多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及大米中镉同位素比值的测定方法。更具体地说，本发明涉及一种多接 收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法
【背景技术】
[0002] 镉（Cadmium，Cd)是一种具有极高生物毒性的重金属微量元素，是致癌物（IARC， 1993)和食品污染物（WHO, 1996)，也是全球性污染物之一。镉的化学性质较为活跃，易被植 物吸收和运输。近年来，由于人类活动导致农田土壤重金属污染现象越来越严重，从而导致 粮食的Cd污染问题也日益突出。和其他农作物相比，水稻更容易吸收富集镉，且不表现出 中毒现象。据农业部稻米及其质量监督检验测试中心2002年全国市场稻米安全性抽查结 果，稻米中镉污染超标率达10. 3%。2013年广州餐饮环节食品抽检，检出44. 4%的大米和 米制品镉超标。据报道，目前我国受镉污染的耕地面积近1. 33万公顷，导致每年粮食减产 1000多万吨，受污染稻米估计达1200多万吨，合计经济损失至少200亿元。水稻镉污染已 成为重大粮食安全和食品安全问题，迫切需要解决。
[0003] 治理和控制大米镉污染的关键是识别其污染源，与传统的镉污染溯源技术相比， 镉同位素技术可以追溯镉在自然界的迀移途径，能够快速、稳定、准确地复原真正的污染来 源。自20世纪70年代，镉同位素技术已成功应用于宇宙物质成分演化、岩石圈和生物圈的 相互作用、海洋体系物质循环和海水的上涌过程等研宄，但是，由于目前农作物中镉含量相 对较低，农作物镉同位素分馏机理尚不明确，导致镉同位素技术尚未应用到农作物镉污染 溯源研宄中。
[0004] 目前关于镉同位素比值测定研宄主要集中于岩石、土壤、海水、浮游植物等样品， 对于陆生植物，尤其农作物、农产品等低镉含量样品中镉同位素比值的测定尚未见报道，使 得镉同位素技术在农作物镉污染来源追溯研宄中的应用潜力受限。目前镉同位素比值测定 时所使用的参考标准有JohnsonMatteyCompany(JMC)生产的镉溶液、MetuchenNJUSA生 产的SpexCd溶液和BAM-I012Cd溶液等，不同学者使用各自实验室的标准来获得镉同位素 数据，导致不同实验室的数据不具有可比性。目前对样品中镉的分离提纯过程所使用的均 为不同浓度的盐酸、硝酸、氢溴酸等多种浓度多种类的酸进行淋洗，实验操作过程复杂、耗 时、耗酸。
[0005] 本发明建立了准确测定大米中镉同位素比值的测定方法，该方法能够广泛 应用于大米、小麦等农产品的镉污染研宄中；采用天然镉同位素标准，其n°Cd/114Cd= 0.42973±0. 00012,使所获得的镉同位素数据规范化；在分离提纯镉的过程中，仅使用2M HC1单一浓度和单一酸和Milli-Q纯水进行淋洗和洗脱，实验操作过程简单、省时、省酸；而 且在分离提纯样品中镉的过程中，本底值低且未发生镉同位素分馏，同时，镉的回收率高于 96%〇
【发明内容】
[0006] 本发明针对上述问题，建立了一种采用多接收电感耦合等离子体质谱准确测定大 米中镉同位素比值的方法。
[0007] 本发明的一个目的是提供了一种实用、高效、准确测定大米中镉同位素比值的方 法。
[0008] 本发明还有一个目的是提供了一种操作过程简单，镉回收率高、精度高、应用范围 广、且省时省酸的分离提纯镉的方法。
[0009] 为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，本发明提供了一种多接收电感耦合 等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方法，包括：
[0010] 步骤1、将大米样品进行微波消解，得到消解液，用2%的硝酸对所述消解液进行 稀释，采用电感耦合等离子体质谱分析法测定所述大米样品的总镉含量；
[0011] 步骤2、对所述大米样品进行微波消解，得到消解液，对所述消解液进行分离提纯， 采用电感耦合等离子体质谱分析法测定分离提纯后大米样品的总镉含量，以获得镉的分离 提纯率；
[0012] 步骤3、称取待测大米样品并对其进行微波消解，得到待测消解液，按照步骤2中 的分离提纯方法对所述待测消解液进行分离提纯，获得待测液；
[0013] 步骤4、采用2%的硝酸对所述待测液进行定容，采用多接收电感耦合等离子体质 谱法测定所述待测液中镉同位素比值；
[0014] 其中，所述分离提纯具体为：
[0015] a、将所述消解液的硝酸介质转换为盐酸介质；
[0016] b、对盐酸介质的消解液进行淋洗，具体为：
[0017] 将所述盐酸介质的消解液转移到样品分离柱上，先用一定浓度的盐酸淋洗5次， 每次淋洗均使用lmL盐酸，然后用Milli-Q水淋洗两次，每次淋洗均使用lmLMilli-Q水， 以获得载有淋洗后样品的分离柱；
[0018] c、对所述载有淋洗后样品的分离柱进行洗脱并收集洗脱液；
[0019] d、将所述洗脱液由盐酸介质转换为硝酸介质，得到待测液。
[0020] 优选的是，其中，所述步骤3中称取待测大米样品的具体计算方法为：
[0021] c = i
[0022] 其中，C为步骤3中称取待测大米样品的质量，g;B为多接收电感耦合等离子体质 谱仪要求的纯镉含量，g;M为步骤1中大米样品的总镉含量，g;x为镉的分离提纯率，％。
