电感耦合等离子体质谱法准确测定多矿中碘的含量

2019-12-18

碘是饲料多矿当中必需添加的 1 种营养元素,过少或过多的碘都对人和动物不利,所以准确测定饲料添加剂多矿中的碘含量就显得尤为重要。由于碘的化学性质活泼,准确检测碘含量一直是饲料检测界的难题。目前, 多矿中碘含量的测定主要采用催化分光光度法,即《饲料中碘的测定 硫氰酸铁 - 亚硝酸催化动力学法》(GB/T13882—2010)[1]。此种方法针对的是 -1 价的碘离子的检测,而市面上饲料中大多添加的是碘酸钙,用此方法误差很大。袁燕平等[2] 改进了上述国标方法,使用碘酸钙做标准工作曲线,符合饲料中使用碘酸钙做碘源的实际情况,提高了检测的准确性。然而,此种方法对环境以及操作者的要求都较高,如果操作环境条件控制得不好,或者操作者不熟练,都会导致操作失误,检测准确度和效率不高。

ICP-MS 由离子源和质谱仪 2 个主要部分构成。试样溶液经过雾化由载气送入 ICP 炬焰中,经过蒸发、解离、原子化、电离等过程,转化为带正电荷的正离子, 经离子采集系统进入质谱仪,质谱仪根据质荷比进行分离。对于一定的质荷比,质谱积分面积与进入质谱仪中的离子数成正比。即试样的浓度与质谱的积分面积成正比,通过测量质谱的峰面积来测定试样中元素的浓度[3]。

近几年来,电感耦合等离子质谱法发展迅速,可用于各种元素的检测,其中对碘的测定有较好的效果。如张明仁等[4] 采用微波消解 - 电感耦合等离子体质谱直接测定茶叶中的微量元素碘;孔红玲等[5] 建立了电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)测定植物性农产品中碘含量 ;李鑫等[6] 建立了一种快速测定奶粉中碘的方法。以上研究都收到了很好的效果。而 ICP-MS 对饲料多矿中碘的检测还鲜见报道。本试验应用 ICP-MS 对饲料多矿中碘元素含量进行检测,获取了很好的效果。

 

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

超声波清洗器(SB-25-12DT,宁波新芝);icap Q 电感耦合等离子体质谱仪;硝酸,优级纯;GB 6682 规定的一级试验用水。

1.2 仪器工作条件

仪器的优化条件为等离子体功率 1550 W、采样深度 5.0 mm、冷却气流量 14 L/min、雾化气流速 1.15 L/min、辅助气流速 0.8 L/min、蠕动泵 40 r/min、采样接口镍锥0.8 mm。进样时间为 60 s,数据采集模式:跳峰;重复次数 3 次。检测采用 KED 模式,用 He 气作为碰撞气, 流量为 4.4 mL/min。以 103Rh 为内标。

1.3 碘标准曲线溶液

称取 0.1962 g 分析纯六水 20 合碘酸钙,加入 5 mL UP 水、5 mL 硝酸,超声 30 min 使其溶解,转移至 100 mL 容量瓶定容,移入棕色试剂瓶,此步得到 1 g/L 碘酸钙标准储备溶液。将 1 g/L 碘酸钙标准储备溶液逐级稀释至 1 mg/L,再依次稀释得到 5.00、10.00、20.00、30.00、50.00 mg/L 系列浓度的碘标准曲线溶液,此系列溶液中溶剂为 5% 硝酸。

1.4 样品处理

准确称取 0.25 g 多矿样品,加入 10 mL UP 水,10 mL硝酸,超声 30 min 充分溶解其中碘元素,转移至 100 mL容量瓶,加水定容,摇匀后过滤得清液,清液用 5% 硝酸稀释 100 倍待测。

1.5 样品标准加入法

准确称取 0.25 g 多矿样品 A(约含碘 200 mg/kg)5 份, 分别加入 10 mL UP 水、10 mL 硝酸,超声 30 min 充分溶解其中碘元素,定容至 100 mL 容量瓶,过滤得清液, 取清液 1 mL 至 100 mL 容量瓶,再分别加入 0、0.5、1.0、2.0、3.0、5.0 mL 浓度为 1 mg/L 碘酸钙标准储备溶液,5% 硝酸定容,摇匀待上机检测。由于多矿A 中碘浓度未知, 以 A μg/L 表示,则此系类溶液中碘浓度为:A、(A+5)、(A+10)、(A+20)、(A+30)、(A+50)μg/L。

