ICP-MS法同时测定矿泉水界限指标中5种元素
崔晓娇 周探春 周鹏 曹雯婷 胡宇格
摘 要：目的：建立电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）同时快速测定矿泉水界限指标中锂、锶、锌、硒、偏硅酸5种元素的分析方法。方法：采用电感耦合等离子体质谱法同时测定矿泉水中5种元素，用1%硝酸酸化试样，以45Sc、72Ge作为内标，优化仪器参数和试验条件。同时用国家标准紫外-可见分光光度法对偏硅酸进行仪器比对。结果：试验结果符合标准要求。结论：该方法快速，准确，灵敏，适用于同时快速测定矿泉水中5种界限指标，解决了传统方法不同仪器的测定，可以为检测节省时效。
关键词：矿泉水;电感耦合等离子体质谱法;界限指标
矿泉水是从地下深处自然涌出的或者是经人工揭露的、未受污染的天然地下矿水;含有一定量的矿物盐、微量元素，含有国家标准规定的矿物质及限定指标[1]。锶是人体必需的微量元素之一，与人体骨骼的发育、心血管的功能与结构以及神经和肌肉的兴奋等息息相关，在人体中具有重要作用;硒是生物生长发育所必需的微量元素;硅是人体所必需的微量元素，对于机体骨骼、心血管等都有重要的健康意义;但硅在水中的溶解度较低，一般以偏硅酸的形态存在于水中[2-3]。
矿泉水中金属元素的检测方法有电感耦合等离子体质谱法、原子吸收光谱法与氢化物发生原子荧光法等。矿泉水中偏硅酸国家标准只有紫外-可见分光光度法，该方法样品预处理繁琐，效率低、速度慢，精密度较差。按照《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》（GB 8537—2018）要求中锂≥0.20 mg/L、锶≥0.20 mg/L、锌≥0.20 mg/L、偏硅酸≥25 mg/L、硒≥0.01 mg/L。矿泉水界限指标应有1项（或=1项以上）指标符合上述规定[4]。本文根据工作需求，建立了同时测定矿泉水中5种界限指标的方法，该方法简单快捷、灵敏度高，可以准确地同时测定矿泉水中5种元素，解决了传统方法不同仪器的测定，可以为检验节省时效。
1 材料与方法
1.1 仪器与试剂
Agilent 7700x电感耦合等离子体质谱仪（美国Agilent公司）;UV2450紫外-可见分光光度计（日本岛津）;Milli-Q超纯水系统（美国Millipore公司），硝酸（德国默克）公司;Li、Sr、Zn、Se和SiO2分别为单元素标准储备溶液，浓度分别为1 000 μg/mL（国家标准物质研究中心研制）。内标溶液45Sc、72Ge浓度为100 μg/mL（国家标准物质研究中心研制）。质谱调谐液（内含Li、Y、Tl元素）浓度为10 μg/mL（美国Agilent公司）。
1.2 仪器工作条件
用质谱调谐液（1.0 μg/L）调试仪器至最佳状态，使仪器灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等各项指标达到要求。仪器工作参数，即高频发射功率：1 500 W;载气流速：0.80 L/min;辅助气流速：0.80 L/min;补偿气流速：0.80 L/min;氦气碰撞。
1.3 试验方法
1.3.1 标准溶液配制
混合标准工作溶液。吸取适量上述Li、Sr、Zn、Se和SiO2单元素标准储备溶液，用1%的硝酸溶液逐级稀释配制成混合标准工作溶液，各元素曲线浓度见表1。
1.3.2 样品测定
取100 mL水样，加入硝酸1 mL，使其浓度达到1%。在线引入内标，按照设定的方法，依次将试剂空白、混合标准系列、样品溶液按照进样顺序引入仪器，进行分析，测定待测元素的信号强度CPS，从标准曲线或回归方程中查得样品管中测定元素的质量浓度。
2 结果与分析
2.1 同位素及内标的选择
选择同一浓度同元素的不同质量数进行测定，试验表明，选择灵敏度好，稳定性好的质量数作为测定结果，选择稳定的内标元素见表2。
2.2 标准曲线的线性范围
按照矿泉水的界限指标元素含量，选用适合矿泉水测定的范围更能确保试验结果的准确性，标准曲线的线性范围、回归方程及相关系数见表3。由表3可知，各元素的相关系数均大于0.999 9。
2.3 方法检出限和定量限
方法检出限用1%硝酸溶液作为空白试剂，在优化的试验条件下平行测定20次，计算各元素计数值的标准偏差，以3倍标准偏差确定方法检出限，10倍标准偏差确定方法定量限[5]，结果见表3。
2.4 样品测定结果
取市售农夫山泉天然饮用矿泉水，平行进行3次测定，取平均值。结果见表4，按照《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水》（GB 8537—2018）标准要求界限指标应有一项（或=一项以上）指标符合标准的规定，试验表明该农夫山泉天然饮用矿泉水符合标准要求。其中ICP-MS法中偏硅酸计算公式为[6]：
式中：c代表样品测定偏硅酸浓度，mg/L;78/60代表偏硅酸与二氧化硅换算系数。
2.5 加标回收试验
取空白水样进行加标试验，分别加入低中高3个水平的标准溶液，样品重复测定6次，得出加标回收率、精密度见表5。
2.6 紫外-可见分光光度计测定偏硅酸
按照《食品安全国家标准 饮用天然矿泉水检验方法》（GB 8538—2016）35.1 硅钼磺光谱法测定市售农夫山泉天然饮用矿泉水中的偏硅酸，平行测定2次[7]。结果見表6，试验表明结果精密度符合标准小于10%的要求。
2.7 仪器精密度的测定
取一标准溶液，重复测定7次，得出仪器精密度。结果见表7。
3 结语
本文建立了电感耦合等离子体质谱法同时测定矿泉水中5种界限指标。可以满足矿泉水中5种界限指标的快速测定。该方法操作简单、稳定、高效，具有检出限低，准确性高，精密度和回收率好，其中对偏硅酸进行了紫外-可见分光光度计与电感感耦合等离子体质谱仪器比对，试验结果满足标准要求。
参考文献
[1]栾燕，张玉黔，张长立，等.ICP-AES法测定矿泉水中偏硅酸、锶的含量[J].中国卫生检验杂志，2002，12（6）：710.
[2]胡文玉，梅光泉.矿泉水中的微量元素对人体健康的影响[J].微量元素与健康研究，1997（3）：44-46.
[3]张慧，白小鸣，张大强，等.火焰原子吸收分光光度法检测矿泉水中锶含量[J].现代食品，2018（10）：132-134.
[4]国家卫生健康委员会，国家市场监督管理总局.食品安全国家标准 饮用天然矿泉水：GB 8537-2018[S].北京：中国标准出版社，2018.
[5]中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，中国国家标准化管理委员会.实验室质量控制规范 食品理化检测：GB/T 27404—2008[S].北京：中国标准出版社，2008.
[6]赵雯玮，刘吉，爱朱红.ICP-MS/ICP-AES测定水中偏硅酸含量[J].检验检疫学刊，2017，27（1）：10-12.
[7]国家卫生和计划生育委员会，国家食品药品监督管理总局.食品安全国家标准 饮用天然矿泉水检验方法：GB 8538—2016[S].北京：中国标准出版社，2016.
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