微波消解-电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法测定茶叶中的砷、镉、铜、铅

茶叶作为一种经济作物，在世界饮料市场上占有非常重要的地位。茶叶中的重金属影响着茶叶爱好者的身体健康，如何快速准确地检测茶叶中的重金属，对控制茶叶质量安全、维护人体健康有着非常重要的意义。通过使用HNO3-H2O2消解体系进行样品前处理，有效地消除茶叶中的有机质；通过检测时在线加入内标103Rh减少非质谱干扰；使用碰撞模式减少质谱干扰，选择75As、111Cd、63Cu、208Pb作为测定对象，并分别在标准模式(No Gas)和氦气流量为4、6、8 mL/min的碰撞模式下对标准物质茶叶GSB-7a和柑橘叶GSB-11进行检测，选择仪器最佳的工作状态，建立了利用微波消解进行样品前处理，电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测定茶叶中As、Cd、Cu、Pb 的方法。对实验方法进行准确度和精密度验证。结果表明，在氦气流量为6 mL/min的碰撞模式下，标准物质GSB-7a和GSB-11中待测元素测定值均与证书参考值一致，仪器处于最优的工作状态；各待测元素标准曲线线性相关系数均大于0.999，检出限为0.001～0.02 mg/kg，加标回收率为87.0%～110%，相对标准偏差RSD为1.7%～3.8%(n=6)。方法的线性范围宽、检出限低、准确度和精密度良好，适用于茶叶样品中As、Cd、Cu、Pb等重金属元素的定量分析。

茶叶是一种深受人们喜爱的健康饮品，茶叶中除了含有对人体有益的茶多酚、茶氨酸、茶黄素、茶皂苷等有机物质和铜、铁、锌等无机微量元素，同时也含有镉、砷、铅等危害人体健康的重金属元素。近年来，随着我国工业的迅速发展，土壤环境受到严重污染，土壤中的重金属被茶树富集后转移到茶叶中，危害着人体的健康。在重金属中，镉、砷、铅有着显著的毒性，它们容易通过植物富集累积在食物链中，且不易通过排泄系统排出，当在人体积累过多时，可导致人体血液系统、肾脏系统和神经系统等疾病。铜作为人体必需的微量元素，摄入过多易引起腹痛、恶心等症状，长期服用易导致肝硬化。为了保障食品安全，维护公众健康，农业部发布了标准《茶叶中铬、镉、汞、砷及氟化物限量》(NY 659—2003)和《绿色食品 茶叶》(NY/T 288—2018),国家发布了标准《食品安全国家标准 食物中污染物限量》(GB 2762—2022)。标准 NY 659—2003 规定了茶叶中镉、砷的限量值分别为 1、2 mg/kg，标准 NY/T 288—2018 规定了茶叶中铜的限量值为 30 mg/kg，标准 GB 2762—2022 规定了食品中多种污染物的限量要求，其中茶叶中铅的限量值为5mg/kg。准确测定茶叶中镉、砷、铜、铅等重金属元素，及时掌握茶叶中重金属污染状况，对于茶品质量保障和茶叶产业健康有序的发展具有重要的现实意义。

目前，茶叶中金属元素的检测方法有原子吸收光谱(AAS)法、原子荧光光谱(AFS)法、电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)法等。ICP-MS 法因其检出限低、检测线性范围宽、精确度高、可多元素同时检测等优势，在茶叶重金属元素的检测中受到越来越多的关注。标准《食品安全国家标准 食物中多元素的测定》(GB 5009.268—2016)提到使用 ICP-MS 法测定砷、镉、铜、铅等金属元素，但标准中只给出了精密度和检出限，没有提及准确度的要求；同时，由于茶叶中含有茶多酚、咖啡碱、氨基酸、蛋白质等大量的有机物，其经微波消解产生的有机碳残留会对 ICP-MS 检测产生较强的基体干扰，影响着 ICP-MS 检测的准确性和精密度，标准方法中采用 HNO3对样品进行微波消解处理，仍需要进一步优化。实验选用 HNO3-H2O2的消解体系，设计了合适的微波消解程序对茶叶样品进行前处理；利用 ICP-MS 对茶叶中的砷、镉、铜、铅进行检测，优化了检测方法，实验结果表明，该方法检出限低、精密度和准确度良好。

