一种测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值并鉴定杨梅产地的方法

摘要

本发明公开了一种测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值并鉴定杨梅产地的方法：称取杨梅树不同部位样品进行前处理，经微波消解后，用SR？Resin-B树脂树脂净化，洗脱得到铅样品，然后采用热表面电离质谱仪检测得到铅样品中铅的同位素比值。可根据不同产地相同部位的样品的铅的同位素比值做相关性分布图，用于鉴定未知产地的杨梅树样品的产地情况。本发明首次利用热表面电离质谱仪快速测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值，能为杨梅溯源提供一种科学的，独立的，不可改变的身份鉴定信息，方法可靠稳定。特别对于大范围区域之间的产品，能够有效区分其差异。本发明方法检测效率高；并且检测结果精度高，效果好。

说明书

技术领域

本发明涉及分析化学的技术领域，具体涉及一种测定杨梅树不同部位 样品中铅的同位素比值并鉴定杨梅产地的方法。

背景技术

食品市场的全球化以及食品安全事件频发，加大了食品产地标识的公 众关注度，导致消费者越来越关注食品来源。研究食品的可追溯性，建立 相应的食品追溯体系是确保食品安全的一个重要手段。产地溯源技术也已 广泛应用于动/植源性食品，如水果、蔬菜、谷类、牛奶、肉类等。

农产品产地溯源分析技术主要是基于甄别不同地区来源的农产品中 的特异性指标，开发有效准确的现代化检测技术成为农产品溯源技术的重 点。基于此，近年来发展了一系列有关农产品产地溯源的研究技术，涵盖 了气相色谱(GC)、液相色谱(HPLC)、电感耦合等离子体质谱仪(ICP －MS)、毛细管电泳(CE)、近红外光谱(IR)，紫外可见光谱(UV－Vis)、 核磁共振(NMR)等方法，通过测定不同来源农产品中特定的成分差异来 识别该产品的地域特征。但事实上，植物类农产品等受到施肥、气象条件 以及农田土壤特征等各方面的差异的影响，动物源食品也会受到饲料种 类、喂养方式等因素的影响，以上因素使得农产品产地识别的不确定性和 复杂性大大增加，开发更有效的溯源技术也是准确识别农产品产地的迫切 需求。

自然界中，生物体不断经历与外界环境进行物理、化学、生物化学过 程，例如蒸发和冷凝、结晶和溶化、吸收和解吸、扩散和热扩散等。这些 过程都会导致同位素自然分馏(某种元素的“重”同位素和“轻”同位素 比值的可测量变化)。例如，¹³C/¹²C与植物的光合作用途径有关，¹⁵N/¹⁴N 与土壤环境和农业施肥密切相关，¹⁸O/¹⁶O和²H/¹H与地域的环境条件密切 相关，⁸⁷Sr/⁸⁶Sr、Pb与地质条件密切相关。因此，天然同位素丰度的测定 首先能提供植物“类型”(C、N同位素比值)以及地域来源(H、O、Sr 等同位素比值)。同位素的组成差异携有环境因子的信息，反映生物体所 处的环境条件。而这种差异正是同位素的自然分馏效应导致的，因此，同 位素自然分馏效应就成为其可作为溯源技术的基本原理和依据。同位素组 成是生物体的一种“自然指纹”，且不随化学添加剂的改变而改变，能为 食品溯源提供一种科学的、独立的、不可改变的以及随整个食品链流动的 身份鉴定信息。

Rb-Sr和Pb同位素体系是经典的同位素定年和示踪体系，被广泛应用 于地球科学、天体化学及环境科学领域。对于Rb-Sr和Pb同位素测定，热 电离质谱仪(TIMS)具有较小的质量分馏、较低的记忆效应、较高的灵敏度 和测试精度，因此TIMS一直被视为上述同位素测定最准确的仪器。然 而,TIMS分析对于样品的要求极为苛刻，测试前必须去除大量基体元素和 同质异位素，高纯待测组分是高精度TIMS分析的前提。采用离子交换色 谱技术进行样品分离和富集，具有本底低、操作简捷等诸多优势，是目前 采用的最主要制备技术。

