離子色譜法測(cè)定鈣鎂片中鈣、鎂離子的含量

朱榮菊，王 鵬

（延安大學(xué) 西安創(chuàng)新學(xué)院 陜西 西安 710100）

離子色譜法測(cè)定鈣鎂片中鈣、鎂離子的含量

朱榮菊，王 鵬

（延安大學(xué) 西安創(chuàng)新學(xué)院 陜西 西安 710100）

采用離子色譜法進(jìn)行了鈣鎂片中Ca2+和Mg2+的含量測(cè)定，過(guò)程為：先采用鹽酸將樣品溶解之后，采用陽(yáng)離子交換色譜柱分離，用陽(yáng)離子抑制器，分別進(jìn)行精密度試驗(yàn)，重復(fù)性試驗(yàn)，加樣回收率試驗(yàn)，系統(tǒng)適用性試驗(yàn)，最后結(jié)果檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明Ca2+和Mg2+的質(zhì)量濃度處于2～18mg·L-1和0.4～9mg·L-1之間時(shí)，具有標(biāo)準(zhǔn)的線性關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)都接近于1；Ca2+和Mg2+的檢出濃度為 0.003mg·L-1和 0.015mg·L-1，其定量濃度為 0.004mg·L-1和 0.002mg·L-1，回收率也均接近 100%；實(shí)驗(yàn)測(cè)的 5批樣品中Ca2+的含量分別為13.5%、14.8%、15.0%、16.3%、10.6%，Mg2+的含量分別為 5.2%、3.8%、4.5%、6.0%、3.9%。

離子色譜法;鈣離子;鎂離子

前 言

我們平時(shí)所服用的營(yíng)養(yǎng)品鈣鎂片中既含有Ca2+也含有Mg2+，這是基于在我們的身體中鈣鎂元素能夠參與肌肉的收放活動(dòng)以及參與神經(jīng)元的傳輸。最近的研究結(jié)果如果只補(bǔ)充鈣鎂中的一種元素，導(dǎo)致其中一種元素?cái)z入超標(biāo)，那么這種元素就會(huì)抵制另一種元素的吸收，這樣身體吸收的元素就會(huì)失衡[1]。所以鈣鎂片這種營(yíng)養(yǎng)品以2∶1的比例提供兩元素，使得我們身體能夠均衡吸收。之前，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中分析Ca2+和Mg2+時(shí)通常采用火焰原子吸收法。這種方法雖說(shuō)比較普遍，但是過(guò)程復(fù)雜，而且在試驗(yàn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量的有害物質(zhì)，隨著實(shí)驗(yàn)員接觸時(shí)間長(zhǎng)之后會(huì)危害身體健康[2]。比較之下，我們采用的離子色譜法就比較安全。離子色譜法[3～5]在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中與火焰原子法[6～8]有很大的不同，它主要是利用具有相同電荷的離子能夠進(jìn)行可逆交換，根據(jù)與其他交換劑親和力的不同來(lái)進(jìn)行分離。離子色譜法能夠測(cè)定的范圍很廣，例如平常我們所食用的、飲用的藥物檢測(cè)[9]，生物體液中的離子分析，工廠排出廢水水質(zhì)檢測(cè)等等。本實(shí)驗(yàn)采用陽(yáng)離子交換色譜柱分離，來(lái)對(duì)雜質(zhì)比較復(fù)雜的保健品鈣鎂片樣品中Ca2+和Mg2+含量的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，離子色譜法比火焰原子吸收法要好，并且能夠準(zhǔn)確的測(cè)定鈣鎂片中Ca2+和Mg2+的含量。

1 實(shí)驗(yàn)儀器與樣品

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

DionexICS-5000離子色譜儀（配DionexAS自動(dòng)進(jìn)樣器、四元梯度分析泵、淋洗液發(fā)生器、檢測(cè)器/色譜單元、電導(dǎo)檢測(cè)器、CSRS 300 4-mm抑制器、Chromeleon 6.80 SR9色譜工作站）；Ion Pac CS12A陽(yáng)離子交換色譜柱（4 mm×250 mm；填料：乙基乙烯基苯交聯(lián)55%的二乙烯基苯大孔樹脂，鍵和羧酸-膦酸功能基），Zone Pac CG12保護(hù)柱（4mm×50mm；填料：乙基乙烯基苯交聯(lián)55%的二乙烯基苯大孔樹脂，鍵和羧酸-膦酸功能基）；Milli-Q超純水機(jī)；Mettler Toledo MS105DU分析天平（十萬(wàn)分之一）；KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗器。

