使用均质化和微波辅助湿酸消解制备食品样品，用于ICP-MS多元素测定

摘要

所提出的方案描述了使用实验室混合器进行样品均质化，通过微波辅助湿酸消解使用68wt%HNO₃和30wt%H₂O₂的混合物对食品样品进行酸消解，以及使用电感耦合等离子体质谱法进行多元素测定。 

摘要

样品制备对于元素测定至关重要，并且有多种技术可供选择，其中一种技术涉及均质化，然后是酸消解。在制备阶段的样品处理过程中需要特别小心，以消除或尽量减少潜在的污染和分析物损失。均质化是一种同时减小粒径和均匀分布样品组分的过程。均质化后，样品进行酸消解，其中在高温下用酸和辅助化学品消解，将固体样品转化为液态。在这个过程中，原始样品中的金属与酸反应形成水溶性盐。通过酸消解制备的样品适用于使用电感耦合等离子体质谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、原子吸收光谱法、电化学方法和其他分析技术进行元素分析。这项工作详细介绍了使用电感耦合等离子体质谱法制备用于多元素测定的食品样品。分步程序包括使用带有陶瓷刀片的实验室大小的混合器进行均质化过程，然后使用微波辅助湿酸消解在密闭容器中进行酸消解。5.0 mL 68 wt% HNO₃ 和 1.0 mL 30 wt% H₂O₂ 的混合物用作辅助试剂。本指南对这两个阶段所涉及的过程进行了说明。

引言

元素分析是确定各种样品元素组成的分析过程。它可用于控制人体中金属（尤其是重金属¹）的摄入量，因为它们的高浓度可能会导致不必要的健康问题。重金属也是主要的环境污染物之一，因此，控制它们在环境中的存在是必要的².此外，元素分析可用于确定食品的地理来源³ ，并控制食物和水资源^的质量4。此外，它还用于测定土壤中的微量和宏量营养素⁵ ，并通过检查矿物和沉积物的化学成分⁶ 来深入了解整个历史的地质过程。还进行了研究，以确定电气和电子废物中稀有金属的存在，以便进一步进行金属再生⁷，评估药物治疗的成功^8，并验证金属植入物的元素组成⁹。

电感耦合等离子体质谱法 （ICP-MS） 和电感耦合等离子体发射光谱法 （ICP-OES） 是用于各种样品元素分析的常用技术¹⁰。它们可以同时测定多种元素，检测限 （LOD） 和定量限 （LOQ） 低至 ng/L。一般来说，与 ICP-OES¹²

研究方案

1.样品均质化

1. 使用干净的陶瓷刀，手动将食物样品（西兰花、蘑菇、香肠和面条）切成小块，以加快干燥过程。准备足够的样品进行至少6次酸消解重复（确保干燥样品的最小质量为1500mg）。
   注意：增加样品的表面积会使样品的更大一部分暴露在加热的周围空气中，从而增加水的蒸发速度。
2. 将样品放入250mL玻璃烧杯中，并使用干燥器在105°C下干燥至恒重。
3. 从干燥器中取出装有样品的玻璃烧杯，然后将其插入干燥器中。
4. 让样品冷却至室温。
   注意：样品必须在恒温下称重，以确保砝码准确反映质量。温度变化会影响被测样品的体积和密度。
5. 打开干燥器，将玻璃烧杯和样品放在分析天平上。用样品测量玻璃烧杯的重量。
6. 称量完成后，将样品放回干燥机中。
   注意：如果样品在干燥过程中明显收缩，可以使用塑料刮刀将其转移到较小的玻璃烧杯中，以便更方便地称量。
7. 重复步骤1.3-1.6中描述的过程，直到样品达到恒定重量。
8. 将干燥的异质样品放入混合烧杯中（参见 材料表），确保其不超过混合烧杯的最大体积。
9. 将搅拌杯插入搅拌器并关闭防护门（图 1）。
10. 按 下开始 按钮激活用于研磨和混合样品的刀片。
11. ....

