微波消解-連續(xù)光源火焰原子吸收光譜法測定中華絨螯蟹腹部和腿部肌肉中8種金屬元素

張政權(quán)，黃冬梅，楊光昕，韓 峰，田良良，伍 姿

(1.上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海 201306；2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 東海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)部遠(yuǎn)洋與極地漁業(yè)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200090)

中華絨螯蟹俗稱河蟹、大閘蟹，主要分布在亞洲北部和我國的東部沿海省份[1]，中華絨螯蟹肉質(zhì)鮮嫩，營養(yǎng)豐富，深受國內(nèi)消費(fèi)者的喜愛[2]。隨著中華絨螯蟹需求量的迅速增加，我國的東南沿海省份開始大規(guī)模人工養(yǎng)殖，2017年我國的中華絨螯蟹產(chǎn)量達(dá)到了812 103 t[3]，基本上能夠滿足廣大消費(fèi)者的需求，但優(yōu)質(zhì)蟹的數(shù)量還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足。

目前針對(duì)中華絨螯蟹的研究主要集中在其脂肪酸及其風(fēng)味物質(zhì)組成方面[3-5]，對(duì)其礦物元素方面的研究較少，中華絨螯蟹的風(fēng)味主要由其體內(nèi)的醇類、酮類、呋喃類、含氮類和芳香類物質(zhì)決定[6]，而礦物元素則直接參與中華絨螯蟹體內(nèi)復(fù)雜的生化反應(yīng)，對(duì)中華絨螯蟹的肉質(zhì)起到重要的調(diào)節(jié)作用。中華絨螯蟹體內(nèi)的元素種類較多，根據(jù)占其體重的比率不同可分為常量元素和微量元素。蟹肉四大常量元素為鉀、鈣、鈉、鎂，其中含量最多的元素是鉀和鈉，兩者在蟹肉干重中質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12 580，7 845 mg·kg－1，鉀和鈉是維持生物體細(xì)胞內(nèi)外滲透壓平衡的主要元素，在肌肉組織中廣泛存在[7]，在肌肉組織中含量最高；鈣是構(gòu)成生物體骨骼和外殼的主要元素，在肌肉組織中含量相對(duì)較少；鎂在肌肉組織中的含量僅次于鉀、鈉、鈣，是生物體內(nèi)第四大金屬元素，在細(xì)胞內(nèi)主要參與鉀和鈉離子的轉(zhuǎn)運(yùn)，另外還對(duì)細(xì)胞的增殖和分化有重要的調(diào)控作用。鐵、錳、鋅、銅是生物體內(nèi)的微量元素，在蟹肉組織中含量較少，但卻是生物體維持正常的生命活動(dòng)必不可少的元素[8]，生物體內(nèi)微量元素的含量一定程度上反應(yīng)了生物體的營養(yǎng)健康狀況。生物體內(nèi)這些元素的含量分析可以為其正常的生長發(fā)育提供良好的科學(xué)指南。

本工作通過微波消解-連續(xù)光源火焰原子吸收光譜法測定了中華絨螯蟹的腹部和腿部肌肉中鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵等8種金屬元素的含量，以期能為中華絨螯蟹養(yǎng)殖條件的優(yōu)化和品質(zhì)的鑒定提供技術(shù)參考。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

Contr AA-700型原子吸收光譜儀；Milli-Q ELEMENT 型超純水機(jī)；FreeZone 型真空冷凍干燥機(jī)；JA5000C型精密電子天平；ETHOS 1型微波消解儀；HP-H35SC型電加熱板。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液:100 mg·L－1，介質(zhì)為1%(體積分?jǐn)?shù)，下同)硝酸溶液。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:取適量的8種金屬元素單標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液，用1%硝酸溶液配制成0.1，0.2，0.4，0.8，1.0 mg·L－1的鉀標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mg·L－1的鈣標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、0.03，0.06，0.1，0.2，0.3 mg·L－1的鈉標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、0.05，0.1，0.2，0.4，0.5 mg·L－1的鎂標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、0.3，0.6，1.0，2.0，3.0 mg·L－1的錳標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、0.2，0.4，0.8，1.0，1.5 mg·L－1的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、0.5，1.0，2.0，3.0，4.0 mg·L－1的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液系列、1.0，2.0，4.0，6.0，8.0 mg·L－1的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素單標(biāo)準(zhǔn)溶液:1.0 g·L－1。