1.2 實(shí)驗(yàn)樣品

由中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院提供的鈣單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg·mL-1］、鎂單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg·mL-1］、鉀單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg·mL-1］、鈉單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg·mL-1］、錳單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液［1000μg·mL-1］、銨單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 ［1000μg·mL-1］；碳酸鈣（99.99%）；碳酸鎂（99.99%）；甲基磺酸（≥99%）；鹽酸；N2（99.99%）；超純水（電阻率為18.2MΩ·cm）。樣品1-5：五種品牌的鈣鎂片。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 實(shí)驗(yàn)條件與樣品溶液的制備

色譜柱：Ion Pac CS12A陽(yáng)離子柱（4 mm×250 mm）；保護(hù)柱：Zone Pac CG12柱（4 mm×50 mm）；淋洗液：20mmol·L-1甲基磺酸水溶液：流速 0.8mL·min-1；抑制器：CSRS 300 4-mm；抑制電流：60mA；檢測(cè)器：電導(dǎo)檢測(cè)器；氮?dú)饬魉伲▔毫Γ?5kPa；柱溫：30℃；進(jìn)樣量：25μL。之后進(jìn)行供試品溶液的制備。取20片鈣鎂片樣品，進(jìn)行研磨成粉末并混合均勻，稱取粉末0.3～0.5g，置于250mL容量瓶中，加15mL 0.5mol·L-1鹽酸溶液溶解，之后加水稀釋至刻度線處并搖勻；然后量取10mL該溶液，放于100mL容量瓶中，加水稀釋至刻度并搖勻，通過(guò)0.45μm濾膜過(guò)濾，取濾液作為供試品溶液。之后制備空白溶液作為對(duì)照，研究所用試劑是否對(duì)Ca2+和Mg2+的測(cè)定產(chǎn)生干擾。

2.2 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

用100mL的容量瓶量取鈣單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液2mL及鎂單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL，加入水至刻度線并搖勻，得到混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；用10mL容量瓶分別量取混合標(biāo)準(zhǔn)溶液 0.5、1、2、4、8、10mL，加水至刻度線并搖勻，制成含 Ca2+分別為 1、2、4、8、16、20mg·L-1及含 Mg2+分別為 0.5、1、2、4、8、10mg·L-1 的一系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 線性關(guān)系考察

量取上步得到的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并按照色譜條件逐個(gè)分析，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。橫坐標(biāo)為Ca2+和Mg2+的質(zhì)量濃度，縱坐標(biāo)為峰面積，得Ca2+和Mg2+的線性方程：

以上方程表明Ca2+和Mg2+質(zhì)量濃度分別在2～18mg·L-1及 0.4～9mg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。以空白加標(biāo)樣品信噪比等于3（S/N=3）計(jì)算Ca2+和Mg2+的檢出濃度分別為0.003和0.015mg·L-1；信噪比等于10（S/N=10）計(jì)算Ca2+和Mg2+的定量濃度分別為 0.004 和 0.002mg·L-1。

3.2 精密度試驗(yàn)以及重復(fù)性試驗(yàn)

按上述方法制備供試品溶液，連續(xù)進(jìn)行6次測(cè)定，分別記錄各組峰面積，計(jì)算Ca2+和Mg2+峰面積的RSD分別為0.71%和0.57%，表明精密度良好。再按上述方法制備供試品溶液6份進(jìn)行測(cè)定，記錄各組峰面積，根據(jù)當(dāng)日的隨行標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算Ca2+和Mg2+含量，其RSD分別為1.2%和1.8%，表明該方法的重復(fù)性良好。

3.3 加樣回收率試驗(yàn)以及系統(tǒng)適用性試驗(yàn)

圖1 6種陽(yáng)離子分離情況（從左到右6個(gè)高峰依次為鈉、銨、鉀、鎂、錳、鈣離子）Fig.1 The separation of 6 kinds of cations ions（from left to right,the 6 peaks are sodium ions,ammonium ions,potassium ions,magnesium ions,manganese ions and calcium ions）

取鈣鎂片（Ca2+和Mg2+含量分別為12.9%和4.9%）樣品0.3g，分別加入碳酸鈣0.10g、碳酸鎂0.055g，制備6份加標(biāo)樣品，按上述方法制備加標(biāo)樣品待測(cè)溶液進(jìn)行分析，根據(jù)當(dāng)日的標(biāo)準(zhǔn)曲線，分別計(jì)算加標(biāo)樣品的濃度，求得鈣離子、鎂離子的回收率分別為99.1%和99.4%。在本實(shí)驗(yàn)色譜條件下，鈣、鎂離子與鈉、鉀、銨、錳離子分離情況。量取上述6種離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液 1、0.5、0.5、1、2、1mL，分別置于 100mL量瓶中，加水稀釋至刻度線并搖勻。測(cè)定結(jié)果顯示，各離子均能達(dá)到基線分離，且分離度大于1.5，如圖1所示。

