微波等離子體光譜法同時(shí)測(cè)定食鹽中多種微量元素

劉學(xué)國(guó)，劉果

(南陽(yáng)理工學(xué)院 生物與化學(xué)工程學(xué)院，河南 南陽(yáng) 473004)

食鹽在我們?nèi)粘Ｉ钪邪缪葜匾慕巧?，使我們飯桌上的菜肴錦上添花、美味可口，適當(dāng)選擇和食用還可以讓我們的身體更加健康[1,2]。隨著人類(lèi)物質(zhì)條件的逐漸改善，人們的安全、健康意識(shí)也不斷增加。營(yíng)養(yǎng)學(xué)家根據(jù)人們的實(shí)際需要，以現(xiàn)代營(yíng)養(yǎng)學(xué)和生命科學(xué)為依據(jù)調(diào)配了各種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽。即將人體每天必需的營(yíng)養(yǎng)元素例如Ca、Se、Fe、K、Mg、Zn等中的一種或者幾種科學(xué)、合理地調(diào)配到一般的食用加碘鹽中，以此來(lái)滿(mǎn)足不同群體的需要。雖然在人們的身體中這些元素的含量少之甚少，但對(duì)人們的新陳代謝、生理功能等發(fā)揮著不可低估的作用[3]。這些元素含量的多少與人體的生命健康有很大的關(guān)系，與多種疾病的發(fā)生也密切相關(guān)[4-6]。目前，關(guān)于各種食物中微量元素的研究已經(jīng)日益成為食品科學(xué)、生命科學(xué)等領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)之一。 因此，本文將采用4200型微波等離子體原子發(fā)射光譜法(MP-AES)開(kāi)展加鈣鹽、低鈉鹽、天山冰晶鹽、鈉鉀調(diào)和鹽、喜馬拉雅玫瑰鹽等8種食鹽的探究[7]，研究結(jié)果為廣大市民群眾對(duì)于食鹽中各營(yíng)養(yǎng)成分做出科學(xué)的評(píng)估和正確的選擇提供了理論支持。

目前常用的測(cè)定樣品中礦物元素的分析方法有原子熒光光譜法(AFS)、高效液相色譜法、電化學(xué)法以及分光光度法等[8-13]，但由于這些分析方法都具有一定的自身局限性，例如不可以對(duì)樣品中的多種元素同時(shí)測(cè)定分析、成本高、操作繁雜、基體效應(yīng)大等。而MP-AES克服了以上方法中的絕大多數(shù)不足，它利用氮?dú)獍l(fā)生器從空氣中制取N2，在微波導(dǎo)波技術(shù)下氮?dú)獗患ぐl(fā)，發(fā)生電離形成氮等離子體，并作為穩(wěn)定的激發(fā)光源。試樣在激發(fā)光源的作用下發(fā)生原子化、能級(jí)躍遷，最終形成特征發(fā)射譜線(xiàn)，從而達(dá)到對(duì)待測(cè)組分的定性和定量分析。其具有操作簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、干擾小、快速、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)[14]。該方法為食鹽中多種元素的同時(shí)分析測(cè)定提供了一套簡(jiǎn)便、快捷、準(zhǔn)確度高的科學(xué)理論依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器及工作條件

Agilent 4200型微波等離子體原子發(fā)射光譜儀工作條件：五通道蠕動(dòng)泵，泵速12 r/mim，讀取時(shí)間3 s，穩(wěn)定時(shí)間15 s，Anto方式背景矯正，霧化器壓力180～240 kPa；沃特浦超純水設(shè)備:四川沃特爾水處理設(shè)備有限公司；Quintix 35-1分析天平：賽多利斯貿(mào)易有限公司；Top Pette移液槍?zhuān)捍簖埮d創(chuàng)儀器有限公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)試劑