讨论

均匀
为了确保元素测定结果的可重复性，由于样品的结构和组成复杂且不均匀，因此有必要在酸消解之前对样品进行均质化。同质化旨在消除宪法和分配的异质性。混合样品通过在整个样品中均匀地重新分配组分来最大限度地减少分布异质性。同样，通过将粒径降低到均匀的尺寸，可以减少结构异质性⁴⁴。从匀浆中获得的子样品必须包含与原始样品相同的组分比?.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Ar gas	Messer	7440-37-1	Ar 5.0 gas (purity 99.999%).
AS-10 Autosampler system	Shimadzu		Autosampler connected to the ICP-MS, containing 68 ports for samples.
Automatic pipettes	Sartorius		200 µL, 1 mL, and 5 mL automatic pipettes.
Balance XSE104	Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA		Analytical balance scale with a maximum weighing mass of 120 g.
Ceramic knife			Ceramic knife used for cutting fresh food samples.
Dessicator			Glass desiccator with lumps of silica gel.
ETHOS LEAN	Milestone, Sorisole, Italy		Microwave system for wet acid digestion in closed 100 mL vessels made of TFM-PTFE.
Fume hood			Laboratory fume hood with adjustable air flow.
Glass beakers RASOTHERM	CarlRoth GmbH + Co.KG		50 mL, 250 mL glass beakers
Glass funnels			Small glass funnels fitting into the neck of volumetric flasks.
He gas	Messer	7440-59-7	He 5.0 gas (purity 99.999%).
Hydrogen peroxide	ThermoFisher Scientific	7722-84-1	Hxdrogen peroxide 100 volumes 30 wt.% solution. Laboratory reagent grade.
ICP multi-element standard solution VIII	Supelco	109492	100 mg/L ICP multi-element standard solution containing 24 elements (Al, B, Ba, Be, Bi, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Ga, K, Li, Mg, Mn, Na, Ni, Pb, Se, Sr, Te, Tl, Zn) in 2 % dilute nitric acid.
ICPMS 2030	Shimadzu		Inductively coupled plasma mass spectrometry system for multi-element analysis of digested samples.
ICP-MS Tuning Solution A	CarlRoth GmbH + Co.KG		250 mL tuning solution containing 6 elements (Be, Bi, Ce, Co, In, Mn) in 1 % nitric acid.
KIMTECH Purple Nitrile gloves	Kimberly-Clark GmbH		Disposable Purple Nitrile gloves (S, M or L).
Laboratory coat	Any available supplier		/
Mixer B-400	BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland		Laboratory mixer with ceramic blades.
Nitric acid	ThermoFisher Scientific	7697-37-2	Nitric acid, trace analysis grade, 68 wt%, density 1.42, Primar Plus, For Trace Metal Analysis.
Plastic centrifuge tubes	Isolab		50 mL plastic centrifuge tubes with screw caps, single use.
Plastic syringes Injekt	B. Braun		2 pice, single use 20 mL syringes.
Plastic tubes for autosampler	Shimadzu	046-00147-04	Plastic tubes for autosampler, 15 mL capacity, 16 mm diameter, 100 mm length.
Plastic waste containers			Plastic containers for the removal of chemicals after the cleaning procedure of reaction vessels.
Protective googles			/
Samples (broccoli, sausage, noodles, zucchini, mushrooms)			Fresh samples, which were dried to a constant weight and homogenized during the procedure. The samples were purchased from a local shop.
Spatula			Plastic spatula.
Sterilizator Instrumentaria ST 01/02	Instrumentaria		Dryer with adjustable temperature.
Syringe filters	CHROMAFIL Xtra	729212	Syringe filters with polypropylene housing and polyamide hydrophilic membrane. Membrane diameter 25 mm, membrane pore size 0.2 µm.
Ultrapure water	ELGA Labwater, Veolia Water Technologies.		Ultrapure water with a resistivity of 18.2 MΩcm, obtained with laboratory water purification system.
Volumetric flasks			25 mL glass volumetric flasks.