铅有4种天然的同位素,即²⁰⁴Pb、²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb。其中²⁰⁴Pb的半衰 期为1.4×10¹⁷年，半衰期很长，一般都把它当成稳定的参考同位素处理。 而²⁰⁶Pb、²⁰⁷Pb和²⁰⁸Pb则是U和Th的衰变产，其丰度在不断变化。由于铅的 同位素比值变化可以用质谱精确地测量出来，因此这种变化通常被用于环 境污染的标识物。由于各地区在地质结构、地质年龄和矿物质含量上存在 差异以及各地区降水分布的不同，造成了不同地区铅的同位素组成不同。 因此，铅同位素组成具有地区特征。植物体内的金属元素大部分来自于土 壤及地表水，植物中的铅同位素组成也因此具有地区标志。因此,可以利用 质谱精确测定这些比值差别，判断植物的产地。

发明内容

本发明就是针对上述技术现状，提供一种测定杨梅树不同部位样品中 铅的同位素比值并鉴定杨梅产地的方法。

本发明采用的技术方案为：

一种测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值并鉴定杨梅产地的 方法，所述方法包括以下步骤：

(1)测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值：

(A)样品前处理：称取杨梅树不同部位样品，所述杨梅树不同部位 样品包括杨梅样品、杨梅树叶子样品、杨梅树树枝样品、杨梅树根样品或 杨梅树根部土壤样品，然后分别加入消解试剂，得到混合样品a、b、c、d 或e，分别置于微波消解仪中进行消解，设置微波消解仪的升温程序为： 5min升到400w，保持5min，再5min升至800w，保持5min，降温冷却 至室温，所得混合液加热蒸干，用3mol/L硝酸溶解后离心，分别得到消 解液a、b、c、d或e备用；

所述称取杨梅树不同部位样品，分别加入消解试剂，得到混合样品a、 b、c、d或e，具体按以下操作：

(a)称取杨梅样品，加入浓硝酸，得到混合样品a，所述浓硝酸的体 积用量以杨梅样品的质量计为10mL/g；

(b)称取杨梅树叶子样品，加入浓硝酸，得到混合样品b，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树叶子样品的质量计为18mL/g；

(c)称取杨梅树树枝样品，加入浓硝酸，得到混合样品c，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树树枝样品的质量计为20mL/g；

(d)称取杨梅树树根样品，加入浓硝酸，得到混合样品d，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树树根样品的质量计为23～24mL/g；

(e)称取杨梅树根部土壤样品，加入体积比为5：1的王水和氢氟酸 的混合酸液，得到混合样品e，所述混合酸液的体积用量以杨梅树根部土 壤样品的质量计为40mL/g；

(B)样品净化：将SRResin-B树脂湿法装柱，用1+1的硝酸和水交 替清洗柱子2～3次，然后依次以1+1的硝酸，6mol/L盐酸和水洗柱，再 用3mol/L的硝酸平衡柱子，分别取步骤(A)制备的消解液a、b、c、d 或e上柱，先用3mol/L硝酸淋洗，再用0.03mol/L硝酸淋洗，然后用6mol/L 盐酸洗脱铅，收集铅洗脱液于聚四氟乙烯溶样杯中，置于电热板上蒸干， 然后加入浓硝酸溶解，密封150℃加热1h，再开盖，于150℃蒸干，分别 得到铅样品a、b、c、d、e；

(C)采用热表面电离质谱仪测定铅的同位素比值：

(C-1)样品带的预处理

先将铼带放入乙醇中浸泡30min～60min，取出晾干后，将铼带点焊到 进样支架上，然后置于去气装置中去气，得到预处理的铼带；

(C-2)铅的涂样

用微量移液器移取1μL的20mmol/L磷酸加于预处理的铼带中央，通 电蒸干，再加1μL硅胶发射剂至磷酸上，通电蒸干，将步骤(B)制备的 铅样品a、b、c、d、e分别用质量分数3％的硝酸溶解，然后分别点于铼 带的硅胶处，通电蒸干，再于样品处滴加1μL硅胶发射剂，通电蒸干后通 电红化样品带，然后将进样支架装入热表面电离质谱仪的样品盘；