濃鹽酸、濃硝酸(分析純，洛陽(yáng)昊華化學(xué)試劑有限公司)；氫氧化鈉、硼氫化鉀(分析純，國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司)；國(guó)家鈣、鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液(鹽酸為穩(wěn)定介質(zhì)，分析純，國(guó)家材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院)；鈉、鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液(水為穩(wěn)定介質(zhì)，分析純，國(guó)家材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院)；鐵、鋅、硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(硝酸為穩(wěn)定介質(zhì)，分析純，國(guó)家材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院)；實(shí)驗(yàn)用水均由超純水設(shè)備制得(電導(dǎo)率為18.2 MΩ·cm)。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

本實(shí)驗(yàn)采用標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液的濃度均為1000 μg/mL，但由于母液的穩(wěn)定介質(zhì)不同，故需要分別配制混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

Ca、Mg、Fe、Zn、Se混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制：用移液槍分別移取1000 μg/mL的Ca、Mg、Fe、Zn、Se標(biāo)準(zhǔn)溶液各500 μL于50 mL的容量瓶中，再分別用5% HCl和5% HNO3定容，搖晃均勻后，配制成10 mg/L的一級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。取13支刻度均為10 mL的比色管，依次進(jìn)行編號(hào)。分別移取4，8，16，32，64，100，200，500 μL，1，2，4，8，10 mL的一級(jí)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液于上述比色管中，再分別用5% HCl和5% HNO3定容，配制成濃度分別為4，8，16，32，64，100，200，500，1000，2000，4000，8000，10000 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液。同理，可配得Na、K混合系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.4 樣品處理

本實(shí)驗(yàn)選取了從南陽(yáng)各個(gè)超市及淘寶上購(gòu)買(mǎi)的8種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽作為檢測(cè)樣品，樣品的詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表1 樣品種類(lèi)

為了探究樣品的處理方式對(duì)待測(cè)元素含量測(cè)定的影響，本實(shí)驗(yàn)以喜馬拉雅玫瑰鹽粉試樣為代表對(duì)其采取了兩種處理方法：直接溶解法：用分析天平分別稱(chēng)量0.2500 g的該食鹽樣品于3支50 mL的容量瓶中，再依次用5% HNO3、5% HCl、H2O溶解、稀釋?zhuān)瞥纱郎y(cè)液。樣品消解法：用分析天平分別稱(chēng)取該食鹽樣品0.2500 g于3支50 mL的燒杯中，然后各加入5 mL 5%的硝酸試劑，在90 ℃的水浴鍋中進(jìn)行加熱消解。1 h后，把消解后的溶液分別轉(zhuǎn)入到50 mL的容量瓶中，然后用各自最優(yōu)介質(zhì)進(jìn)行定容，搖勻，配制成樣品待測(cè)溶液。

1.5 樣品的測(cè)定

探究介質(zhì)的酸度(5% HCl、10% HCl)、介質(zhì)的種類(lèi)(HCl、HNO3、H2O)對(duì)待測(cè)元素發(fā)射光的強(qiáng)度、標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的相關(guān)性、檢出限高低的影響，得出最優(yōu)的測(cè)定方案。在最佳儀器條件和最優(yōu)測(cè)定方案下，分別測(cè)定空白液、系列標(biāo)準(zhǔn)液、上述兩種處理狀態(tài)下各種食鹽樣品中元素的具體百分含量。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

不同酸度條件下各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)見(jiàn)圖1。

圖1 不同酸度條件下各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

由圖1可知，以5%鹽酸為酸介質(zhì)與以10%鹽酸為酸介質(zhì)時(shí)，各元素的線(xiàn)性相關(guān)性均較好，在0.9960以上。數(shù)據(jù)表明，介質(zhì)的酸度對(duì)Ca、Mg、Fe、Zn、Se 5種元素測(cè)定的強(qiáng)度值均有一定的影響，但相差不大。由不同酸度下各元素的相關(guān)系數(shù)、線(xiàn)性動(dòng)態(tài)變化范圍綜合分析可以得出介質(zhì)酸度對(duì)各元素的測(cè)定影響不大，故本實(shí)驗(yàn)選擇5%鹽酸為最佳酸介質(zhì)。

