原子吸收光譜測(cè)定味精中鋅元素不同前處理方法的比較

陳文彬

上海工微所科技有限公司，上海 200233

鋅是人體必需的微量元素之一,在人體生長(zhǎng)發(fā)育、生殖遺傳、免疫、內(nèi)分泌等重要生理過(guò)程中起著極其重要的作用[1-2]。人體缺鋅會(huì)引起許多疾病, 攝入過(guò)量的鋅亦有不利的影響。攝入含有過(guò)量鋅的食物和飲料會(huì)引起鋅中毒[3]。大量的鋅還能抑制吞噬細(xì)胞的活性和殺菌力，從而降低人體的免疫功能，使抵抗力減弱，對(duì)疾病易感性增加[4]。過(guò)量補(bǔ)鋅可降低機(jī)體內(nèi)血液、腎和肝內(nèi)的鐵含量，從而使人體發(fā)生頑固性缺鐵性貧血[5]。我國(guó)味精的主要制作工藝是將谷物淀粉水解為葡萄糖配合菌種發(fā)酵大量積累谷氨酸，再通過(guò)鋅鹽法提取發(fā)酵液中的谷氨酸，最終的谷氨酸中和液會(huì)經(jīng)過(guò)硫化鈉法或樹脂法進(jìn)行除鋅處理。為了驗(yàn)證產(chǎn)品的除鋅效果，防止味精中的鋅對(duì)食用者造成危害，對(duì)成品味精進(jìn)行鋅含量的測(cè)定是非常必要的。然而，目前現(xiàn)行的味精標(biāo)準(zhǔn)GB 2720—2015中并沒(méi)有規(guī)定味精中鋅的檢測(cè)方法。國(guó)內(nèi)見(jiàn)于報(bào)道的味精中鋅的檢測(cè)方法有原子吸收光譜法、二硫腙比色法[6]等。

本實(shí)驗(yàn)根據(jù)GB/T5009.14—2017食品中鋅的測(cè)定第一法原子吸收光譜法，并對(duì)該方法的前處理進(jìn)行了改進(jìn)，使其更加適合味精樣品的測(cè)定。首先，硝酸-高氯酸的濕法消解方法雖然得到廣泛的運(yùn)用，但是高氯酸本身存在可能爆炸的潛在危險(xiǎn)，業(yè)內(nèi)也出現(xiàn)過(guò)使用高氯酸發(fā)生爆炸的事故。此外，高溫干法灰化雖然對(duì)于破壞樣品中有機(jī)質(zhì)是很好的手段，并且能降低酸污染，但灰化溫度過(guò)高易造成金屬元素的揮發(fā)或吸附于坩堝上；溫度太低又會(huì)因?yàn)榛一粡氐锥绊憸y(cè)定結(jié)果[7]。因此，本文嘗試改變常規(guī)干法消解使用的酸和加入酸的時(shí)機(jī)、以及嘗試使用不同的酸進(jìn)行濕法消解和微波消解，對(duì)樣品消解時(shí)間、消解效果和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精密度和回收率的影響進(jìn)行分析，最終得出較可靠和高效率的消化方法。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試劑

味精：1號(hào)品牌99%細(xì)晶味精，1號(hào)品牌80%粉狀味精，2號(hào)品牌99%味精。

標(biāo)準(zhǔn)溶液和試劑：水中鋅0.100 g/L標(biāo)準(zhǔn)品(上海市計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究院)，鹽酸，硝酸，高氯酸，實(shí)驗(yàn)所用試劑均為優(yōu)級(jí)純，實(shí)驗(yàn)用水為去離子水。

1.2 試驗(yàn)儀器與設(shè)備

原子吸收分光光度計(jì)(Agilent Technologies 200 Series AA)，ECH-II微機(jī)控溫加熱板(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，MDS-6微波消解儀(上海新儀微波化學(xué)科技有限公司)，立式萬(wàn)用電爐(上?；厶﹥x器制造有限公司)，SX2-410馬弗爐(上海實(shí)研電爐有限公司)。

1.3 試驗(yàn)方法

消解用酸的選擇，事先擬定三種不同的消解用酸，混合酸：硝酸+高氯酸(4+1)；硝酸 ；鹽酸。

1.3.1試樣前處理

(一) 先灰化再加酸的干法消解

準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品置于50 mL瓷坩堝中，小火炭化至無(wú)煙后移入馬弗爐中，500 ℃±25 ℃灰化約8 h后，取出坩堝，再加入5 mL硝酸或鹽酸，小火加熱，不使干涸，如此反復(fù)處理，直至殘?jiān)袩o(wú)炭粒，待坩堝稍冷，用鹽酸(1+11)溶解洗滌移入25 mL容量瓶中[8]，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗(yàn)。

(二) 先加酸再灰化的干法消解

準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品置于50 mL瓷坩堝中，加入5 mL消解用酸，放置0.5 h，小火蒸干，繼續(xù)加熱炭化，移入馬弗爐500 ℃±25 ℃灰化約1 h后，取出，加1 mL消解用酸，小火蒸干，再移入馬弗爐500 ℃±25 ℃灰化約1 h，取出，用鹽酸(1+11)溶解洗滌移入25 mL容量瓶中，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗(yàn)。

(三) 濕法消解

準(zhǔn)確稱取1 g樣品于高腳燒杯中，加入10 mL消解用酸加蓋浸泡過(guò)夜，在電熱板上加熱消解至冒白煙，消化液呈無(wú)色透明或略帶黃色，放冷，用去離子水轉(zhuǎn)移洗滌至25 mL容量瓶，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗(yàn)。