(C-3)铅的质谱同位素比值检测

热表面电离质谱仪抽真空，真空度达到3×10^-7Pa时，对铼带加温， 进行测试，将温度控制在1250±50℃，检测得到铅的同位素比值²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb；

(2)利用铅的同位素比值鉴定杨梅产地

按照步骤(1)的方法，分别取不同产地的杨梅树不同部位的样品测 定铅的同位素比值，取不同产地相同部位的样品的铅的同位素比值做相关 性分布图，可用于鉴定未知产地的杨梅树样品的产地情况。

所述步骤(A)中，杨梅样品、杨梅树叶子样品、杨梅树枝样品、杨 梅树树根样品或杨梅树根部土壤样品是分别将杨梅、杨梅树叶子、杨梅树 树枝、杨梅树树根或杨梅树根部土壤干燥后用陶瓷剪刀剪小后，再用研钵 磨碎制得。

所述杨梅树根部土壤一般采取根部5～20cm深处的土壤，优选采取根 部10cm深处的土壤。

所述步骤(A)中，所述微波消解仪优选采用安东帕公司生产的 Multiwave3000微波消解仪。

所述步骤(B)中，所述1+1的硝酸是将浓硝酸和水按体积比1：1 混合配制得到。

所述步骤(B)中，所述SRResin-B树脂由Trskem公司生产。

所述步骤(B)中，用6mol/L盐酸洗脱铅后，一般需要清洗重生柱子， 所述清洗重生柱子的步骤为：依次用6mol/L盐酸，1+1的硝酸和水洗柱。

进一步，优选所述步骤(B)按以下方法操作：

将SRResin-B树脂湿法装柱，用1+1的硝酸和水交替清洗柱子2～3 次，然后依次以5倍柱体积的1+1的硝酸，10倍柱体积的6mol/L盐酸和 10倍柱体积的水洗柱，再用5倍柱体积的3mol/L的硝酸平衡柱子，分别 取步骤(A)制备的消解液a、b、c、d或e上柱，先用15倍柱体积的3mol/L 硝酸淋洗，再用12.5倍柱体积的0.03mol/L硝酸淋洗，然后用15倍柱体 积的6mol/L盐酸洗脱铅，收集铅洗脱液于聚四氟乙烯溶样杯中，置于电 热板上蒸干，然后加入浓硝酸溶解，密封150℃加热1h，再开盖，于150℃ 蒸干，分别得到铅样品a、b、c、d、e；再依次用10倍柱体积的6mol/L 盐酸，10倍柱体积的1+1的硝酸和10倍柱体积的水清洗重生柱子；

所述步骤(C-1)中，去气装置可采用质谱灯丝去气装置，去气可采 用先后以1A和4A的电流各去气15min，即得到预处理的铼带。

所述步骤(C-2)中，所述硅胶发射剂按以下比例配制：称取0.1g硅 酸并充分研磨，依次用质量分数10％硝酸和水洗涤3～5次后，离心，弃去 上清液，剩余物加入10mL0.1mol/L磷酸并摇匀，制得所述硅胶发射剂。

所述步骤(C)采用的热表面电离质谱仪优选为ThermoTritonPlus质 谱仪。

进一步，所述步骤(C-2)优选按以下操作：

用微量移液器移取1μL的20mmol/L磷酸加于预处理的铼带中央，通 电0.8A蒸干，再加1μL硅胶发射剂至磷酸上，通电蒸干，将步骤(B)制 备的铅样品a、b、c、d、e分别用质量分数3％的硝酸溶解，然后分别点 于铼带的硅胶处，通电蒸干，再于样品处滴加1μL硅胶发射剂，通电蒸干 后通电2.2A红化样品带，然后将进样支架装入热表面电离质谱仪的样品 盘。

