ICP-MS/ICP-OES检测生物中硼、钠、镁、铝等全量元素

内容根据GB 5009.268-2016《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》整理

一、实验解读

1.方法原理

·ICP-MS：通过电感耦合等离子体质谱仪测定，以元素特定质量数定性，采用外标法或者内标法进行定量分析。

美国·安捷伦7850 ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪

·ICP-OES：通过电感耦合等离子体发射光谱仪测定，以元素的特征谱线波长定性，以谱线信号强度与元素浓度成正比进行定量分析。

美国·安捷伦5800 ICP-OES电感耦合等离子体发射光谱仪

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样品处理-上机检测-数据分析-质控审核-实验报告

2、流程概述

·试样制备：根据样品类型（固态、液态、半固态等）进行处理，确保样品均匀。

·试样消解：可选择微波消解法、压力罐消解法、湿式消解法或干式消解法。

·仪器操作条件：优化仪器条件，确保待测元素的灵敏度等指标达到分析要求。

·标准曲线制作：通过测定标准系列工作溶液的信号响应值，绘制标准曲线。

·试样溶液测定：测定空白溶液和试样溶液的信号响应值，根据标准曲线计算待测元素的浓度。

3.分析结果的表述

·按公式分别计算低含量和高含量待测元素，计算结果保留三位小数。

·对不同含量范围的元素，需保障规定重复性条件下两次独立测定结果的相对相差要求。

二、元素检测方法选择

1.适合 ICP-OES 检测的元素

ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）适用于检测多种元素，尤其是那些在中、高浓度下需要快速分析的元素。