2.2 介質(zhì)種類(lèi)對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

不同酸介質(zhì)條件下各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)見(jiàn)圖2。

圖2 不同酸介質(zhì)條件下各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)

2.2.2 檢出限、定量限

不同介質(zhì)條件下(H2O、5% HCl、5% HNO3)各元素檢出限和定量限的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 不同介質(zhì)條件下的檢出限及定量限

由圖2和表2可知，酸介質(zhì)的種類(lèi)對(duì)元素測(cè)定的靈敏度和精確度具有較大影響。Fe、Zn、Ca 3種元素最佳測(cè)定介質(zhì)為5%的硝酸；Na、K 2種元素以水為介質(zhì)時(shí)具有較寬的線(xiàn)性范圍、較低的檢出限，適合樣品中該元素檢測(cè)分析；Mg、Se 2種元素最佳的測(cè)定介質(zhì)為5%鹽酸。但圖表中數(shù)據(jù)顯示：在測(cè)定Se元素時(shí)，無(wú)論在硝酸介質(zhì)條件下，還是以鹽酸為介質(zhì)，溶液的強(qiáng)度值均較低，當(dāng)標(biāo)液的濃度達(dá)到10 mg/L時(shí)，所對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度值只有200左右。另外，該方法的檢出限達(dá)到44.2825 μg/L，表明該方法并不是測(cè)Se元素的最佳選擇。因此，本實(shí)驗(yàn)將采取MP-AES多通道法來(lái)測(cè)定食鹽試樣中Se元素的含量。

2.3 單通道與多通道法對(duì)硒元素測(cè)定的影響

不同檢測(cè)方法對(duì)Se元素含量測(cè)定的影響見(jiàn)圖3。

由圖3可知，在采用氫化物發(fā)生法測(cè)定Se元素時(shí)，所得溶液的強(qiáng)度值約為單通道法的3倍，表明多通道法對(duì)于Se元素的測(cè)定具有極其高的靈敏度。另外，由兩者的標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)可知，采用多通法測(cè)定Se元素所得結(jié)果的線(xiàn)性較好，檢出限遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于單通道法的44.2825 μg/L，為0.01732 μg/L。即該方法具有較高的靈敏度和準(zhǔn)確度，是測(cè)定Se元素的最佳選擇。

圖3 不同檢測(cè)方法對(duì)Se元素測(cè)定的影響

2.4 樣品的處理方式對(duì)元素含量測(cè)定的影響

樣品的處理方式對(duì)各元素含量測(cè)定的影響見(jiàn)圖4。

圖4 樣品的處理方式對(duì)各元素含量測(cè)定的影響

由圖4可知，食鹽試樣的處理方式對(duì)樣品中Ca、Mg、Fe、Se、K、Na 6種元素的測(cè)定均影響不大，但對(duì)于Zn元素來(lái)說(shuō)，采用消解的方式可以獲得更高的測(cè)定結(jié)果，原因可能是該鹽樣品中的Zn元素是以乳酸鋅或葡萄糖酸鋅有機(jī)物的形式存在，通過(guò)消解可以使樣品充分溶解，破壞其結(jié)構(gòu)，使Zn2+盡可能釋放到溶液中。因此，除了Zn元素測(cè)定時(shí)采用消解的方法處理樣品，其他元素測(cè)定時(shí)均采用直接溶解的方法處理樣品。

2.5 樣品含量分析

2.5.1 低鈉鹽

不同低鈉鹽與普通加碘鹽含量對(duì)比分析見(jiàn)圖5。

圖5 不同低鈉鹽與普通加碘鹽含量對(duì)比分析

由圖5可知，2種低鈉鹽中Na元素的含量明顯低于普通加碘鹽。NaCl的質(zhì)量配比由原鹽的98.78%和93.1%分別降為62.9%和70.2%，其中益鹽堂低鈉鹽中，NaCl∶KCl∶MgSO4為63%∶15%∶8%；茶卡低鈉鹽中，NaCl∶KCl∶MgSO4為68%∶22%∶9%，即在原精純鹽基礎(chǔ)上添加了不同比例的K、Mg元素，可以調(diào)節(jié)人體中 Na+、K+、Mg+的動(dòng)態(tài)平衡，有效防止高血壓等疾病的產(chǎn)生。因此，大家可以根據(jù)自身需要選擇不同鈉含量的食鹽。