仪器与试剂

电感耦合等离子体质谱仪(上海美析仪器有限公司)；微波消解仪；电子天平。

As、Cd、Cu、Pb 多元素标准储备溶液(100 µg/mL)，铑标准储备溶液(1 000 µg/mL)，Be、In、Bi、Ce调谐溶液(1 µg/L)。

多元素标准溶液系列：取 100 µg/mL 的多元素标准储备溶液用 2%硝酸逐级稀释配制 1、2、5、10、20、50、100 µg/L 的多元素标准溶液系列。

铑内标溶液：取铑标准储备溶液，用 5%硝酸稀释到 200 µg/L 作为内标溶液使用。

H2O2、HNO3均为优级纯，茶叶样品为市场购买，标准物质茶叶 GSB-7a 和柑橘叶 GSB-11，超纯水。

仪器工作条件

检测前用调谐溶液对仪器进行调谐，使仪器的稳定性、灵敏度达到最佳水平，双电荷离子产率¹⁴⁰Ce⁺⁺/⁷⁰Ce⁺≤3%，氧化物离子产率 ¹⁵⁶CeO⁺/¹⁴⁰Ce⁺≤2%，实验采用氦气碰撞模式。经优化后仪器工作参数见表 1。

样品前处理

称取 0.5 g(精确至 0.000 1 g)干燥研磨后的茶叶样品置于消解罐中，加入 5 mL HNO3、2 mL H2O2，旋紧盖子，消解罐按顺序排好后放入微波消解仪中，按照表 2 的程序进行消解，消解完成后，将消解罐放置到赶酸仪上 140 ℃赶酸至近干，加入 1 mL HNO3，继续在赶酸仪 100 ℃加热至消解罐中残渣溶解，后转移至50 mL 容量瓶中，用超纯水定容，由 0.45 m 滤膜过滤，待测。样品空白、标准物质 GSB-7a 和 GSB-11 与以上茶叶样品同步处理，条件相同。

实验方法

选用优化后的仪器工作参数，对试样进行检测。在检测中为有效减少茶叶样品产生的非质谱干扰和信号的漂移，选用 103Rh 作为内标，检测时在线加入；开启氦气碰撞模式，选择 75As、111Cd、63Cu、208Pb 进行检测，有效消除检测过程中的质谱干扰。对待测元素标准溶液系列进行检测，制作标准曲线。对试样检测，测定试样中的待测元素含量。

仪器参数

ICP-MS6880电感耦合等离子体质谱仪

产品介绍

电感耦合等离子体质谱仪 (简称ICP-MS），是20世纪80年代发展起来的一种新的微量、痕量和超痕量元素分析技术。ICP-MS可测定元素周期表中大部分元素，且具有极低的检出限、极宽的动态线性范围、谱线简单、干扰少、精密度高、分析速度快等性能优势，上海美析仪器是国内较早开发ICP-MS的厂家，拥有国内最资深的ICP-MS研发团队，努力打造优质的ICP-MS产品。

ICP-MS6880是自主研发产品，仪器各项性能均优于国家规范，完全满足不同行业用户应用需求，性价比高；而且具有卓越的仪器性能，高效的分析效果。仪器日常运行消耗器材成本低。

性能特点

◇集成气路模块，减少气路接头，轻量化、模块化，保障仪器便于移动工作

◇自主研发的固态电源可以保证仪器在多种模式（如常规模式、冷等离子体模式）下运行，并且在同一方法中允许运行多种模式，节约大量分析时间及方便研究。

◇采用主流化市场设计，为用户特别是第三方检测用户大大节省了仪器占用空间，也为未来实现车载应用，增加了可能性。

◇自动匹配功能卓越的固态光源，有效的限制了离子化过程中离子的扩散，保证了离子的聚焦性和极高的通过率。带偏转的离子光学系统保证了最佳的离子聚焦效果，有效的降低了背景噪声，提高了信噪比。

