ICP-QMS同位素分析及其在农产品产地溯源中的应用

来源 :中国地质大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pausecn
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近年来,经济全球化的高速发展使得农产品在不同地区与国家之间的贸易流通愈发频繁,农产品质量安全与真实原产地信息的重要性使得其原产地溯源技术的研发与应用逐渐受到公众的广泛关注。在多种农产品产地溯源技术中,同位素信息溯源技术具有较为突出的优势。农产品体内各同位素体系的组成信息极大地受到其来源地区的气候、环境以及自身代谢类型等因素的影响,且很难在农产品的储藏、运输等销售链中发生改变,能为农产品的产地溯源与判别研究提供科学、独立且客观的身份鉴别信息。在同位素分析技术方面,与TIMS(热电离质谱)、MC-ICP-MS(多接收杯电感耦合等离子体质谱仪)等能提供高测试精度(<0.005%,RSD)的同位素质谱技术相比,ICP-QMS(电感耦合等离子体四极杆质谱仪)具有运行成本低、操作简单、扫描速度快、线性范围宽、分析效率高等优势,但其同位素测试精度(0.10.5%,RSD)并不理想,从而严重制约了ICP-QMS同位素分析测试技术在不同领域中的发展前景。针对这一现状,本文以惰性气体(Ne)碰撞阻尼、Pulse-only信号采集模式的技术手段,探讨并建立了ICP-QMS的高精度同位素分析方法,并应用于农产品的产地溯源与判别研究。旨在进一步提高ICP-QMS的同位素分析测试性能,且拓展其在不同领域中的应用范围的同时,丰富农产品产地溯源的技术手段,以期推动农产品溯源体系的发展与完善。本文取得的主要成果和创新性认识如下:1.建立了基于Ne气碰撞阻尼技术的ICP-QMS高精度铅同位素分析测试方法,并成功地应用于烟草样品的产地溯源研究。最佳流速下的碰撞Ne气可通过降低离子流整体差异性、提高离子传输效率的方式显著提高ICP-QMS的铅同位素分析精度。本方法提供的测试精度(0.040.08%,RSD;0.030.06%,RESD)在传统ICP-QMS测试方法(0.120.5%,RSD)的基础上改善了26倍。在无需进行铅的分离与纯化的前提下,CTA-VTL-2国际烟草标准参考物质的铅同位素组成测得数据与文献报道值高度一致,且本研究率先对CTA-VTL-1国际烟草标准参考物质的铅同位素组成信息进行了报道。来自7个不同产地的共91个烟草样品在本方法下进行了高精度铅同位素分析,并以铅同位素信息(208/206Pb和207/206Pb)为指标建立产地溯源模型,成功地对烟草样品进行了产地溯源与判别研究。2.建立了基于Ne气碰撞阻尼技术的ICP-QMS高精度硼同位素分析方法,并成功应用于葡萄酒的产地溯源与判别研究。本研究通过直接稀释的方式有效消除了葡萄酒中乙醇基体对硼同位素测试的干扰,建立了葡萄酒样品经稀释后可直接进样分析的样品前处理技术。此外,最佳流速下的Ne气碰撞阻尼技术使得硼同位素测试精度(0.040.12%,RSD;0.040.07%,RESD)在传统ICP-QMS测试方法(0.20.5%,RSD)的基础上改善了24倍。不同产地来源的20件葡萄酒样品在本方法下进行了高精度硼同位素分析,并以葡萄酒中总硼含量与硼同位素信息为指标,建立了硼含量-硼同位素信息的产地溯源模型,成功地对葡萄酒样品进行了产地溯源与判别研究。3.本研究在分别配备了Pulse-Analog双模检测器和全数字离子衰减检测器的ICP-QMS中,深入评价与探讨了不同信号采集模式对同位素分析测试性能的影响,并建立了脉冲(Pulse-only)信号采集模式的ICP-QMS高精度铅同位素分析技术,且成功地应用于地质样品的铅同位素分析。经研究发现,当用于不同信号拟合换算的调谐因子(又称P/A调谐因子、衰减系数)只能被预设为一个恒定值时,会导致不同类型的信号在拟合换算过程中出现随机误差,此误差是在非pulse信号采集模式下,同位素测试性能(测试精度与准确度)出现明显下降的主要原因。为避开信号拟合换算过程中出现的随机误差,本研究在脉冲(Pulse-only)信号检测模式下,对未经铅分离提纯的六件地质标准参考物质进行了铅同位素分析,获得测试精度(0.030.07%,RSD;0.020.08%,RESD)在传统ICP-QMS测试方法(0.120.5%,RSD)的基础上改善了26倍,且铅同位素数据(208/206Pb和207/206Pb)与基于MC-ICP-MS的文献报道值高度一致,证实了在Pulse-only信号采集模式下获得高质量同位素测试数据的可行性。4.建立了脉冲(Pulse-only)信号采集模式技术的ICP-QMS高精度硼、锶同位素分析测试方法,并成功应用于雪茄的产地溯源与判别研究。本方法所提供的硼、锶同位素测试精度(RSD:0.030.06%;RESD:0.030.07%)在传统ICP-QMS测试方法(0.20.5%,RSD)的基础上改善了35倍。样品溶液中总硼含量处于最佳推荐范围内时(2535μg L-1),可忽略雪茄样品中复杂基体组分对硼同位素分析造成的基体效应,经消解与稀释定容后的样品溶液均可直接上机进行硼同位素分析。此外,本研究对雪茄样品进行了锶的分离纯化,并经过稀释使得样品溶液中总锶含量处于最佳推荐范围内(6575μg L-1)后,再进行锶同位素分析。根据实验所得数据,分别建立了硼含量-硼同位素信息溯源模型、锶含量-锶同位素信息溯源模型、硼同位素-锶同位素信息溯源模型,三种产地溯源模型的联合使用可对来自8个不同国家的共19件雪茄样品进行快速且有效的产地溯源与判别研究。
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