3.4 樣品測(cè)定結(jié)果

按上述實(shí)驗(yàn)方法對(duì)5批鈣鎂片樣品進(jìn)行測(cè)定，記錄峰面積，按標(biāo)準(zhǔn)曲線法定量，結(jié)果以Ca2+和Mg2+計(jì)，同時(shí)采用火焰原子吸收法分別測(cè)定Ca2+和Mg2+含量，如表1所示。

表1 五種樣品中的鈣鎂離子含量檢驗(yàn)結(jié)果Table 1 Test contents of calcium and magnesium ions in five kinds of samples

3.5 試劑的優(yōu)化

圖2 標(biāo)準(zhǔn)溶液、供試品溶液、空白溶液離子色譜圖（第二個(gè)第三個(gè)高峰從左到右為鎂離子、鈣離子）Fig.2 The ion chromatograms of standard solution,sample solution and blank solution（the second and third peaks from left to right are magnesium ions and calcium ions）

在自然界中存在很多含有Ca2+和Mg2+的物質(zhì)，所以試劑的選擇是十分重要的，尤其是實(shí)驗(yàn)用水。因此，本實(shí)驗(yàn)研究了實(shí)驗(yàn)室條件下所用試劑對(duì)Ca2+和Mg2+測(cè)定的影響，包括實(shí)驗(yàn)用水及鹽酸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出所用的超純水及鹽酸，在本身的存留時(shí)間范圍內(nèi)，均不受影響，對(duì)Ca2+和Mg2+的測(cè)定沒(méi)有干擾，如圖2所示。

3.6 色譜條件的優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)分別考察了Ion Pac CS12、CS14、CS12A3種陽(yáng)離子交換色譜柱，填料均為乙基乙烯基苯交聯(lián)55%的二乙烯基苯大孔樹脂，但樹脂上的功能基不同，分別為羧酸、羧酸、羧酸-膦酸，三者的柱容量也不同，因此會(huì)影響離子在色譜柱上的存活行為。以上述3種色譜柱分別測(cè)定鈉、銨、鉀、鎂、鈣、錳離子混合溶液，考察系統(tǒng)適用性。采用20mmol·L-1的甲磺酸作為淋洗液，CS14柱存在著Ca2+和Mg2+保留時(shí)間短，且與鉀離子分不開(kāi)的現(xiàn)象。CS12與CS12A相比，CS12A是一款高容量陽(yáng)離子交換色譜柱，更適用于快速等度分離各種樣品中鋰、鈉、銨、鉀、鎂、鈣等離子，且該柱子的離子交換基團(tuán)除了羧基之外加入了膦酸基，增加了Ca2+和Mg2+的選擇性。因此本實(shí)驗(yàn)選擇Ion Pac CS12A作為分析柱。該色譜柱可以選擇甲磺酸作為淋洗液，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中考察了10、15、20、25mmol·L-1甲磺酸對(duì)鈣、鎂離子的分離效果。結(jié)果顯示，20mmol·L-1的甲磺酸作為淋洗液即可實(shí)現(xiàn)鈣、鎂離子的有效分離，且出峰時(shí)間適中。同時(shí)考察了該色譜條件下，鈣、鎂離子與鈉、鉀、銨、錳離子分離情況。結(jié)果顯示，各離子均能達(dá)到基線分離，且分離度大于1.5。

3.7 樣品處理方法的優(yōu)化

目前人們所食用的保健品鈣鎂片的主要成分為碳酸鈣及碳酸鎂，淀粉及硬脂酸鎂等為輔料，經(jīng)過(guò)一系列工藝制成的具有補(bǔ)充鈣、鎂功能的保健食品。本實(shí)驗(yàn)所用的材料為以碳酸鈣及碳酸鎂為原料的樣品。經(jīng)過(guò)綜合考慮這些材料的化學(xué)特性之后，我們采用了一定濃度的稀鹽酸為溶劑。Ion Pac CS12A陽(yáng)離子交換色譜柱可承受高達(dá)50mmol·L-1的H+的供試品溶液進(jìn)樣，因此在考慮到使得樣品中的Ca2+和Mg2+充分解離的條件下，應(yīng)使供試品溶液的酸度符合色譜柱的使用要求。本實(shí)驗(yàn)采用0.5mol·L-1的稀鹽酸作為溶劑，使樣品溶解后，用水稀釋到刻度線，在這之后還要經(jīng)10倍稀釋，以符合色譜柱的使用要求。樣品經(jīng)鹽酸處理后的測(cè)定結(jié)果與硝酸硝化后的測(cè)定結(jié)果基本一致。另外，鈣鎂片中的硬脂酸鎂的含量不超過(guò)0.08%，其中硬脂酸鎂中Mg2+的含量在4.0%～5.0%；因此，在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中硬脂酸鎂在總鎂離子含量小于0.004%，所以可以不考慮對(duì)Mg2+含量的影響。

