微波消解—火焰原子吸收光譜法測(cè)定大米中微量鋅

宮博 藍(lán)圖 李崇江等

[摘要]探索微波消解一火焰原子吸收光譜法測(cè)定大米中微量鋅的效果。采用微波消解儀微波消解大米樣品，火焰原子吸收光譜法測(cè)定大米中鋅元素的含量。選定硝酸和過(guò)氧化氫（2：1）消解體系，微波消解儀最佳消解程序?yàn)椋?20℃，5min，600W；200℃，10min，1200W。優(yōu)化儀器條件，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性相關(guān)優(yōu)于0.999，加標(biāo)回收率為98.3%～101.5%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.1%～4.2%，最小檢出限為0.009mg/L。結(jié)果表明，該法具有操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、減少環(huán)境酸霧污染特點(diǎn)，可作為大米中微量鋅的測(cè)試方法。

[關(guān)鍵詞]微波消解；火焰原子吸收光譜法；大米；鋅

中圖分類號(hào)：S511 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180216

大米又稱“稻米”，是稻谷經(jīng)清理、礱谷、碾米、成品整理等工序后制成的成品。大米是我國(guó)人民的主要糧食之一，營(yíng)養(yǎng)成分十分豐富，含碳水化合物75%左右，蛋白質(zhì)7%～8%，脂肪1.3%～1.8%，并含有豐富的B族維生素以及人體必需的微量元素等。人體必需的微量元素有鐵、鋅、硒、鉻、銅、碘等21種。而在這微量元素中，鋅被世界衛(wèi)生組織和中華醫(yī)學(xué)會(huì)定為21世紀(jì)繼碘后必補(bǔ)的第二大營(yíng)養(yǎng)保健元素，更被醫(yī)學(xué)界、營(yíng)養(yǎng)界譽(yù)為人體的“生命之花”，對(duì)人體有著重要的生理功能和營(yíng)養(yǎng)作用。鋅是人體內(nèi)很多酶的主要組成成分或酶的激活劑，而且參與了能量代謝，激素的作用和維生素A的運(yùn)轉(zhuǎn)等，兒童缺鋅可能導(dǎo)致生長(zhǎng)障礙和智力發(fā)育遲緩等。隨著生活水平的提高，微量元素鋅與健康的關(guān)系日益受到人們的廣泛關(guān)注。近年來(lái)，我們經(jīng)常在市場(chǎng)或者超市里看到售賣的大米上，粘貼著“富鋅大米”的標(biāo)牌，可見(jiàn)鋅對(duì)人體的健康很關(guān)鍵的。

那么，對(duì)于普通大米和富鋅大米中鋅的含量到底差別多大呢？這需要我們理性的進(jìn)行分析和測(cè)定。鋅測(cè)定方法有：雙硫腙比色法、陽(yáng)極溶出伏安法、極譜法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法以及電感耦合和離子體質(zhì)譜法等。從操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)效率以及成本上考慮，筆者采用原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定，在樣品處理上，選擇密閉一高壓條件，微波消解處理大米樣品，避免酸霧對(duì)實(shí)驗(yàn)環(huán)境以及操作人員的危害。優(yōu)化測(cè)定條件下，本測(cè)定方法對(duì)大米樣品中鋅的檢測(cè)，取得較為滿意的結(jié)果。

1實(shí)驗(yàn)原理

原子吸收光譜法（AAS）是利用氣態(tài)原子可以吸收一定波長(zhǎng)的光輻射，使原子中外層的電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)的現(xiàn)象而建立的。由于各種原子中電子的能級(jí)不同，將有選擇性地共振吸收一定波長(zhǎng)的輻射光，這個(gè)共振吸收波長(zhǎng)恰好等于該原子受激發(fā)后發(fā)射光譜的波長(zhǎng)。當(dāng)光源發(fā)射的某一特征波長(zhǎng)的光通過(guò)原子蒸氣時(shí)，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態(tài)躍遷到較高能態(tài)（一般情況下都是第一激發(fā)態(tài)）所需要的能量頻率時(shí)，原子中的外層電子將選擇性地吸收其同種元素所發(fā)射的特征譜線，使入射光減弱?；鹧嬖游展庾V法測(cè)定鋅的原理結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