◇采用热电原装的一体式石英同心炬管，避免拆卸式矩管的繁琐操作以及可能由此导致的损坏；

◇仪器配置了灵敏度极高的光纤传感器，可在仪器工作状态下，实时监测火焰的工作情况，如遇异常熄火情况，可自动关闭仪器。

◇雾室与旋流雾室的分体式设计，较少了燃烧室内温度变化带来的雾化效率的影响，更加直观的观测实时的进样状态。配合专利技术的加长型雾室，有效进行气液分离，较少水蒸气的干扰。

◇仪器工作中的等离子气、辅助气、载气全部采用高精度的进口质量流量控制器（MFC）来控制，具有流量连续可调、输出气流的精度高，保证了测试数据的准确性。

◇蠕动泵为十二转子四通道全自动设计，蠕动泵转速可根据需求流量设置调节；可满足客户在线样品稀释和在线添加内标的特殊使用要求。

◇接口室由采样锥、截取锥两部分组成。标准配置包含采样锥（锥孔1.1mm），和具有优秀耐盐性能的截取锥（锥孔0.75mm）；另可根据用户实际需求选配高灵敏度截取锥；

◇中英文快速切换软件界面，“一键式”参数设置直观快捷，提高了用户的工作效率，也提供自动控制仪器及其附件的能力，完美适应Windows 专业操作系统

◇美析仪器遍布全国的服务网络，我们10分钟响应、48小时内上门服务、客服中心随时跟踪服务、保证服务质量

技术指标

质量数量范围：2~260 amu

测量范围：≥109

灵敏度：Li≥50； In≥180； U≥200（Mcps/ppm）

检出限：Li≤2；In ≤0.1；U≤0.1（ppt）

分辨率：0.2~2.0amu

信噪比：≥50×106

背景噪音：≤2 cps（全质量范围）

质量轴稳定性：≤0.05 amu/24 h

稳定性RSD：短期≤2%；长期≤3%

氧化物离子：CeO+/Ce+≤2.5%

双价离子：69Ba2+/138Ba+ ≤3%

同位素比：（107Ag/109Ag）≤0.2%

丰度灵敏度：≤1×10-6低质量端；≤5×10-7高质量端

应用领域

高校、质检中心、环境监测站、企业、农业系统、地质地矿、环境保护、地质冶金、电子电器、食品安全、化工制药等。

关于我们

上海美析仪器公司简介

上海美析仪器有限公司(以下简称美析)，是一家具有自主知识产权的高新技术企业，美析的创业理念“科技——因你改变”，并以此为企业宗旨，不断探究、果敢创新。特别是在分析测试仪器领域，不断开发出先进的产品，使美析成为优质仪器资源的供应者。

美析主营光谱类仪器可见分光光度计、紫外可见分光光度计、原子吸收光谱仪、超微量分光光度计、原子荧光光度计、ICP 电感耦合等离子体发射光谱仪、ICP 电感耦合等离子体质谱仪，目前，我们的产品已广泛应用于有机化学、无机化学、生物化学、医药、环保、冶金、石油、农业等领域。同时美析利用在产品机械结构、光学设计、电气应用和软件开发方面积累的丰富经验，结合市场的最新实际需求，近期将陆续推出一批全新的分析类仪器。美析的总部及生产基地设在上海，营销中心设在北京，并在江苏、上海、山东三地建有研发基地。为充分利用各地的智力资源，美析与国内外的部分科研单位也进行了深层次的科研合作，不断将科研成果转化为生产力。为更好的服务于广大客户，美析仪器国内设有 12家办事机构，度身定制符合您需求的应用解决方案，提高产品的附加值。在不断服务国内用户的同时，美析也与 20 多个国家的分销机构建立了深度的战略合作关系。