微波消解-ICP-OES法同步測(cè)定飼料中10種微量元素的研究

賈錚，彭強(qiáng)，徐思遠(yuǎn)，肖志明，王彤，樊霞*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所國(guó)家飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京海淀100081；2.重慶市獸藥飼料檢測(cè)所，重慶401120）

微波消解-ICP-OES法同步測(cè)定飼料中10種微量元素的研究

賈錚1，彭強(qiáng)2，徐思遠(yuǎn)1，肖志明1，王彤1，樊霞1*

（1.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測(cè)技術(shù)研究所國(guó)家飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，北京海淀100081；2.重慶市獸藥飼料檢測(cè)所，重慶401120）

本實(shí)驗(yàn)建立了微波消解-電感耦合等離子體光譜法（ICP-OES）同步測(cè)定飼料中Na、K、Mg、Zn、Co、Cu、Mn、Mo、Ca、Fe等10種元素的分析方法，并對(duì)微波消解條件和ICP-OES工作條件進(jìn)行了優(yōu)化。結(jié)果表明∶10種元素線性相關(guān)系數(shù)均大于0.99944，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.53%～2.70%，回收率為86.5%～105.2%；采用此方法對(duì)英國(guó)政府化學(xué)家實(shí)驗(yàn)室（LGC）提供的配合飼料基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（LGC 7173）試樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定值與參考值基本吻合；該方法具有簡(jiǎn)單快速、準(zhǔn)確度高、能夠同時(shí)測(cè)定多種元素等特點(diǎn)，能夠滿足飼料中多種元素同步、快速測(cè)定的需要。

微波消解；微波消解-電感耦合等離子體光譜法；飼料；微量元素

微量元素是動(dòng)物維持正常生理機(jī)能和新陳代謝必需的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，飼料提供的適量微量元素對(duì)動(dòng)物生長(zhǎng)發(fā)育、繁殖、免疫等有重要作用，但過量攝入則可能引起動(dòng)物機(jī)體中毒并影響環(huán)境和人類健康。因此，飼料中微量元素含量快速、準(zhǔn)確的測(cè)定，對(duì)確保飼料品質(zhì)、保證飼料及畜產(chǎn)品安全具有重要意義。現(xiàn)行的飼料中微量元素含量的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法包括原子吸收光譜法（GB/T 13885-2003）、原子熒光光譜法（GB/T 13883-2008）以及分光光度法（GB/T 17777-2009）等，但多為單一元素分析，普遍存在分析時(shí)間長(zhǎng)、線性范圍窄、試劑用量大等問題。

電感耦合等離子發(fā)射光譜法（ICP-OES）具有線性范圍寬、準(zhǔn)確度高、檢出限低、可多元素同步測(cè)定等優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于環(huán)境（植路娟，2015）、地質(zhì)（盧彥等，2015；薛澤春，2012）、畜產(chǎn)品（張潔等，2012）、農(nóng)產(chǎn)品（劉睿婷，2016；曾艷霞，2013；吳艷兵，2011）以及飼料（馮三令等，2010；彭玉魁，1996）等行業(yè)的微量元素分析研究中。而在元素分析前處理方面，相比其他前處理方法，微波消解法具有處理時(shí)間短、試劑用量小、空白低、結(jié)果準(zhǔn)確等優(yōu)勢(shì)，已得到廣泛應(yīng)用（楊趙偉，2015；興麗，2014；彭玉魁，1996）。本實(shí)驗(yàn)采用微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定飼料中的Na、K、Mg、Zn等10種元素含量，優(yōu)化了微波消解條件和ICP-OES工作參數(shù)，通過加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，并采用實(shí)際測(cè)定飼料基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（LGC 7173）驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性和精密度。結(jié)果表明，該方法簡(jiǎn)便快速，準(zhǔn)確度高，精密度好，降低了人力和試劑成本，可以為飼料中多種元素的質(zhì)控和檢測(cè)提供方法依據(jù)。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1儀器設(shè)備Agilent 5100型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)Agilent公司）；BP1211S型分析天平（德國(guó)Sartorius公司）；Multiwave Pro微波消解儀（奧地利Anton Paar公司）；Milli-Q純水器（美國(guó)Millipore公司）。

1.2試劑和材料硝酸（GR級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所）；30%過氧化氫（AR級(jí)，北京化工廠）；高純氬氣（純度為99.999%）。

實(shí)驗(yàn)用水為Mili-Q純化的超純水（＞18.2 MΩ）。

多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液（5%HNO3介質(zhì)，Part#5183-4682，美國(guó)Agilent公司），其中:Co、Cu、Mn、Mo、Zn等元素含量為10 mg/L；K、Ca、Na、Mg、Fe含量為1000 mg/L。

禽配合飼料標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（LGC7173，英國(guó)LGC有限公司），其中:Ca、Fe、K、Mg、Mn、Na、Zn含量分別為（14400±1500）mg/kg、（145±31）mg/kg、（7400± 600）mg/kg、（1600±200）mg/kg、（131±19）mg/kg、（1700±500）mg/kg、（91±11）mg/kg。

實(shí)驗(yàn)器皿用20%硝酸溶液浸泡過夜后，超純水洗滌，晾干備用。

1.3樣品處理將市售飼料粉碎至通過0.42 mm實(shí)驗(yàn)篩，混合均勻制得樣品。

準(zhǔn)確稱取0.2 g樣品于微波消解罐內(nèi)，加入5 mL硝酸溶液和1 mL H2O2，放入微波消解系統(tǒng)按照表1程序進(jìn)行消解。消解完成后，緩慢打開罐蓋，將消解液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶，多次洗滌消解罐，合并清洗液于容量瓶中，定容，同時(shí)做試劑空白。