硝酸、過氧化氫為分析純；試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

原子吸收光譜儀工作條件見表1。微波消解條件見表2。

表1 儀器工作條件Tab.1 Instrumental working conditions

表2 微波消解條件Tab.2 Microwave digestion conditions

1.3 試驗(yàn)方法

2018年11月份于興化養(yǎng)殖塘采集中華絨螯蟹12只，質(zhì)量為72～149 g，取其腹部及腿部肌肉，用超純水沖洗后放入－50 ℃冰箱冷凍12 h，隨后放入真空冷凍干燥機(jī)中干燥24 h，干燥后的樣品研磨均勻放入干燥器中保存。稱取0.5 g干燥后的樣品于消解罐中，加入5 mL硝酸和1 mL過氧化氫后進(jìn)行酸解并放置過夜，酸解后，將樣品放入微波消解儀中，按表2的消解條件進(jìn)行消解，消解結(jié)束后將消解罐放在加熱板上趕酸，待消解罐中的液體至澄清透明后取出冷卻至室溫，加入適量水稀釋，用水定容至25 mL(測定鈣時(shí)，用5 g·L－1硝酸鑭溶液稀釋定容)，在儀器工作條件下測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解方法的選擇

目前關(guān)于食品消解方法的研究很多[9-14]，主要分為干法灰化和濕法消解等2種方式。干法灰化法雖然避免了試劑的使用，但灰化過程中溫度較高，有可能造成待測元素的損失，且消解所用坩堝可能造成待測元素的吸附；另外鉀、鈣、鈉、鎂等4種常量元素在實(shí)驗(yàn)室中無處不在，長時(shí)間暴露在開放環(huán)境中極可能造成樣品污染，從而對(duì)這4種元素的測定結(jié)果產(chǎn)生影響。綜合考慮，試驗(yàn)選擇酸消解加以微波密閉輔助加熱的方法對(duì)樣品進(jìn)行前處理。

消解酸體系主要有高氯酸-硝酸體系、硝酸體系等，硝酸是唯一一種可以單獨(dú)使用的消解用氧化性酸[15]，硝酸體系在消解含脂肪較少的生物樣品時(shí)相對(duì)比較溫和、緩慢、安全。試驗(yàn)所用樣品為脂肪含量較少的蟹肉干粉，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，用5 mL 硝酸-1 mL 過氧化氫體系酸解樣品并放置過夜，即可達(dá)到將樣品完全酸解的目的，酸解后的樣品幾乎完全溶于酸解體系中，其中過氧化氫在酸解過程中起催化作用。消解完成后，金屬元素均以易溶于水的硝酸鹽形式存在于溶液中，由于消解過程在密閉容器中進(jìn)行，樣品與外界隔絕從而避免了樣品被污染，且微波消解只需要提前設(shè)置好消解條件即可自行完成消解過程，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)消解過程的自動(dòng)化[16]。

2.2 儀器工作條件的優(yōu)化

在選擇待測元素吸收波長時(shí)，應(yīng)盡量選擇靈敏度最高的譜線，且保證各元素特征譜線之間沒有干擾?？赏ㄟ^調(diào)節(jié)燃燒頭的高度來調(diào)節(jié)光束通過火焰時(shí)的溫度，對(duì)于易電離的元素，光束通過火焰溫度較低的位置能一定程度上減弱電離效果；而對(duì)于難電離的元素，光束通過火焰溫度最高的位置能增強(qiáng)電離效果。

增加光譜帶寬可以一定程度上增強(qiáng)儀器的穩(wěn)定性、提高測定結(jié)果的精密度，但如果待測元素譜線附近有其他譜線存在時(shí)，則會(huì)產(chǎn)生光譜干擾，使測定結(jié)果的靈敏度降低，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性變差，所以，在保證測試靈敏度的前提下，應(yīng)選擇較寬的光譜通帶，儀器工作條件見1.2節(jié)。

