微波消解
—火焰原子吸收光譜法測定大米中6種金屬元素的含量

黃冬蘭，溫春艷

（韶關(guān)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 廣東 韶關(guān) 512005）

?

微波消解
—火焰原子吸收光譜法測定大米中6種金屬元素的含量

黃冬蘭，溫春艷

（韶關(guān)學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院， 廣東 韶關(guān) 512005）

摘要：建立了微波消解-火焰原子吸收光譜法測定大米中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn六種金屬元素含量的方法.通過單因素考察及正交試驗優(yōu)化確定了消解試樣的最佳條件為：HNO3與H2O2的體積比是3∶2，消解液用量為7.00 mL，消解功率為低火，消解時間為5 min.實驗結(jié)果表明：大米中含有較豐富的Mg、Ca，而Fe、Mn、Cu、Zn含量較低.方法的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=3）介于0.10%～4.5%之間，平均加標(biāo)回收率在90.0%～110.0%之間.

關(guān)鍵詞：微波消解；火焰原子吸收光譜法；大米；金屬元素

大米是我國的主要糧食作物，在膳食中所占的比重較大.其具有補中益氣、健脾養(yǎng)胃、益精強志、和五臟、通血脈、聰耳明目止煩、止渴、止瀉的功效，稱譽為“五谷之首”.研究發(fā)現(xiàn)，大米不僅含有碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪和維生素等多種營養(yǎng)成分，還含有較為豐富的人體必需的金屬元素［1］.大米中的金屬元素主要來源于土壤環(huán)境，因此研究大米中金屬元素的含量對研究環(huán)境中金屬元素的分布有重要意義，且能為水稻育種和栽培提供參考［2］.

目前，消解樣品常用的方法有干灰化法［2］、濕消解法［3］、微波消解法［4］等.其中，微波消解法因具有消化效率高、試劑用量少、操作簡單安全、無揮發(fā)性元素?fù)p失、測定結(jié)果重現(xiàn)性好及準(zhǔn)確度高等優(yōu)點［5］，現(xiàn)已被廣泛用于原子吸收光譜、原子發(fā)射光譜和原子熒光光譜等樣品的消解研究中［6-11］.本文通過單因素考察及正交試驗優(yōu)化確定了消解大米樣品的最佳條件，大米樣品經(jīng)消解后采用火焰原子吸收光譜法測定其中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的含量，為大米的進(jìn)一步開發(fā)利用提供參考數(shù)據(jù).

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

AA-7000原子吸收分光光度計：日本島津公司；P70D20P-TF微波爐：廣東格蘭仕集團(tuán)有限公司；電熱板：江蘇金壇市佳美儀器廠；電子天平：梅特勒-托利多儀器上海有限公司；DFT-50中藥粉碎機(jī)：溫嶺市林大機(jī)械有限公司；超純水機(jī)：礫鼎水處理設(shè)備有限公司；聚乙烯消解罐等.

Ca、Mg、Fe、Mn和Cu的標(biāo)準(zhǔn)溶液：北京有色金屬研究總院；濃硝酸（GR），過氧化氫（GR）；實驗用水為超純水.

大米：原產(chǎn)于廣東省韶關(guān)市各地區(qū).

1.2 實驗方法

將大米樣品用去超純水洗凈，在60～70℃條件下烘干，粉碎機(jī)粉碎，于干燥器中保存?zhèn)溆?準(zhǔn)確稱取1.500 0 g大米樣品于聚四氟乙烯消解罐中，加入7.00 mL體積比為3:2的HNO3-H2O2混合液，再搖勻，靜置20 min，然后在80℃水浴中加熱，至大量NO2氣體冒盡，消解液清亮.待溶液冷卻后，放入微波爐中消解，過濾，用超純水定容于25.00 mL比色管中作為待測液，同時備一份空白溶液做對照.

在儀器的最佳工作條件下，測定各標(biāo)準(zhǔn)溶液的吸光度，以濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線.在相同實驗條件下，測定樣品的吸光度.各元素的測定條件如表1所示.

表1 元素測定條件

2 結(jié)果與討論

2.1 單因素試驗

2.1.1 樣品處理方法的選擇

大米樣品處理方法一般采用干灰化法和濕法消解，但存在費時、消耗試劑量大、勞動強度大、易損失等不足.微波消解具有簡單、快速、省試劑、不污染環(huán)境、勞動強度低等優(yōu)點.因此，本實驗采用微波消解法處理樣品.