表1微波消解參數(shù)設(shè)置

1.4儀器工作條件ICP-OES儀器工作參數(shù)見表2，由儀器軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，并計(jì)算樣品中各元素含量。

1.5數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

表2 ICP-OES工作參數(shù)

2　結(jié)果與分析

2.1微波消解條件的選擇ICP-OES法測(cè)定含有蛋白質(zhì)、碳水化合物以及脂肪等基質(zhì)的有機(jī)樣品元素含量時(shí)多選用硝酸、H2O2及其混合溶液作為消解液。本實(shí)驗(yàn)分別研究了硝酸，體積比為5∶1、4∶2的硝酸-過氧化氫混合消解體系的消解情況。通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，幾種消解液無明顯沉淀，硝酸消解后的溶液顏色由深黃色逐漸變淺至基本澄清，硝酸-過氧化氫消解后的溶液則澄清透明，通過3種消解方法測(cè)定的各元素含量值無顯著差異，考慮到加入一定比例的H2O2能夠促進(jìn)樣品的消化，同時(shí)有助于降低消解罐內(nèi)壓力，本實(shí)驗(yàn)選擇體積比為5∶1的硝酸-過氧化氫作為樣品消解液。

2.2觀察模式的選擇采用ICP-OES測(cè)定時(shí)，需根據(jù)樣品中各待測(cè)元素的濃度選擇不同的觀察模式，對(duì)于濃度較低的待測(cè)元素，選擇軸向觀察模式能夠獲得更好的靈敏度和低檢出限，而待測(cè)元素濃度較高時(shí)，須選擇徑向觀察模式以避免響應(yīng)信號(hào)達(dá)到飽和而影響待測(cè)元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性相關(guān)性和結(jié)果的準(zhǔn)確性。本實(shí)驗(yàn)在測(cè)定Na、Mg、K、Ca、Fe時(shí)選擇徑向觀察模式，其他元素選擇軸向觀察模式。

2.3分析譜線的選擇和檢出限飼料樣品基質(zhì)復(fù)雜，多種元素的同時(shí)存在對(duì)含量較低、靈敏度差的元素譜線干擾嚴(yán)重。為此，本實(shí)驗(yàn)對(duì)各待測(cè)元素分別選擇2～3條譜線，根據(jù)干擾小、信噪比高、信號(hào)強(qiáng)度高、精密度好的原則確定最適合的譜線。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)，確定的元素測(cè)定譜線見表3。

2.4線性范圍、相關(guān)性和檢出限以5%硝酸介質(zhì)將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋，將得到混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照優(yōu)化的儀器條件進(jìn)行測(cè)定，得到各元素含量（x）與信號(hào)強(qiáng)度（y）的線性方程及相關(guān)，結(jié)果見表3，相關(guān)系數(shù)為0.99944～1.00000，線性關(guān)系良好。

按樣品前處理方法制備11個(gè)試劑空白，按照表2中的儀器工作參數(shù)條件測(cè)定，計(jì)算11次測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，取3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對(duì)應(yīng)的濃度為各待測(cè)元素的檢出限，分析譜線和檢出限見表3。

表3 10種元素的分析譜線、線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.5加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)與精密度實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱取0.2 g配合飼料樣品，分別加入一定濃度的各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.3中樣品處理方法進(jìn)行前處理，采用ICP-OES最佳測(cè)定條件進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定3次，計(jì)算添加回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 10種元素的添加量、回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=3）

2.6標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測(cè)定為進(jìn)一步驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度，按照1.3中樣品處理步驟處理禽配合飼料基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（LGC 7173），平行測(cè)定6次，對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，具體見表5。

從表5可以看出，采用本研究建立的方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定，其測(cè)定值與參考值基本吻合，說明以微波消解ICP-OES法測(cè)定飼料中的多種元素含量結(jié)果準(zhǔn)確可靠，此方法適用于飼料基質(zhì)中元素的分析檢測(cè)。

表5禽配合飼料基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果

3　討論

本實(shí)驗(yàn)將微波消解技術(shù)與電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）相結(jié)合，建立了同時(shí)測(cè)定飼料中Ca、Co、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Mo、Na、Zn等10種元素的方法。該方法具有快速準(zhǔn)確、樣品處理簡(jiǎn)單、線性范圍寬和靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)，可用于飼料中多種元素的同步測(cè)定，為農(nóng)業(yè)投入品以及畜產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)與監(jiān)管提供了技術(shù)支持。

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[15]中華人民共和國(guó)國(guó)家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T 13885-2003[S].飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測(cè)定.原子吸收光譜法.北京∶中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003-11-01.■

DOI∶10.15906/j.cnki.cn11-2975/s.20162009

A method for the simultaneous determination of 10 elements in feed by inductively coupled plasma optical emission spectrometry coupled with microwave digestion was developed.The critical parameters of microwave digestion and ICP-OES were optimized.The results showed that the linearity obtained for all of the ten elements was good，with linear coefficients higher than 0.99944.Average recoveries of the ten analytes from fortified samples ranged between 86.5%and 105.2%，the relative standard deviations（RSD）was lower than 2.70%.The application of the new developed method was demonstrated by analyzing a certified reference material from laboratory of the government chemist（LGC）.The proposed method was rapid，sensitive，easy to perform，and could be a promising alternative to conventional techniques for the routine analysis of the ten elements in animal feeds.

microwave digestion；ICP-OES；feed；trace elements

S816.17

A

1004-3314（2016）20-0035-03

“十二五”農(nóng)村領(lǐng)域國(guó)家科技計(jì)劃課題（2014BAD08B11-2）資助