所述步骤(C)采用热表面电离质谱仪测定铅的同位素比值时，一般 采用SRM981标样作为质控样来判断检测的可靠性和方法的可靠性，这是 本领域技术人员公知的。

本发明还提供一种测定杨梅树不同部位样品中铅的同位素比值的方 法，所述方法包括以下步骤：

(A)样品前处理：称取杨梅树不同部位样品，所述杨梅树不同部位 样品包括杨梅样品、杨梅树叶子样品、杨梅树树枝样品、杨梅树根样品或 杨梅树根部土壤样品，然后分别加入消解试剂，得到混合样品a、b、c、d 或e，分别置于微波消解仪中进行消解，设置微波消解仪的升温程序为： 5min升到400w，保持5min，再5min升至800w，保持5min，降温冷却 至室温，所得混合液加热蒸干，用3mol/L硝酸溶解后离心，分别得到消 解液a、b、c、d或e备用；

所述称取杨梅树不同部位样品，分别加入消解试剂，得到混合样品a、 b、c、d或e，具体按以下操作：

(a)称取杨梅样品，加入浓硝酸，得到混合样品a，所述浓硝酸的体 积用量以杨梅样品的质量计为10mL/g；

(b)称取杨梅树叶子样品，加入浓硝酸，得到混合样品b，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树叶子样品的质量计为18mL/g；

(c)称取杨梅树树枝样品，加入浓硝酸，得到混合样品c，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树树枝样品的质量计为20mL/g；

(d)称取杨梅树树根样品，加入浓硝酸，得到混合样品d，所述浓硝 酸的体积用量以杨梅树树根样品的质量计为23～24mL/g；

(e)称取杨梅树根部土壤样品，加入体积比为5：1的王水和氢氟酸 的混合酸液，得到混合样品e，所述混合酸液的体积用量以杨梅树根部土 壤样品的质量计为40mL/g；

(B)样品净化：将SRResin-B树脂湿法装柱，用1+1的硝酸和水交 替清洗柱子2～3次，然后依次以1+1的硝酸，6mol/L盐酸和水洗柱，再 用3mol/L的硝酸平衡柱子，分别取步骤(A)制备的消解液a、b、c、d 或e上柱，先用3mol/L硝酸淋洗，再用0.03mol/L硝酸淋洗，然后用6mol/L 盐酸洗脱铅，收集铅洗脱液于聚四氟乙烯溶样杯中，置于电热板上蒸干， 然后加入浓硝酸溶解，密封150℃加热1h，再开盖，于150℃蒸干，分别 得到铅样品a、b、c、d、e；

(C)采用热表面电离质谱仪测定铅的同位素比值：

(C-1)样品带的预处理

先将铼带放入乙醇中浸泡30min～60min，取出晾干后，将铼带点焊到 进样支架上，然后置于去气装置中去气，得到预处理的铼带；

(C-2)铅的涂样

用微量移液器移取1μL的20mmol/L磷酸加于预处理的铼带中央，通 电蒸干，再加1μL硅胶发射剂至磷酸上，通电蒸干，将步骤(B)制备的 铅样品a、b、c、d、e分别用质量分数3％的硝酸溶解，然后分别点于铼 带的硅胶处，通电蒸干，再于样品处滴加1μL硅胶发射剂，通电蒸干后通 电红化样品带，然后将进样支架装入热表面电离质谱仪的样品盘；

(C-3)铅的质谱同位素比值检测

热表面电离质谱仪抽真空，真空度达到3×10^-7Pa时，对铼带加温， 进行测试，将温度控制在1250±50℃，检测得到铅的同位素比值²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb。

与现有技术相比，该方法的优点如下：

本发明首次利用热表面电离质谱仪快速测定杨梅树不同部位样品中 铅的同位素比值，该比值是杨梅树的一种“自然指纹“，且不随化学添加 剂的改变而改变，能为杨梅溯源提供一种科学的，独立的，不可改变的以 及随整个食品链流动的身份鉴定信息，方法可靠稳定。特别对于大范围区 域之间的产品，能够有效区分其差异。该方法在前处理过程中用酸少，环 保；过柱时间短，能够实现铅元素的快速分离，检测效率高；该方法经过 样品前处理，基质影响小，干扰少，检测结果精度高，效果好。

附图说明

图1不同产地杨梅样品的铅的同位素比值的相关性分布图。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明的技术方案作进一步详细描述，但本发明的 保护范围不限于此。