·主量元素和微量元素：ICP-OES 适用于测定样品中的主量元素、微量元素和痕量元素。

·金属元素：包括但不限于钠（Na）、镁（Mg）、铝（Al）、钾（K）、钙（Ca）、铁（Fe）、铜（Cu）、锌（Zn）、铅（Pb）、汞（Hg）等。

·非金属元素：如磷（P）、硅（Si）、硫（S）、硼（B）等。

·稀土元素：ICP-OES 也可以用于稀土元素的检测。

2.适合 ICP-MS 检测的元素

ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）适用于检测痕量及超痕量元素，以及需要高灵敏度元素。

·痕量及超痕量元素：ICP-MS 对于多数金属元素具有极高的灵敏度和低检出限，适合超痕量分析。

三、ICP-MS和ICP-OES在实验操作上有何不同？

1.样品消解

ICP-MS

·要求更高：由于ICP-MS对样品的纯度和基质效应更为敏感，样品消解需要更加彻底，以避免基质干扰和信号抑制。

·常用方法：微波消解法和压力罐消解法为主，确保样品完全溶解且无残留有机物。

·注意事项：消解过程中需严格控制酸的用量和消解温度，避免引入杂质或损失待测元素。

ICP-OES

·要求相对较低：ICP-OES对基质效应的耐受性更强，样品消解相对要求更低。

·常用方法：除了微波消解法和压力罐消解法外，还可以采用湿式消解法和干式消解法。

·注意事项：虽然对基质效应耐受性更强，但消解不完全可能导致测量误差，仍需确保样品均匀。

2.仪器操作条件

ICP-MS

·仪器参数：需要精确控制射频功率、等离子体气流量、载气流量、辅助气流量等参数。例如，射频功率通常设置在1500W左右。

·分析模式：可以选择普通模式或碰撞/反应池模式，以消除多原子离子干扰。

·校正方程：对于某些元素（如As、Se、Cd等），可能需要使用干扰校正方程来校正信号。

ICP-OES

·仪器参数：主要关注观测方式（垂直或水平）、功率、等离子气流量、辅助气流量等。例如，功率通常设置在1150W左右。

·分析谱线：选择合适的分析谱线是关键，需要根据待测元素的特性选择灵敏度高且无干扰的谱线。

·基质效应：虽然ICP-OES对基质效应的耐受性更强，但在高基质样品中仍需注意校正。

3.干扰处理

ICP-MS

·干扰类型：主要面临多原子离子干扰、同位素干扰、基质效应等。

·处理方法：通过碰撞/反应池技术（如使用氦气或氢气）消除多原子离子干扰；使用内标元素校正基质效应；对于特定元素（如As、Se等）可能需要使用干扰校正方程。

ICP-OES

·干扰类型：主要面临光谱干扰（如谱线重叠）和基质效应。

·处理方法：通过选择合适的分析谱线避免光谱干扰；使用基体匹配法或内标法校正基质效应。

四、实验过程中常见的问题及其解决方法

ICP-MS（电感耦合等离子体质谱法）

1.样品消解不完全

问题：样品消解不完全可能导致目标元素未完全溶解，影响检测结果的准确性。

解决方法：

·确保消解过程中酸的用量和种类足够，必要时增加消解时间和温度。

·对于难以消解的样品（如高有机质样品），可以尝试使用氢过氧化物或过硫酸铵辅助消解。

·消解完成后，通过过滤或离心去除未溶解的固体颗粒。

2.基质效应

问题：基质效应可能导致信号抑制或增强，影响定量准确性。

解决方法：

·使用内标元素校正基质效应。选择与待测元素性质相似的内标元素，并在标准溶液和样品中加入相同浓度的内标。

·采用基质匹配法，使标准溶液的基质与样品基质尽可能接近。

·使用碰撞/反应池技术（如氦气或氢气）消除多原子离子干扰。

3.仪器漂移

问题：仪器漂移可能导致信号强度随时间变化，影响结果的准确性。

解决方法：

·定期校准仪器，使用标准溶液进行校准曲线的校正。

·在样品分析过程中，定期插入标准溶液进行校准核查。

·保持仪器的稳定运行，避免温度、气压等环境因素的剧烈变化。

4.多原子离子干扰

问题：多原子离子干扰可能导致目标元素信号的假阳性或假阴性。

解决方法：

·使用碰撞/反应池技术，通过氦气或氢气消除多原子离子干扰。

·选择合适的同位素进行分析，避免同位素干扰。

·使用干扰校正方程进行信号校正。

5.仪器污染

问题：仪器污染可能导致背景信号升高，影响检测限和准确性。

解决方法：

·定期清洗雾化器、雾室、采样锥、截取锥等部件。

·使用高纯度的试剂和溶剂，避免引入杂质。

·在样品分析前后，使用空白溶液清洗系统。

ICP-OES（电感耦合等离子体发射光谱法）

1.光谱干扰

问题：光谱干扰（如谱线重叠）可能导致目标元素信号的假阳性或假阴性。

解决方法：

·选择合适的分析谱线，避免与其他元素的谱线重叠。

·使用多条谱线进行定量分析，通过数学模型校正干扰。

·采用背景校正技术，如背景扣除法或背景校正软件。

2.基质效应

问题：基质效应可能导致信号强度的变化，影响定量准确性。

解决方法：

·使用基质匹配法，使标准溶液的基质与样品基质尽可能接近。

·采用内标法，选择与待测元素性质相似的内标元素进行校正。

·对高基质样品进行稀释，降低基质效应的影响。

3.雾化器和雾室问题

问题：雾化器和雾室的堵塞或损坏可能导致样品传输效率下降，影响信号强度。

解决方法：

·定期检查和清洗雾化器和雾室，确保其畅通无阻。

·使用高纯度的试剂和溶剂，避免堵塞。

·在样品分析前后，使用空白溶液清洗系统。

4.等离子体条件不稳定

问题：等离子体条件不稳定可能导致信号波动，影响结果的重复性。

解决方法：

·确保仪器的功率、气流量等参数稳定。

·定期校准仪器，确保其在最佳工作状态。

·避免样品中存在大量颗粒或高浓度基质，以免影响等离子体的稳定性。

5.样品传输效率低

问题：样品传输效率低可能导致信号强度低，影响检测限和准确性。

解决方法：

·确保样品的酸度和粘度适中，避免影响传输效率。

·定期检查和维护样品引入系统，确保其正常运行。

·使用合适的样品提升速率和泵速，确保样品能够有效传输到等离子体中。