2.3 儀器干擾的排除

在測定鈣元素時(shí)，樣品溶液中PO43－會(huì)與其形成難原子化的化合物，從而影響鈣元素的測定，而鑭鹽可起到釋放劑的作用[17]，消除PO43－的干擾。試驗(yàn)考察了不加硝酸鑭和添加3個(gè)濃度水平的硝酸鑭溶液時(shí)對(duì)樣品溶液中鈣元素吸光度的影響，結(jié)果見圖1。

圖1 鈣元素吸光度隨硝酸鑭溶液質(zhì)量濃度的變化Fig.1 Changes of calcium absorbance with mass concentrations of lanthanum nitrate solution

由圖1可以看出:當(dāng)硝酸鑭溶液的質(zhì)量濃度為5 g·L－1時(shí)，鈣元素的吸光度最高；增加或降低硝酸鑭溶液的質(zhì)量濃度，吸光度均呈下降趨勢，這與文獻(xiàn)[18]結(jié)果一致。試驗(yàn)選擇5 g·L－1的硝酸鑭溶液稀釋樣品溶液。

在測定鉀、鈉時(shí)容易發(fā)生電離效應(yīng)，一般選擇在樣品溶液中加入銫鹽抑制其電離。試驗(yàn)考察了5 g·L－1氯化銫和不加氯化銫對(duì)樣品溶液中鉀、鈉吸光度的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，兩種情況下鉀、鈉吸光度幾乎沒有差異，推斷原因主要有2種:①銫是通過自身的電離抑制鉀、鈉的電離，而試驗(yàn)樣品中元素種類復(fù)雜，在一定程度上能抑制鉀、鈉的電離；②試驗(yàn)樣品中的鉀、鈉元素含量很高，發(fā)生電離的元素只占其中很少一部分，對(duì)測定結(jié)果的影響可以忽略不計(jì)。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線

由于試驗(yàn)測定的8種金屬元素在樣品中的含量差別較大，要使原子吸收光譜儀能夠同時(shí)測定這8種元素，除了需要對(duì)樣品定容體積進(jìn)行調(diào)整，還需要對(duì)各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍進(jìn)行優(yōu)化，使樣品和標(biāo)準(zhǔn)曲線的吸光度都位于原子吸收光譜儀的線性范圍內(nèi)，各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍、線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)見表3。

表3 線性參數(shù)Tab.3 Linearity parameters

2.5 檢出限

按照試劑空白吸光度的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差比標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率計(jì)算檢出限，鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、鐵、銅的檢出限(3s/k)分別為118，18.5，101.4，89.0，0.06，0.68，0.44，0.096 mg·kg－1，均低于國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13885－2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測定 原子吸收光譜法》的規(guī)定。

2.6 精密度和回收試驗(yàn)

在向空白樣品中添加已知含量的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，每種元素設(shè)置3個(gè)加標(biāo)平行樣，每個(gè)加標(biāo)平行樣重復(fù)測試3次，計(jì)算回收率和測定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)，結(jié)果見表4。

表4 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n＝9)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝9)

由表4 可知:8 種金屬元素的回收率為96.0%～107%，滿足實(shí)驗(yàn)室檢測要求。RSD 為1.1%～5.4%，說明該方法的精密度較高，測量結(jié)果穩(wěn)定，單次測定結(jié)果真實(shí)可靠。

2.7 樣品分析

按照試驗(yàn)方法對(duì)樣品進(jìn)行測定，鉀、鈣、鈉、鎂、鋅、錳、銅、鐵的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為12 580，2 196，7 845，1 536，190，10.42，87.0，31.25 mg·kg－1。

本工作采用微波消解-連續(xù)光源火焰原子吸收光譜法測定了中華絨螯蟹腹部和腿部肌肉中的鉀、鈣、鈉、鎂、鋅、錳、銅、鐵等8種金屬元素含量，該方法的準(zhǔn)確度高，回收率好，且該方法的前處理過程簡單，原子吸收光譜采用的連續(xù)光源可同時(shí)測定多種元素；相較于傳統(tǒng)的單元素?zé)羰∪チ藫Q燈步驟，節(jié)省了測定時(shí)間，并且比傳統(tǒng)的原子吸收光譜儀的靈敏度高，檢出限低；比電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測量成本更低，是一種非常經(jīng)濟(jì)高效且可以多元素同時(shí)測定的方法。