实施例1慈溪产地杨梅树不同部位样品的铅的同位素比值的测定

杨梅样品、杨梅树叶子样品、杨梅树枝样品、杨梅树树根样品或杨梅 树根部土壤样品是分别将杨梅、杨梅树叶子、杨梅树树枝、杨梅树树根或 杨梅树根部土壤干燥后用陶瓷剪刀剪小后，再用研钵磨碎制得。

(1)分别称取1g杨梅样品，加入10mL浓硝酸；0.5g叶子样品，加 入9mL浓硝酸；0.3g杨梅树根部10cm深处的土壤样品，加入10mL王水 和2mL氢氟酸；0.5g杨梅树树枝样品，加入10mL浓硝酸；0.3g杨梅树树 根样品，加入7mL浓硝酸；

分别放入微波消解仪(安东帕公司生产的Multiwave3000)中进行消 解，升温程序为5min升到400w，保持5min，再5min升至800w，保持 5min，降温冷却至室温。消解完成后，将混合液体转入15mL聚四氟乙烯 溶样杯，放置于电热板上150℃加热蒸干，用1mL3mol/L硝酸溶解后离心， 得到消解液备用。

(2)将SRResin-B树脂(Trskem公司生产，100-150μm粒径)湿法装柱， 每个柱子装200μl体积的SRResin-B树脂。用1+1的硝酸和水交替清洗柱 子3次，然后依次以1mL1+1硝酸、2mL6mol/L盐酸和2mL水洗柱， 1mL3mol/L硝酸平衡柱子，取步骤(1)制备的消解液样品0.5mL上柱子， 用3mL3mol/L硝酸淋洗，2.5mL0.03mol/L硝酸淋洗，3mL6mol/L盐酸洗 脱铅，再依次用2mL6mol/L盐酸，2mL1+1硝酸和2mL水再生洗柱。收 集用3mL6mol/L盐酸洗脱的铅洗脱液于5mL聚四氟乙烯溶样杯中，置于 电热板上150℃蒸干，再加入1mL浓硝酸，密封150℃加热1h，打开盖子， 150℃蒸干，得到铅样品备用。

(3)热表面电离质谱仪(ThermoTritonPlus质谱仪)测定铅的同位 素比值

样品带的预处理

先将铼带放入乙醇中浸泡40min，取出晾干后，将铼带点焊到插件上， 然后置于质谱灯丝去气装置(北京艺冠菁仪科技有限公司)中，先后以1A 和4A的电流各去气15min，得到预处理的铼带。

铅的涂样

用质量分数3％的硝酸溶解步骤(2)制备的铅样品，用微量移液器移 取1uL的20mmol/L磷酸于预处理的铼带中央，通电0.8A蒸干，再加1μL 硅胶发射剂至磷酸上，通电蒸干，然后再将溶解后的铅样点于铼带的硅胶 处，通电蒸干，再于样品处滴加1μL硅胶发射剂，通电蒸干后通电2.2A 红化样品带，然后将进样支架装入热表面电离质谱仪的样品盘。

所述硅胶发射剂按以下方法配制：称取0.1g硅酸并充分研磨，依次用 质量分数10％硝酸和水洗涤3次后，离心，弃去上清液，剩余物加入 10mL0.1mol/L磷酸并摇匀，制得所述硅胶发射剂。

铅的质谱同位素比值检测

热表面电离质谱仪抽真空，待质谱仪运行正常，真空度达到3×10^-7Pa 时，对铼带加温，将温度控制在1250±50℃，测定铅的同位素比值²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb 和²⁰⁸Pb/²⁰⁶Pb。

所得结果见下表1

表1：

实施例2

取慈溪、余姚、温州三个产地的杨梅样品，按照实施例1的方法步骤 测定铅的同位素比值²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁸Pb，做相关性分布图，如图1所示， 图1可以看出，三个产地的铅的同位素比值分布之间存在显著性差异，各 自有不同的分布区间。因此图1可以用于鉴别不同产地的杨梅。对未知产 地的杨梅样品，测定铅的同位素比值²⁰⁷Pb/²⁰⁶Pb和²⁰⁶Pb/²⁰⁸Pb，观察其数值分 布靠近哪个分布区间，则可以鉴定为该分布区间的产地。