一種電感耦合等離子體質譜儀聯用接口裝置及分析方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于食品安全檢測領域，涉及一種測定食品中鎘的電感耦合等離子體質譜儀聯用接口裝置及分析方法。
技術背景
[0002]當前，我國部分地區農業環境和農產品重金屬鎘污染問題較為突出。2014年4月，環境保護部與國土資源部聯合發布的《全國土壤污染狀況調查公報》將鎘列為土壤環境的首要污染物。農業環境中的鎘會通過作物吸收而積累在可食用部分，并通過食物鏈富集在畜禽和水產品中，從而最終進入到消費者體內產生危害。在2013年湖南“鎘大米”事件之后，農產品中鎘的污染問題一直是消費者和媒體關注的焦點，而目前農產品的鎘污染情況確實不容樂觀，其中糧食、蔬菜、茶葉、動物內臟、水產品等污染情況較為突出。
[0003]目前，測定食品中鎘的儀器及方法以液體進樣系統為主流技術，現行元素分析的國家和行業標準絕大多數都是采用液體進樣的原子吸收光譜法(AAS)、原子熒光光譜法(AFS)、電感耦合等離子體發射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)等方法，例如GB/T 5009.15-2003《食品中鎘的測定》、SN/T 2056-2008《進出口茶葉中鉛、砷、鎘、銅、鐵含量的測定電感耦合等離子體原子發射光譜法》、SB/T 10922-2012《肉與肉制品中鉻、銅、總砷、鎘、總汞、鉛的測定電感耦合等離子體質譜法》等。液體進樣需要提前進行樣品消解處理，通過灰化以及強酸和強氧化劑等處理將復雜有機樣品轉換為簡單無機基體，從而減少基體干擾以及對儀器的損耗。液體進樣系統易于自動化，但進樣效率較低，如一般的霧化器進樣效率只有10%?15%，同時復雜、耗時、費力的樣品前處理過程大大限制了光譜方法在現場、快速分析領域的應用。
[0004]固體進樣方法在原子光譜發展初期就已經得到應用，例如1957年L’ vov將NaCl直接導入石墨爐原子化器的研宄。但是，受限于當時的技術條件以及液體進樣系統的快速興起，固體進樣方法作為光譜分析技術的分支并沒有得到足夠的重視和發展。近年來，隨著材料科學，電熱蒸發(ETV)、激光燒蝕(LA)、原子阱捕獲等高效率樣品導入技術，塞曼效應、電荷耦合器件(CCD)和連續光源(CS)等背景校正和多元素順序分析技術，以及基體改進劑和懸浮液進樣等技術的發展及應用推廣，固體進樣的分析手段和對樣品的分析能力得到了大幅度提升。其中，ETV-1CP-MS因其抗干擾能力較強、線性動態范圍寬和多元素同時分析的能力，在固體進樣光譜技術中倍受研宄者關注。
[0005]雖然直接固體進樣的光譜儀器可以采用一定的背景校正技術來減輕基體干擾影響，但這只是一種補救技術，而固體進樣過程所帶來的復雜基體和光譜干擾一直是限制ETV固體進樣發展和應用瓶頸問題。原子阱捕獲是一種非常有效的固體進樣基體干擾消除技術，例如利用金汞齊原理的測汞固體進樣裝置、利用鎢絲捕鎘原理的測鎘固體進樣裝置。其中，已公開發表的鎢絲捕獲鎘固體進樣裝置是近年來我國科研人員開發的新型固體進樣技術，鎢絲可以在常溫下捕獲原子態鎘，并可在高溫下有效釋放鎘，通過鎘的捕獲和基體分離則可以實現預富集和基體分離兩個目標，從而有效減輕基體干擾。同時，該固體進樣裝置利用多孔碳作為電熱蒸發材料，多孔碳材料的穩定性與石墨管接近，但蒸發功耗遠低于后者，加上多孔碳材料自身空隙較大、散熱快，因此可以實現簡單的快速風冷而非水冷，易于小型化。目前，利用上述技術的測鎘固體進樣裝置已經實現了與AFS的串聯。現有技術中固體進樣裝置，主要功能部件包括在線灰化裝置、電熱蒸發部件和鎢絲捕獲部件，當樣品處于灰化狀態時，電熱蒸發部件的氣路是開放的；當樣品完成灰化進入電熱蒸發部件時，電熱蒸發部件的氣路是封閉的。由于電熱蒸發部件的氣路開合與切換會造成整個氣路氣流及氣壓的驟變，這對于AFS的信號采集影響不大，但對于較為敏感的等離子體炬焰來說，會造成信號不穩甚至熄炬；同時，原先氬氫混合氣中氫氣體積比超過10%的載氣氣氛并不適用于ICP-MS，氫氣濃度過高會由于氫消耗大量的電離能而導致熄炬。因此，原先用于AFS的鎢絲捕獲固體進樣裝置其聯用接口、氣路及其氣氛組成并不適用于ICP-MS，若直接與ICP-MS連接，會造成ICP-MS無法正常工作，從而無法實現食品中鎘的穩定、準確測定。
