàn)樘肌⒙然w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(jìn)行檢測，所獲得的 BEC 和 DL 結(jié)果有很大的改善。圖中 Be 和 U 的數(shù)據(jù)表明，對于低質(zhì)量數(shù)和高質(zhì)量數(shù)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(shí)現(xiàn)等離子體電離效率是關(guān)鍵。這可通過優(yōu)化樣品引入系統(tǒng)（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(fā)生器設(shè)計(jì)（27.12 MHz、固態(tài)高耦合效率數(shù)字驅(qū)動(dòng)）來實(shí)現(xiàn)。所有這些因素的結(jié)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(zhì)量范圍離子傳輸效率的離子透鏡系統(tǒng)設(shè)計(jì)，得以進(jìn)一步改善檢出限。