電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定功能農業(yè)農產品中鉀、鈣、鐵、鎂、鋅的研究

崔海峰，朱傳翔，杜金鳳，程 琳，宋鑒達

(延邊朝鮮族自治州產品質量檢驗所·吉林 延吉·133000)

引言

功能農業(yè)的概念首先是由趙其國在2009年提出的[1]。他認為[2]，農業(yè)分為4個階段，分別為農業(yè)1.0階段、2.0階段、3.0階段和4.0階段。1.0階段的農業(yè)為最基本的農業(yè)，僅需吃飽即可，滿足人民對熱量的攝入；2.0階段的農業(yè)狀態(tài)滿足人民吃的好，改善營養(yǎng)結構，提高蛋白質、碳水化合物和脂肪等營養(yǎng)物質的攝入；3.0階段要吃的安全，減少農藥、化肥的投入，降低污染物和抗生素的殘留，如綠色農業(yè)；4.0階段為高級階段，吃的健康，調整并改善微量元素的合理攝入，而功能農業(yè)即為農業(yè)4.0階段。吃的健康已經成為我國乃至世界農業(yè)產業(yè)發(fā)展的必然趨勢。

目前我國普遍存在鐵、鋅、鉀、鈣、鎂的缺乏[3]，大大阻礙了人口健康素質的提升，導致我國每年損失3%～5%的國內生產總值[4-5]，因此發(fā)展功能農業(yè)，從農業(yè)產品中補充微量元素的攝入是當前農業(yè)產業(yè)發(fā)展的重要內容，相應的建立一種檢測功能農業(yè)產品的方法顯得尤為重要[6-7]。

電感藕合等離子體-原子發(fā)射光譜法（ICP-OES）的特點和優(yōu)點就是檢測速度快[8]、靈敏度高[9]、線性范圍寬[10]、多元素同時測定等[11-13]，恰好滿足功能農業(yè)產品在質量控制方面的無機元素分析[14]。本研究致力于建立一種高效、準確、穩(wěn)定的功能農業(yè)產品的部分無機元素（鉀、鈣、鐵、鎂、鋅）分析法。

1 材料與方法

1.1 試劑及樣品

硝酸、鹽酸（優(yōu)級純，北京化工廠）；高氯酸（優(yōu)級純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；30%過氧化氫（優(yōu)級純，天津市科密歐化學試劑有限公司）；多元素標準溶液（100μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；鉀、鈣標準溶液（1000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）。

樣品為吉林大學功能農業(yè)試驗基地提供的大米、小米、藜麥、稻谷、黑米、玉米渣、黃豆、黑豆、綠豆、紅豆、花生、高粱米等60批次試驗樣品。

1.2 儀器

7300DV型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICPOES）（美國鉑金埃爾默PE公司）；萬分之一電子天平（梅特勒-托利多儀器有限公司）；超純水系統（北京祥順公司）；電加熱板（北京萊伯泰科儀器有限公司）和微波制樣（消解）系統（美國CEM公司）。

1.3 儀器工作條件

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀主要工作參數詳見表1。微波消解儀工作條件詳見表2。

表1 電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀主要工作參數Table 1 The main instrument parameters of inductively coupled plasma-optical emission spectrograph

表2 微波消解儀工作條件Table 2 Working conditions of microwave digester

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品前處理

樣品打粉后放入電熱恒溫鼓風干燥箱內，設置40℃放置24h后，準確稱取麥類、米類、花生以及稻谷0.500g于微波消解罐中，加入8ml濃硝酸和2ml高氯酸，過夜后進入微波消解系統進行消解；取0.500g豆類樣品于50ml燒杯中，加入12ml濃硝酸、3ml高氯酸和2ml30%過氧化氫進行濕法消解。這兩種不同的消解過程均需過夜后再加熱充分消解至1ml以內。完畢后用超純水定容至100ml容量瓶中，上機待測。

1.4.2 元素檢測波長

實驗中各元素的檢測波長見表3。

表3 各元素檢測波長Table 3 Detection wavelength of each element

2 結果

2.1 校準曲線與線性范圍

將鉀、鈣以及多元素標準溶液依次稀釋為0.100、0.200、1.000、2.000、10.00mg/L。

實驗結果表明，在上述儀器條件下，鉀、鈣、鐵、鎂、鋅校準曲線在0.100mg/L至10.00mg/L濃度范圍內呈現良好的線性，標準曲線和相關系數r見表4。

表4 標準曲線和相關系數Table 4 Standard curve and correlation coefficient

2.2 精密度、回收率與檢出限

為評價方法的可靠性，在質控樣品大米（標準物質GBW10010a）中進行了加標回收實驗，并計算相對標準偏差。經計算發(fā)現各元素的平均回收率在97.5%～101.4%之間，相對標準偏差RSD在2.5%左右，檢出限在0.017～0.305mg/L之間。結果見表5。

表5 方法精密度、回收率和檢出限Table 5 The precision,recovery and detection limit of the method

2.3 樣品測定結果

按照本實驗方法對6類共64批次功能農業(yè)樣品進行測試分析，結果見表6。

表6 樣品測試結果Table 6 Sample test results *注：單位為mg/kg

3 討論

3.1 樣品前處理

本實驗選擇用了傳統濕法消解和微波消解，本人在多年的工作中較為習慣使用濕法消解，濕法消解的優(yōu)點是高效便捷[15]，缺點是需要投入一定的人力，再就是消解過程中易造成損失，影響測試結果[16]；而微波消解安全性和穩(wěn)定性較高，缺點是消化時間較長[17]，且需要二次趕酸。兩者各有千秋，本實驗在工作當中也將質控樣本分別采用不同的消解法進行比較，數據重合程度較高[18]，因此，兩種前處理方法均適用于功能農業(yè)試驗樣本。

3.2 實驗條件的設定

本實驗在ICP工作時采用的功率、輔助氣流量和霧化氣流速這三大基本條件，并沒有按照國標的方法進行設定，原因是我們功率過大則易將矩管燒壞；輔助氣流速大小其實關系不算太大，只是考慮到人參樣品中含有機成分，燃燒后會破壞熱平衡；霧化器流速過低，不靈敏信號弱，流速過快一定程度后信背比會下降，綜合考慮，三大條件選擇1300W、0.2 L/min和0.8 L/min。

3.3 實驗結果分析

從實驗結果看出，豆類中的鉀、鈣含量較高；麥類和豆類的鎂、鐵、鋅含量較高。其中337黃豆樣本和7-4黃豆樣本中所檢測的5種元素含量都均衡高出其他樣本。

表7 樣品測試分析圖Table 7 Sample test analysis diagram

4 小結

發(fā)展功能農業(yè)將是未來農業(yè)領域的重要方向，其生產出來的功能農業(yè)產品也必將覆蓋高端農產品市場，檢測功能農業(yè)產品中無機元素的含量也會是產品質量檢驗行業(yè)的工作重點。相信本研究建立的檢測方法能夠對未來功能農業(yè)產品在普及市場之時做出良好的質量評價，希望也能為致力于無機元素分析的同行們提供一項參考。