【發明內容】
[0006]本發明的目的是針對上述問題，提供一種鎢絲捕獲電熱蒸發固體進樣裝置與電感耦合等離子體質譜儀聯接裝置，該裝置結構簡單，解決了鎢絲捕獲電熱蒸發固體進樣裝置與電感耦合等離子體質譜儀聯用時等離子體熄炬、信號不穩定及靈敏度低的難題，無需對食品樣品進行消解處理，即可實現對其中痕量鎘的檢測，具有直接、快速、靈敏度高、穩定性好等特點。
[0007]一種測定食品中鎘的電感耦合等離子體質譜儀聯用接口裝置，所述電感耦合等離子體質譜儀聯用接口裝置包括:由炬管接口(13)、載氣質量流量計(5)、輔助氣質量流量計
(6)、分流三通(2)、合流三通(11)、載氣管道(3)、輔助氣管道(4)組成，其特征在于:所述載氣管道(3)和輔助氣管道(4)的右下端氣體入口由分流三通(2)與氬氫混合氣氣源(I)連接。
[0008]所述載氣管道(3)依次連接分流三通(2)、載氣質量流量計(5)、固體進樣裝置
(7)、合流三通(11)。
[0009]所述輔助氣管道(4)依次連接分流三通(2)、輔助氣質量流量計(6)、合流三通(11)0
[0010]所述載氣質量流量計(5)右端連接分流三通(2)出口，左端連接固體進樣裝置⑵。
[0011]所述炬管接口(13)的右端通過合流氣路(12)與合流三通(11)連接，左端與電感耦合等離子體質譜儀(14)連接。
[0012]所述的氬氫混合氣為含有體積比為2% — 4%氫氣的氬氫混合氣。
[0013]所述的載氣管道(3)、輔助氣管道(4)、合流氣路(12)管道、炬管接口(13)為聚四氟乙稀材質。
[0014]所述的電感耦合等離子體質譜儀聯用接口裝置的分析方法，包括如下步驟:
[0015]a、在空氣中500°C左右，在線灰化部件(8)將待測食品樣品脫水、灰化，去除大部分有機物質；
[0016]b、所述載氣管道(3)通過載氣質量流量計(5)，精確地將一定流速的含有體積比為2% — 4%氫氣的氬氫混合氣通入固體進樣裝置(7)，電熱蒸發部件(9)將灰化殘渣升溫至1600°C左右，得到的含鎘氣溶膠與鎢絲捕獲部件(10)的鎢絲接觸，其中鎘被鎢絲捕獲；
[0017]C、在含有體積比為2% — 4%氫氣的氬氫混合氣氣氛下，鎢絲捕獲部件(10)將鎢絲溫度升高到1600— 2000°C，釋放出的鎘隨氬氫混合氣進入合流三通(11)；
[0018]d、輔助氣管道(4)將含有體積比為2% — 4%氫氣的氬氫混合氣通入輔助氣質量流量計出)，在合流三通(11)與鎢絲捕獲部件(10)出來的鎘合流，通過合流氣路(12)進入炬管接口(13)，再進入電感耦合等離子體質譜儀(14)分析鎘的含量。
[0019]發明的有益效果:
[0020]1、解決了鎢絲捕獲電熱蒸發固體進樣裝置與電感耦合等離子體質譜儀聯用的瓶頸難題一一穩定的等離子體炬焰，克服了由于鎢絲捕獲電熱蒸發固體進樣裝置聯接而引起的氣流波動使得電感耦合等離子體質譜儀的等離子體炬焰熄火問題和信號靈敏度變低問題。
[0021]2、具有雙氣路模式:通過雙氣體質量流量計，實現了載氣氣路和輔助氣氣路的氣流精密控制，提高了等離子體炬焰的穩定性；輔助氣流在穩定等離子體炬焰的同時，可以充分攜帶氣路死體積中的鎘，增加了傳輸效率，提高了分析靈敏度。
【附圖說明】
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[0022]以下將結合附圖和具體實例對本發明進行進一步的闡述。
[0023]圖1-為鎢絲捕獲電熱蒸發固體進樣裝置與電感耦合等離子體質譜儀聯接裝置；
[0024]I—氬氫混合