2材料與方法

2.1主要儀器與試劑

火焰原子吸收光譜儀：GGX-600，北京海光儀器有限公司；鋅空心陰極燈：北京有色金屬研究院；微控?cái)?shù)顯加熱板：EG37Aplus型，北京萊伯泰科有限公司；電子天平：最小分值0.0001g，賽多利斯科學(xué)儀器（北京）有限公司；鋅元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：100mg/L，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；濃硝酸、過(guò)氧化氫：優(yōu)級(jí)純；純水機(jī)：UPW-10N，北京歷元電子儀器有限公司；微波消解儀：MDS-6，上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；實(shí)驗(yàn)用水：高純水；實(shí)驗(yàn)用器皿需經(jīng)50%（體積比）硝酸溶液浸泡12h以上，然后用高純水沖洗干凈，晾干備用。研究對(duì)象：市售大米。

2.2標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

取6支50mL比色管，分別依次加入10mL高純水，0.5mL濃硝酸。接著，依次加入0mL，0.1mL，0.25mL，0.5mL，0.75mL，1.0mL鋅標(biāo)準(zhǔn)母液。最后，采用高純水定容至刻度，搖勻。得出鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液點(diǎn)分別0mg/L，0.2mg/L，0.5mg/L，1.0mg/L，1.Smg/L，2.0mg/L。

2.3樣品的選取和制備

于市場(chǎng)和超市購(gòu)買普通大米和富鋅大米。分別取大米樣品20g，高純水清洗3遍并瀝干水，攤開放置于干凈的玻璃表面皿。接著，電熱板上100℃烘烤6h至徹底干燥，再將大米分別采用研缽多次研磨成粉末。最后，過(guò)100目尼龍篩，制成待測(cè)樣品，并用塑封袋密封保存。

準(zhǔn)確稱取大米粉末樣品0.1g，引入聚四氟乙烯消解罐中，加入4mL濃硝酸和2mL過(guò)氧化氫，同時(shí)用少許高純水淋洗消解罐內(nèi)壁，確保所有樣品與消解液充分接觸，混合均勻。蓋上消解罐蓋子，靜置過(guò)夜。次日，將消解罐依次放入微波消解儀的轉(zhuǎn)盤上，設(shè)置梯度消解升溫程序，等待程序結(jié)束后，取出消解罐，于通風(fēng)櫥中進(jìn)行冷卻。打開蓋子，觀察消解液顏色應(yīng)呈淡黃綠色，若呈深黃綠色可再次重復(fù)以上消解程序，消解一至兩次。高純水多次清洗消解罐內(nèi)壁，將消解液轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶，并定容待測(cè)，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

2.4儀器工作條件

儀器工作條件如表1所示。燃燒頭高度為8.0mm，燃燒火焰為乙炔空氣焰，氘燈扣背景校正。

微波消解儀消解程序參數(shù)如表2所示。經(jīng)過(guò)優(yōu)化，試驗(yàn)了最佳的消解程序。

2.5樣品的測(cè)定

打開原子吸收光譜儀電源，設(shè)置條件參數(shù)，預(yù)熱30min。用高純水進(jìn)樣測(cè)試基體信號(hào)，待讀數(shù)穩(wěn)定之后，進(jìn)行自動(dòng)增益和清零操作，去除水中元素造成的影響，然后用標(biāo)準(zhǔn)空白溶液進(jìn)樣，自動(dòng)扣除本底，依次測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列。測(cè)試樣品溶液之前，再次進(jìn)入樣品空白測(cè)定狀態(tài)，以樣品空白溶液進(jìn)樣并扣除本底，隨后依次測(cè)定樣品溶液。

3結(jié)果與討論

3.1微波消解條件的選擇

消解試劑以及消解方式的選擇，考察硝酸和過(guò)氧化氫的用量對(duì)消解效果以及效率的影響。分別做了以下幾種消解方案：8mL硝酸+6mL過(guò)氧化氫；6mL硝酸+4mL過(guò)氧化氫；4mL硝酸+2mL過(guò)氧化氫；2mL硝酸+2mL過(guò)氧化氫；2mL硝酸+1mL過(guò)氧化氫。由于大米屬于高蛋白有機(jī)物，直接高溫高壓消解會(huì)導(dǎo)致反應(yīng)過(guò)于劇烈甚至爆炸，所以筆者選擇靜置過(guò)夜冷消解后，再進(jìn)行微波消解。從硝酸和過(guò)氧化氫的用量，以及消解效果和效率考量，4mL硝酸+2mL過(guò)氧化氫消解試劑組合最佳，滿足消解要求。