[0023] 优选的是，其中，所述步骤b中盐酸的浓度为2mol/L。
[0024] 优选的是，其中，所述步骤a中硝酸介质转换为盐酸介质，具体为：
[0025] 将所述消解液转移至石英烧杯中，将所述石英烧杯置于120°C的电热板上进行第 一次蒸干，加入2mL2mol/L盐酸溶解后进行第二次蒸干，最后加入1~2mL盐酸进行溶解， 获得盐酸介质的消解液。
[0026] 优选的是，其中，所述步骤c中，洗脱过程具体为：
[0027] 在所述载有淋洗后样品的分离柱中加入lmLMilli-Q水进行洗脱并收集洗脱液， 重复五次，获得5mL洗脱液。
[0028] 优选的是，其中，所述步骤d中盐酸介质转换为硝酸介质，具体为：
[0029] 将所述5mL洗脱液置于石英烧杯中，将所述石英烧杯置于120°C的电热板上进行 蒸干，然后加入lmL2%的硝酸进行溶解，以获得待测液。
[0030] 优选的是，其中，所述步骤4中，采用多接收电感耦合等离子体质谱法测定所述待 测液中镉同位素比值具体为：
[0031] 步骤4. 1、采用同位素n°Cd-mCd作为镉同位素测试的双稀释剂，并与银同位素 ^Ag/^Ag共同进行镉同位素测试的质量歧视校对；
[0032] 步骤4. 2、以天然镉同位素标准作为同位素标准，采用标准-样品-标准测试流程， 每个所述待测液进行3组测试，每组采集30个数据点，每点积分时间为20秒。
[0033] 优选的是，其中，所述天然镉同位素为n°Cd/114Cd= 0. 42973±0. 00012。
[0034] 优选的是，其中，所述微波消解具体为：
[0035] 将大米样品置于微波消解罐中，加入6mL70%的硝酸，密闭反应2小时后加入2mL 浓度为30%的双氧水，静置半小时后开罐放气，然后将所述微波消解罐放入到微波消解仪 中进行消解，以获得消解液。
[0036] 本发明至少包括以下有益效果：
[0037] 1、本发明提供的测定大米中镉同位素比值的方法是通过高温密闭微波消解样品， 采用阴离子层析法分离提纯样品中的镉，然后利用多接收电感耦合等离子体质谱测定样品 中的镉同位素比值。
[0038] 2、本发明采用天然镉同位素标准，其n°Cd/114Cd= 0. 42973±0. 00012,使所获得的 镉同位素数据规范化。
[0039] 3、本发明在分离提纯镉的过程中，仅适用单一浓度的盐酸和超纯水进行淋洗，实 验过程简单、省时省酸，而且不会发生镉同位素分馏，同时镉的回收率高于96%。
[0040] 4、本发明提供的方法可广泛应用于大米、小麦等农产品的镉污染研宄中，能够快 速、稳定、准确地复原农作物中真正的镉污染来源，在农作物镉污染监测分析领域具有良好 的应用前景和潜在应用价值。
[0041] 本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本 发明的研宄和实践而为本领域的技术人员所理解。
【附图说明】
[0042] 图1为本发明的一个实施例中待测大米样品中镉同位素比值（Sn°/114Cd);
[0043] 图2为本发明的一个实施例中待测大米样品分离提纯后的总镉含量；
[0044] 图3为本发明的一个实施例中n°Cd/114Cd= 0. 42973±0. 00012同位素标准溶液的 重复性曲线；
[0045] 图4为本发明的一个实施例中大米样品镉淋洗曲线。
【具体实施方式】
[0046] 下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文 字能够据以实施。
[0047] 本发明提供了一种多接收电感耦合等离子体质谱测定大米中镉同位素比值的方 法，包括以下步骤：
[0048] 步骤1、将大米样品进行微波消解，得到消解液，用2%的硝酸对消解液稀释后采 用电感耦合等离子体质谱分析法测定所述大米样品的总镉含量；
[0049] (1)、大米样品的制备：
[0050] 以大米颗粒为原料，利用微型碎样机粉碎样品，然后过200目筛，保存备用；
[0051] (2)、大米样品中镉含量测定：
[0052] 利用万分之一天平，称样Ng;置于Teflon消解罐中，加入6mL70. 0±1.0%圆03， 加盖反应两小时，再加入2mL30%H202，静置半小时后，开盖放气，然后置于微波消解仪中；
[0053] 其中，微波消解仪设定及升温程序如下：功率1600W，消解温度175°C。温度控制程 序为：在8min时间内，将温度从0°C升高到120°C，并在120°C保温2min;然后在lOmin时间 内，将温度从120°C升高到175°C，并在175°C保温30min;最后在20min时间内，冷却至大约 50°C左右，取出消解罐。
[0054] 待消解完毕后，从微波消解仪中取出微波消解罐，在通风橱中静置冷却后用2%的 硝酸进行稀释，然后利用电感耦合等离子质谱分析法测定大米样品的总镉含量，记为M。
[0055] 步骤2、对所述大米样品进行微波消解，获得消解液，采用阴离子层析法分离提纯 所述消解液，采用电感耦合等离子体质谱分析法测定分离提纯后大米样品的总镉含量，记 为P，以获得分离提纯率；其中，分离提纯率=P/M*100% ;
[0056] 步骤3、称取待测大米样品并对其进行微波消解，获得待测消解液，对待测消解液 进行分离提纯，以获得待测液；
[0057] 其中，所述获得待测液具体为：
[0058]a、称取大米样品，在硝酸介质中对所述大米样品进行微波消解，得到消解液；
[0059] 所述步骤a中称取大米样