1.6 检测

仪器预热数分钟,用调谐液调整仪器灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等指标,达到测定要求后,依次引入试剂空白、标准系列、样品空白、样品溶液进行测定,内标溶液和待测溶液通过三通阀同时在线实时注入,测试采用 KED 模式,利用标准曲线计算样品中各元素的浓度。

 

2 结果与分析

2.1 校准曲线

对 1.3 和 1.5 所得溶液分别进行上机检测,1.3 中标准溶液线性方程见图 1。1.5 中标准加入法所得溶液,以多矿样品为空白值绘制标准曲线,见图 2。由图 1、2 可知,2 种方式所得梯度溶液校准曲线线性均较好。

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图1 标准曲线

a37.jpg (132 KB)

图2 标准加入法曲线

 

2.2 校准曲线的选择

使用标准曲线作为校准曲线,对新配制的 6 个多矿样品均进行 2 次平行检测,所得结果见表 1。

表 1   样品结果 1

样品

检测值

/(mg/kg)

平均值

/(mg/kg)

添加量

/(mg/kg)

相对误差

/%

相对标准偏差

/%

无机多矿 1

1 590.98

1 575.63

1 500

6.07

0.97

1 560.28

4.02

无机多矿 2

1 050.05

1 067.16

1 000

5.00

1.60

1 084.28

8.43

无机多矿 3

515.91

520.27

500

3.18

0.84

524.63

4.93

有机多矿 1

1 039.21

1 054.10

1 000

3.92

1.41

1 069.00

6.90

有机多矿 2

833.81

841.43

800

4.23

0.91

849.06

6.13

有机多矿 3

525.47

535.89

500

5.09

1.94

546.30

9.26

由表 1 可知,6 个不同品种多矿所测的结果相较于添加量(标识值)有较大误差,结果普遍偏高。由此可见,对于微量元素成分比较复杂的多矿样品,由于样品基底作用,使用标准曲线法不是很合适,故进一步改进方案,使用多矿样品作为基底的工作曲线作为校准曲线再次计算。

对 1.5 中所得溶液进行上机检测,根据标准加入法计算规则得出多矿样品溶液中的碘含量为 5.07 μg/L,故标准加入法所得的标准溶液浓度依次是 5.07、10.07、15.07、25.07、35.07、55.07 μg/L,重新绘制标准曲线并模拟线性方程,见图 3。

使用工作曲线作为校准曲线,对结果进行重新计算,所得结果见表 2。由表 2 可知,使用工作曲线,对 6 个不同品种多矿所测的结果均接近添加量(标识值),平行样品之间的标准偏差 RSD 小于 5%,可见此方法对多矿中碘的检测准确度与精密度均较好。

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图3 工作曲线

 

表 2 样品结果 2

样品

检测值

/(mg/kg)

平均值

/(mg/kg)

添加量

/(mg/kg)

相对误差

/%

相对标准偏差

/%

无机多矿 1

1 508.78

1 494.23

1 500

0.59

0.97

1 479.67

-1.36

无机多矿 2

995.82

1 012.05

1 000

-0.42

1.60

1 028.28

2.83

无机多矿 3

489.30

493.44

500

-2.14

0.84

497.57

-0.49

有机多矿 1

985.54

999.67

1 000

-1.45

1.41

1 013.79

1.38

有机多矿 2

790.76

797.99

800

-1.16

0.91

805.22

0.65

有机多矿 3

498.36

508.24

500

-0.33

1.94

518.12

3.62

2.3 检出限

对空白试剂溶液进行连续 10 次平行测定,计算所得结果的标准偏差 SD,以 3 倍标准偏差 SD 为此方法的检出限,得检出限为 1.45μg/L。

2.4 加标回收率

对各个多矿样品进行不同浓度的加标回收试验,其结果见表 3。由表 3 可知,此方法中,碘的加标回收率在 95.63% 和 104.50% 中间,可见方法可靠。

表 3   回收率试验

样品

本底值 / (mg/kg)

加标量 1/ (mg/kg)

检测值 1/ (mg/kg)

回收率 1/%

加标量 2/ (mg/kg)