2.1.2 消解體系的確定

樣品經(jīng)消化后呈無色透明液為消化完全.本實驗選擇了單純用濃硝酸，硝酸+高氯酸（V/V：1/1），硝酸+高氯酸（V/V：3/2），硝酸+過氧化氫（V/V：1/1），硝酸+過氧化氫（V/V：3/2）等消解液處理樣品并進(jìn)行測定.結(jié)果表明，選用3:2的硝酸-過氧化氫混酸作為消解液可達(dá)到良好的消解效果.

2.1.3 消解液用量的確定

以1號樣品為例，在固定消解時間為4 min，消解功率為中火時，考察了5.50、6.00、6.50、7.00、7.50 mL不同消解液用量對大米中Ca含量的影響.實驗結(jié)果表明當(dāng)消解液用量為6.50 mL時，樣品中Ca的溶出率最高，故最佳消解液用量為6.50 mL，見圖1.

圖1 消解液用量的影響

2.1.4 消解時間的確定

在消解液用量為6.50 mL，消解功率為中火時，考察了3、4、5、6、8和10 min系列消解時間對大米中Ca含量測定結(jié)果的影響.實驗結(jié)果表明，當(dāng)消解時間低于4 min時大米樣品分解不完全，存在部分固體不溶物.而當(dāng)消解時間為4 min時，Ca的溶出率相對較高，同時出于對能源節(jié)省的方面考慮，故最佳消解時間為4 min，見圖2.

圖2 消解時間的影響

圖3 消解功率的影響

2.1.5 消解功率的確定

在消解液用量為6.50 mL，消解時間為4 min時，考察了低火、中火、中高火、高火對大米中Ca含量測定結(jié)果的影響.實驗結(jié)果表明當(dāng)消解功率為中火時，Ca的溶出率最高，故最佳消解功率為中火，見圖3.

2.2 消解條件的正交試驗

由于各因子之間的相互影響，故在單因素試驗的基礎(chǔ)上，以消解液用量、消解功率、消解時間為影響因素，以Ca溶出率為指標(biāo)，進(jìn)行正交試驗，其因素水平及正交試驗結(jié)果分別見表2和表3.

表2 正交試驗因素水平表

表3 正交試驗測定結(jié)果

根據(jù)表3中R的數(shù)值可知，三因素對Ca溶出率的影響依次為：消解功率＞消解液用量＞消解時間，從各水平的總提取率來看，最優(yōu)組合為B1A3C2，即消解功率為低火，消解液用量為7.00 mL，消解時間為5 min.在此最佳條件下，大米中Ca的含量為119.3 μg·g-1.

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

用各元素的標(biāo)準(zhǔn)儲備液配制成實驗所需的一系列標(biāo)準(zhǔn)溶液依次進(jìn)行分析，以吸光度A對質(zhì)量濃度C （μg·mL-1）進(jìn)行線性回歸；按照表1的工作條件對11次空白溶液進(jìn)行測定，檢出限（LOD）按S/N=3分別估算；結(jié)果見表4.

表4 線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

2.4 準(zhǔn)確度與精密度

為了考察方法的準(zhǔn)確性，在已知含量的樣品中分別加入一定量Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、、Zn的標(biāo)準(zhǔn)溶液測定其回收率及精密度，結(jié)果見表5.實驗結(jié)果表明，加標(biāo)回收率為90.0%～106.0%，RSD為0.14%～4.5%，說明該方法準(zhǔn)確、可靠.

表5 回收率與相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 （n=3）

2.5 樣品測定結(jié)果

按選定的最佳的實驗條件，對9個韶關(guān)不同產(chǎn)地大米樣品中六種金屬元素的含量進(jìn)行測定（每一份樣品液平行測定5次），由標(biāo)準(zhǔn)曲線方程計算各樣品中金屬元素的含量，結(jié)果見表6.

從表6的測定的結(jié)果可知，大米中含有豐富的Mg 、Ca，而Fe、Mn、Cu、Zn含量較低，這一結(jié)論與文獻(xiàn)是一致的［12］.對于相同品種的大米，不同地區(qū)種植的大米所含的各種微量元素的含量差異較大，這可能與當(dāng)?shù)氐耐寥馈⑺|(zhì)及氣候條件等有關(guān)，因為農(nóng)作物在生長過程中會對土壤、灌溉水中的金屬元素產(chǎn)生富集.

3 結(jié)論

本研究通過單因素考察及正交試驗優(yōu)化確定了消解試樣的最佳條件為：HNO3與H2O2的體積比是3:2，消解液用量為7.00 mL，消解功率為低火，消解時間為5 min.采用火焰原子吸收測定法了韶關(guān)不同產(chǎn)地大米中6種金屬元素的含量.結(jié)果表明，大米中含有較豐富的Ca、Mg，而Fe、Mn、Cu、Zn含量較低.各元素在實驗范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好，加標(biāo)回收率在90.0%～110.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=3）為0.10%～4.5%.不同產(chǎn)地大米中各金屬元素的含量存在較大差異，這與植物本身對金屬元素有選擇性富集、當(dāng)?shù)氐耐寥?、水質(zhì)及氣候條件等有關(guān).加標(biāo)回收率實驗表明該實驗方法簡便易行.