微波消解作為目前新穎的一種高效率樣品前處理方式，主要原理為密閉微波溶樣，將樣品和氧化性消解劑在極短的時(shí)間內(nèi)，高溫高壓的作用下氧化分解，并且防止樣品的污染和損失。實(shí)驗(yàn)將消解時(shí)間固定，選擇高溫和高壓作為研究對(duì)象，梯度設(shè)定相對(duì)應(yīng)的高溫以及高壓。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高壓其實(shí)是微波消解儀的一個(gè)最高耐壓值，對(duì)消解的影響不大；然而，溫度卻是很關(guān)鍵的因素，當(dāng)最高消解溫度低于150℃，經(jīng)過(guò)多次重復(fù)消解流程，很難消解徹底。最后，選擇最優(yōu)條件，最高消解溫度選擇200℃，保持時(shí)間為10min，可確保一次性徹底消解大米粉樣品。

3.2原子吸收光譜儀的參數(shù)優(yōu)化

火焰原子吸收光譜法作為一種成熟的儀器分析方法，目前大量的研究工作驗(yàn)證并結(jié)合經(jīng)驗(yàn)得出，如鋅的最靈敏吸收線為213.85nm，還有負(fù)高壓和燈電流等等。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)所用GGX-600儀器，綜合優(yōu)化參數(shù)條件如表1所示。

3.3干擾實(shí)驗(yàn)

常規(guī)地，大米中K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺等含量較高。按試驗(yàn)方法，在含有1.0mg/L鋅的標(biāo)準(zhǔn)溶液中，依次加入不同量的共存離子進(jìn)行干擾試驗(yàn)，以相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差≤5%為限。實(shí)驗(yàn)得出，850倍鋅含量中的K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺，對(duì)鋅的檢測(cè)不產(chǎn)生影響。

3.4線性回歸方程以及檢出限

移取標(biāo)準(zhǔn)溶液，逐級(jí)稀釋配成試驗(yàn)所需標(biāo)準(zhǔn)使用液，按儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定如表3所示，在0～2.0mg/L范圍，線性相關(guān)系數(shù)0.9991。檢出限按公式DL=3SD/K計(jì)算（SD為11次樣品空白吸光度測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差，K為標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率）。通過(guò)測(cè)試，計(jì)算得出檢出限0.009mg/L。

3.5加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)

優(yōu)化條件下，消解大米粉樣品時(shí)，同時(shí)在消解液中加入一定濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液，按樣品處理方法進(jìn)行消解與測(cè)定。加標(biāo)回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差如表4所示。相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在3.1%～4.2%，平均回收率為98.3%～101.5%，結(jié)果較為滿意。從分析數(shù)據(jù)上看，富鋅大米確實(shí)比普通大米在鋅的含量上要更高。

3.6準(zhǔn)確度實(shí)驗(yàn)

同樣的方法，進(jìn)行準(zhǔn)確度驗(yàn)證，取生物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（大米）GBW10045，經(jīng)過(guò)一系列的微波消解處理，檢測(cè)得出鋅的測(cè)定值為14.8mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)證書中理論值為14.4±0.8mg/kg。測(cè)定值在理論值范圍，結(jié)果較佳。

4結(jié)論

通過(guò)優(yōu)化條件，微波消解方式消解大米樣品，消解徹底，效率高。采用火焰原子吸收光譜檢測(cè)大米樣品的鋅，加標(biāo)回收率、精密度以及準(zhǔn)確度均滿足檢測(cè)要求。同時(shí)，研究了普通大米和富鋅大米的鋅含量，相比普通大米，富鋅大米中鋅的含量較高。因此，該法測(cè)定具有操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、減少環(huán)境酸霧污染等特點(diǎn)，可為大米中微量鋅的檢測(cè)，提高方法支持。