电热蒸发钨丝捕获电感耦合等离子体质谱技术测定农产品中锌和镉的研究

摘要

锌（Zn）和镉（Cd），是农产品和食品安全检测中两种常见并典型的重金属元素。Zn既是人体健康不可或缺的必需微量元素，同时也是过量会危害人体健康的重金属元素；Cd是公认的对人体无益的有害元素，也是当前农产品和食品安全中备受关注的重金属元素。目前，农产品中Zn和 Cd含量的检测，主要采用液体进样的光谱分析方法。其中，电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS），因具有灵敏度高、线性范围宽、分析速度快并可多元素同步测定等优势，被广泛应用于农产品和食品中Zn和Cd的检测。但液体进样需要进行较为耗时、费力、消耗试剂的消解前处理，难以用于农产品中重金属快速检测。而采用固体进样技术，则无需消解，具有简单、快速、环保、效率高等特点，为鲜活农产品快速检测提供可能。本论文在前期研究基础上，通过优化串联接口以及气路系统，集成了电热蒸发（ETV）-固体进样（SS）-ICP-MS定量测定的串联分析系统，建立了农产品中Zn和Cd同步检测的ETV-SS-ICP-MS检测技术。本论文主要取得了以下研究进展：
　　1.集成组装了ETV-SS-ICP-MS串联分析系统。通过优化设计串联接口及气路系统，采用双气路模式，选择氩（Ar）氢（H2）混合气（v:v=96:4）作为补充气和载气的气源，实现了固体进样装置（配置在线灰化、多孔碳电热蒸发器和进样舟以及钨丝原子阱等部件）与ICP-MS的串联。
　　2.首次发现了钨丝在常温下可以有效捕获和释放Zn元素的现象。利用ICP-MS的多元素筛查能力，研究了钨丝对多种目标元素的捕获能力。结果表明，钨丝对Zn和Cd都具有捕获和释放能力。钨丝对Zn的释放量，与Zn的进样量具有良好线性关系，回归系数R2＞0.996；并具有较高的准确度，相对标准偏差（RSD，n=11）为3.1％。此外，通过原子荧光光谱和 X射线光电子能谱分析，证实了Zn在电热蒸发、捕获和释放过程均呈现原子态，与之前Cd的相关研究结果一致。
　　3.优化了ETV-SS-ICP-MS串联分析系统的工作条件。对补充气流速、载气流速、电热蒸发功率以及释放条件等仪器工作条件进行了优化，确定了补充气流速0.3L/min、载气流速0.7L/min、蒸发功率80W（20s）、释放条件30W（0.6s）等最适仪器工作条件。检出限分别为1pg（Zn）和0.1pg（Cd）；混标测试时（Zn:Cd=50:1），线性范围1pg～2.5μg（Zn）和0.1pg～50ng（Cd），R2>0.99；11次测定的RSD分别为3.1%（Zn）和1.4%（Cd）。结果表明，研究集成的ETV-SS-ICP-MS分析系统具有较好的分析灵敏度和精密度。
　　4.建立了农产品中Zn和Cd同步检测的ETV-SS-ICP-MS检测方法，并进行了应用验证。采用基体匹配标准曲线，建立了谷物、菠菜、茶叶、猪肝等典型农产品中Zn和 Cd同步检测方法，方法定量限分别为0.3μg/kg（Zn）和0.03μg/kg（Cd）（进样量为10mg），对标准物质（CRMs）的测定结果在参考值范围内，加标回收率为88%～116%，能够满足农产品中重金属Zn和Cd快速检测的需求。利用本研究建立的方法对14个谷物样品进行了试验验证，结果表明，本方法检测结果与微波消解ICP-MS确证方法的检测结果无显著差异（p＞0.05），且RSD＜10%（n=3）。

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第一章 引 言

1.1 研究背景和意义

1.2 ICP-MS的进样技术

1.3 固体进样ETV-ICP-MS分析技术

1.4 捕获技术ETV-SS-ICP-MS的应用研究

1.5 研究内容

第二章 ETV-SS-ICP-MS仪器组装与TC捕获Zn的机理研究

2.1 前言

2.2 实验材料

2.3 固体进样装置与ICP-MS联接系统的设计与优化

2.4 气路长度和材质

2.5 TC捕获

2.6 本章小结

第三章 ETV-SS-ICP-MS同时测定Zn和Cd的参数优化及仪器性能调试

3.1 前言

3.2 实验材料与方法

3.3 ETV-SS-ICP-MS同时测定Zn和Cd的工作参数优化

3.4 ETV-SS-ICP-MS整体性能测试

3.5 干扰因素排查

3.6 本章小结

第四章 农产品中Zn和Cd同测的方法学与应用研究

4.1 前言

4.2 实验材料与方法

4.3 数据分析

4.4 结果与分析

4.5 本章小结

第五章 全文总结

参考文献

致谢

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