2.5.2 天然鈣鹽

天然鈣鹽與普通加碘鹽中元素含量對(duì)比見(jiàn)圖6。

圖6 加鈣鹽與普通食鹽含量對(duì)比分析

由圖6可知，天然鈣鹽中Na元素的含量與普通加碘鹽相當(dāng)，但Ca元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通加碘鹽，約為其含量的5～26倍。因此，對(duì)于缺鈣的兒童、老年人等特殊群體，天然鈣鹽是其獲得鈣元素的一個(gè)很好的營(yíng)養(yǎng)源。

2.5.3 硒營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽

加硒鹽與普通加碘鹽含量對(duì)比分析見(jiàn)圖7。

圖7 加硒鹽與普通加碘鹽含量對(duì)比分析

由圖7可知，天山冰晶鹽中Se元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通加碘鹽，約為其含量的16倍。按照每日攝入的食鹽量為6 g來(lái)計(jì)算，每天可以獲得61.7 μg的Se元素，這符合世界衛(wèi)生組織[15]推薦的成年人每天Se元素?cái)z取量為50～200 μg的要求，不僅能夠在一定程度上滿(mǎn)足機(jī)體的需求，又遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于中毒劑量400 μg/d。因此，在日常膳食中經(jīng)常食用含Se的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽，對(duì)人體有很大的益處。

2.5.4 喜馬拉雅玫瑰鹽

玫瑰鹽與普通食鹽中元素含量對(duì)比分析見(jiàn)圖8。

圖8 玫瑰鹽與普通食鹽含量對(duì)比分析

由圖8可知，喜馬拉雅玫瑰鹽中同時(shí)含有7種營(yíng)養(yǎng)元素，其中Ca元素的含量是普通食鹽的12倍，F(xiàn)e元素的含量高達(dá)343.33 μg/g。因此，要想同時(shí)獲得各種營(yíng)養(yǎng)元素，玫瑰鹽是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。但應(yīng)該注意的是，玫瑰鹽中Na元素含量較高，約為460.05 mg/g，是普通食鹽的1.2倍，因此在日常食用時(shí)要特別注意每日攝入量。

2.6 樣品加標(biāo)回收率

樣品加標(biāo)回收率的測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 加標(biāo)回收率測(cè)定結(jié)果

由表3可知，食鹽試樣中各元素的加標(biāo)回收率在96.6%～110.3%之間，進(jìn)一步說(shuō)明MP-AES法具有較高的準(zhǔn)確度和精確性，適用于食鹽樣品中各元素的檢測(cè)分析。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)分別探究了介質(zhì)的種類(lèi)、酸的含量、食鹽試樣的處理方式對(duì)最終檢測(cè)結(jié)果的影響，并重點(diǎn)分析了各營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽與普通加碘鹽在元素含量上的差別。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：鹽酸的濃度對(duì)檢測(cè)結(jié)果幾乎無(wú)影響；酸介質(zhì)的種類(lèi)對(duì)各待測(cè)元素具有不同程度的影響；消解法可以顯著提高樣品中鋅元素含量的測(cè)定，但對(duì)其他6種元素的測(cè)定影響不大；每種營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽均可以對(duì)應(yīng)補(bǔ)充機(jī)體所需要的有益微量元素，作為其重要的營(yíng)養(yǎng)源。但要注意各種食鹽的適用人群和每日攝入量，合理、健康地選擇適合自己的營(yíng)養(yǎng)強(qiáng)化鹽。