检测值 2/ (mg/kg)

回收率 2/%

无机多矿 1

1 494.23

500

1 985.56

99.42

1 000

2 436.85

96.16

无机多矿 2

1 012.05

500

1 486.34

97.46

1 000

1 986.78

97.50

无机多矿 3

493.44

500

1 015.62

104.50

1 000

1 512.46

103.86

有机多矿 1

999.67

500

1 513.90

101.42

1 000

1 985.24

98.56

有机多矿 2

797.99

500

1 332.37

104.31

1 000

1 806.37

101.05

有机多矿 3

508.24

500

986.02

95.63

1 000

1 524.88

103.27

2.5 前处理方法

采用不同的前处理方式对样品进行检测,所得结果如表 4。其中,加热的方式是指样品加入 10 mL UP 水, 10 mL 硝酸后,放置于电火炉上加热煮沸 5 min。从表中可看出,不同的前处理方式对样品检测结果影响较大, 超声波助溶的方式效果更好,而加热的方式效果略差。这可能是因为加热时,碘容易与多矿中其他成分反应造成一定损失。而使用超声波时,时间长短对结果有影响,当时间小于 30 min 时,时间越长,提取率越高,而达到30 min 时,提取率达到最高。测得的结果接近实际添加值。如果将时间延长至 40 min,则提取率增加并不明显。另外,加入酸的量对结果影响明显,如果加酸不够,则可能碘溶不完全。

由此可知,从提取率以及工作效率的角度来看,超声 30 min 且加酸 10 mL 能将多矿中的碘提取完全,且方法方便、简单。

表 4   不同前处理方法对比

样品

加热

10 min 超声 +

10 mL 硝酸

20 min 超声 +

10 mL 硝酸

30 min 超声 +

10 mL 硝酸

30 min 超声 +

5 mL 硝酸

40 min 超声 +

10 mL 硝酸

无机多矿 1

1 303.18

868.38

1 388.54

1 508.78

965.23

1 487.07

1 319.67

857.17

1 390.21

1 479.67

998.46

1 502.21

无机多矿 2

733.21

745.15

998.29

995.82

801.28

991.95

706.89

721.29

980.57

1 028.28

787.33

1 018.34

无机多矿 3

363.15

430.30

499.63

489.30

489.26

492.08

358.62

427.53

484.35

497.57

498.54

479.20

有机多矿 1

758.24

779.54

990.28

985.54

898.50

981.14

695.22

780.22

976.39

1 013.79

905.34

1 008.27

有机多矿 2

645.28

669.57

779.01

790.76

801.94

794.09

632.36

670.36

799.98

805.22

798.56

779.93

有机多矿 3

448.77

465.58

489.36

498.36

510.82

501.33

451.28

470.08

491.80

518.12

498.15

509.27

2.6 与 GB/T 13882—2010 比较

本研究也采用 GB/T 13882—2010 对不同多矿样品进行了检测,结果见表 5。由表 5 可知, 采用 GB/T 13882—2010 方法所得结果误差和相对标准偏差均较大,且随机误差较大,原因是国标法中的方法其原理针对的是 -1 价碘,而市面上的饲料多矿均添加的是碘酸钙,另外化学催化动力学本身对温度、时间等操作条件要求很高,对于成分复杂的多矿样品,特异性和稳定性较差。

表 5   GB/T 13882—2010 方法所得结果

 

检测值/ppm

平均值/ppm

添加量/ppm

相对误差/%

相对标准偏差/%

无机多矿1

705.13

806.40

1500

-52.99

12.56

907.67

-39.49

无机多矿2

703.64

761.45

1000

-29.64

7.59

819.25

-18.08

无机多矿3

687.59

736.39

500

37.52

6.63

785.18

57.04

有机多矿1

1119.42

1238.49

1000

11.94

9.61

1357.56

35.76

有机多矿2

706.55

785.94

800

-11.68

10.10

865.33

8.17

有机多矿3

651.20

598.78

500

30.24

8.76

546.35

9.27

 

3 结论

本研究所用消解方法简单有效,能较为彻底将多矿中碘提取出来。ICP-MS 检测碘元素含量特异性较高, 分析方法的检出限和回收率均满足测定要求。此方法操作简便、干扰因素较少,能够较准确测得饲料多矿添加剂中的碘的含量,值得推广应用。