表6 大米樣品六種金屬元素含量測得結(jié)果 （n=5，mg·kg-1）

參考文獻(xiàn):

［1］ 王小平， 李柏. ICP-OES和ICP-MS測定中日兩國大米中27種礦質(zhì)元素含量［J］. 光譜學(xué)與光譜分析， 2010， 30（8）： 2260-2264.

［2］ 黃冬蘭， 陳小康， 徐永群， 等. 溪黃草及其近緣種中微量元素含量的測定與分析［J］. 光散射學(xué)報， 2013， 25（1）： 104-108.

［3］ 黃勇， 郭東鋒， 駱翔， 等. 寄生植物肉蓯蓉及寄主微量元素含量研究［J］. 光譜學(xué)與光譜分析， 2011， 31（4）： 1030-1032.

［4］ 張東軍， 陳思順. 微波消解-原子吸收法測定葛粉中8種微量元素［J］. 食品研究與開發(fā)， 2009， 30（7）： 128-130.

［5］ 于元松， 張慧， 劉玉華. 家用微波爐消化-石墨爐原子吸收法測定稻谷中鉛、鎘的含量［J］. 糧食加工， 2012， 37（1）： 82-83.

［6］ 李滿秀， 劉曉琴. 微波消解-火焰原子吸收光譜法測定黃芪中八種金屬元素的含量［J］. 分析科學(xué)學(xué)報， 2009， 25（5）： 605-608.

［7］ 孫長霞， 黃廣遠(yuǎn)， 張柏林. 微波消解-原子吸收法測定液態(tài)奶中微量元素的含量［J］. 食品研究與開發(fā)， 2009， 30（11）： 119-121.

［8］ 劉冬蓮， 客紹英， 葉榮， 等. 微波消解-CTAB增敏-HG-ICP-AES法測定中藥黃芪中的痕量鉛［J］. 光譜學(xué)與光譜分析， 2007，27（11）： 2337-2340.

［9］ 徐潤生， 毛程鵬， 虞銳鵬， 等. 微波消解ICP-AES法測定不同生長年限白芍的微量元素［J］. 光譜學(xué)與光譜分析， 2008， 28（3）： 671-674.

［10］ 劉春濤， 侯海鴿， 楊景林， 等. 微波消解-原子熒光法測定不同種類中藥中的痕量汞［J］. 光譜學(xué)與光譜分析， 2009， 29（11）： 3144-3146.

［11］ 李萍， 馬志峻， 王曉云. 微波消解-原子熒光光譜法測定生活垃圾中砷和汞［J］. 環(huán)境衛(wèi)生工程， 2009， 17（5）： 38-39.

［12］ 丁寶君， 賴亞輝， 盧鋼. ICP-OES法測定吉林省部分地區(qū)大米中常量元素和微量元素的含量［J］. 北華大學(xué)學(xué)報， 2009， 10（6）：539-541.

（責(zé)任編輯：邵曉軍）

中圖分類號：O657.3

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1007-5348（2016）02-0027-05

［收稿日期］2015-12-23

［基金項目］韶關(guān)市科技計劃項目（201009）；韶關(guān)學(xué)院大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（sycxcy2012-098）.

［作者簡介］黃冬蘭（1983-），女，廣東韶關(guān)人，韶關(guān)學(xué)院化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院講師，碩士；研究方向：光譜分析.

Determination of Six Metal Elements in Rice by Microwave Digestion-Flame Atomic Absorption Spectrometry

HUANG Dong-lan， WEN Chun-yan
（College of Chemistry and Environmental Engineering ， Shaoguan University， Shaoguan 512005，Guangdong， China）

Abstract:The microwave digestion-flame atomic absorption spectrometry method was established for the determination of six metal elements （Ca， Mg， Fe， Mn， Cu， Zn） in rice. The optimal conditions of microwave digestion was found as HNO3:H2O2（V/V）= 3:2， microwave power of low fire， and the digestion time of 4 minutes. The experimental results showed that rice was rich in Mg， Ca， and contained only small amount of Fe， Mn， Cu and Zn. The relative standard deviation of the method was between 0.2% and 3.7%， and the addition standard recovery was in the ranges of 89.3%～100.0%.

Key words:microwave assisted digestion； flame atomic absorption spectrometry； rice； metal elements