4 結(jié)論

目前常用的法定測(cè)定方法主要是火焰原子吸收法?；鹧嬖游辗y(cè)定Ca2+和Mg2+時(shí)，曲線濃度較低且范圍較窄，較適用于微量樣品的測(cè)定，而保健食品中Ca2+和Mg2+的含量多在10%左右，需多步稀釋才能進(jìn)入曲線范圍，容易引入較大的誤差。而采用離子色譜法測(cè)定保健食品鈣鎂片中Ca2+和Mg2+的含量，該處理方法能夠有效游離出Ca2+和Mg2+，操作簡(jiǎn)單、快速，曲線范圍寬，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確，且與火焰原子吸收法分析結(jié)果無(wú)明顯差異，具有一定的使用價(jià)值。

［1］王宇昕，于泓離．離子色譜法測(cè)定水果和飲料中Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、Zn2+的含量［J］．食品科學(xué)，2008，29（2）：347～349.

［2］趙婭鴻．離子色譜法測(cè)定飲料中的鉀、鈉、鈣、鎂陽(yáng)離子［J］．大眾標(biāo)準(zhǔn)化，2006，（S2）：24～25.

［3］牟世芬，劉克納，丁曉靜．離子色譜方法及應(yīng)用［M］．北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2005.

［4］張秀香，王旭珍．原子吸收光譜法測(cè)定茶水和茶葉中的微量元素［J］．魯東大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2000，16（3）：189～193.

［5］郭巖．烏龍茶中浸出堿金屬和堿土金屬離子的離子色譜分析［J］．現(xiàn)代科學(xué)儀器，2002，（6）：20～21.

［6］王秀敏，陳彥昌，谷俊濤等．火焰原子發(fā)射光譜法測(cè)定棗汁飲料中鉀和鈉［J］．分析試驗(yàn)室，2004，23（8）：75～77.

［7］鄭華寧，劉書君，顧若蘭等．電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定尿中鈣元素含量［J］．藥物分析雜志，2009，29（9）：1525～1527.

［8］李苗，馮光．離子色譜法測(cè)定門冬氨酸鉀鎂片的含量［J］．藥物分析雜志，2009，29（10）：1738～1740.

［9］張貞麗，袁敏，高燕等．中藥紫石英主成分氟化鈣含量測(cè)定方法的研究［J］．藥物分析雜志，2010，30（3）：495～498.

Determination of the Content of Calcium and Magnesium Ion in Calcium Magnesium Tablets by Ion Chromatography

ZHU Rong-ju and WANG Peng
（Xi'an Innovation College,Yan'an University,Xi'an,710100,China）

In order to determine the content of Ca2+and Mg2+in calcium magnesium tablets,the ion chromatography is used in this experiment.The process is as follows:firstly,the sample dissolves in hydrochloric acid,followed by the separation by cation ions exchange chromatography column,and then the cation suppressor is used for the precision test,repeatability test,recovery test,system suitability test,and the final results test respectively.The experimental results show that when the concentration of Ca2+and Mg2+is between 2~18mg·L-1and 0.4~9mg·L-1respectively,a good linear relationship appeared,and the correlation coefficients are close to 1;the detectable concentration of Ca2+and Mg2+is 0.003 and 0.015mg·L-1respectively,and the quantitative concentration of them is 0.004 and 0.002mg·L-1respectively,and the recovery rate is close to 100%.In these 5 batches of samples,the content of Ca2+are 13.5%,14.8%,15%,16.3%and 10.6%respectively,and the content of Mg2+are 5.2%,3.8%,4.5%,6.0%,3.9%respectively.

Ion chromatography;calcium ions;magnesium ions

TQ460.72

B

1001-0017（2017）05-0389-04

2017-05-22

朱榮菊（1984-）女，陜西鎮(zhèn)安人，助教，從事分析化學(xué)，藥物分析工作。