(四) 微波消解

準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品置于微波消解罐中，加入5 mL消解用酸，置于電熱板上120 ℃預(yù)消化45 min(防止在微波消解時(shí)反應(yīng)，短時(shí)間內(nèi)罐內(nèi)壓力過(guò)大，造成安全裝置自動(dòng)放氣減壓，使微量元素?fù)p失[9])，放冷，視溶液體積補(bǔ)加1 mL～2 mL消解用酸，放入微波消解儀中逐步加壓 消解(消解儀設(shè)定參數(shù)見(jiàn)表1)，消解完全后，取出，放電熱板上趕酸，放冷，用去離子水轉(zhuǎn)移洗滌至25 mL容量瓶，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗(yàn)。

表1 微波消解儀設(shè)定參數(shù)

1.3.2樣品測(cè)定

準(zhǔn)確吸取0 mL，0.50 mL,1.00 mL,2.00 mL,3.00 mL和4.00 mL鋅標(biāo)準(zhǔn)使用液(5 μg/mL)，分別置于25 mL容量瓶中，以1 mol/L鹽酸稀釋至刻度，混勻(各容量瓶中每毫升分別相當(dāng)于0 μg，0.1 μg，0.2 μg，0.4 μg，0.6 μg，0.8 μg鋅)。

將處理后的樣液、試劑空白液和各容量瓶中的鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液分別導(dǎo)入調(diào)至最佳條件的火焰原子化器(火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定工作條件見(jiàn)表2)，先測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)系列的吸光度，得到鋅元素標(biāo)準(zhǔn)系列回歸方程，再將樣品測(cè)定吸光度代入回歸方程，計(jì)算出味精樣品中鋅元素的含量。

表2 火焰原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定工作條件

2 結(jié)果與討論

對(duì)三種不同味精進(jìn)行上述方法的測(cè)定，發(fā)現(xiàn)三種味精中鋅含量均小于定量限。因此對(duì)幾種消解方法做如下實(shí)驗(yàn)：(1)對(duì)空白樣品吸光度進(jìn)行20次平行測(cè)定，計(jì)算方法檢出限。(2)在三種不同的味精樣品中分別加入0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL鋅使用液(5 μg /mL)，分別為2.5 μg、5.0 μg、10 μg鋅進(jìn)行加標(biāo)實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濃度做6個(gè)平行。(3)對(duì)三種味精加入2.5 μg鋅的樣品重復(fù)測(cè)定6次，驗(yàn)證精密度。

(一) 先灰化再加酸的干法消解

前文提到高氯酸具有加熱易爆的特性，而干法消解的加熱溫度較高，所以本文試驗(yàn)了用擬定的硝酸和鹽酸兩種酸來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，測(cè)定該方法的檢出限，精密度，和加標(biāo)回收率。結(jié)果見(jiàn)表3和表4。

表3 先灰化再加硝酸的干法消解(n=6)

表4 先灰化再加鹽酸的干法消解(n=6)

從表中數(shù)據(jù)可以看出干法消解的精密度較好，但是由于高溫加熱和灰化時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，容易導(dǎo)致鋅的損失，回收率勉強(qiáng)滿足分析要求但是不穩(wěn)定，高溫加熱味精還會(huì)生成有輕微毒性的焦谷氨酸鈉。因此，干法消解可以用硝酸和鹽酸來(lái)代替高氯酸，但過(guò)程繁瑣，消耗時(shí)間長(zhǎng)，效率低。

(二) 先加酸再灰化的干法消解

由于干法消解耗時(shí)很長(zhǎng)，所以本文試驗(yàn)了先在1號(hào)品牌99%味精中加入擬定的三種酸再灰化來(lái)加快反應(yīng)速率，并測(cè)定該方法的檢出限，精密度，和加標(biāo)回收率。干法消解完全后樣品如圖1，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表5。

圖1 從左到右依次為硝酸+高氯酸(4+1)，硝酸，鹽酸

表5 1號(hào)品牌99%味精先加酸再灰化的干法消解(n=6)

從圖1和表5數(shù)據(jù)中可以看出，以上三種酸可以將樣品消解完全，其中混合酸酸消解效果最佳，但是味精加入酸后小火加熱反應(yīng)劇烈，從結(jié)果來(lái)看混合酸和鹽酸回收率很低，說(shuō)明樣品中鋅在劇烈反應(yīng)中大量損失，硝酸回收率偏差大，說(shuō)明用硝酸消解的穩(wěn)定性不好。此外，雖然該方法在電爐炭化過(guò)程比前法節(jié)省了時(shí)間，但是三種酸的灰化過(guò)程都要進(jìn)2次馬弗爐，由于馬弗爐升溫和冷卻時(shí)間較長(zhǎng)，導(dǎo)致該方法總體消耗的時(shí)間與前法相比沒(méi)有顯著減少，實(shí)驗(yàn)效率也沒(méi)有提升。證明該方法不適用于味精的鋅的消解。

(三) 濕法消解

姚正堂等[10]的研究證實(shí)了硝酸+高氯酸(4+1)濕法消解也能運(yùn)用于味精中鋅的測(cè)定，本文嘗試用擬定的硝酸和鹽酸來(lái)代替硝酸+高氯酸的混合酸，經(jīng)試驗(yàn)取樣5 g消解完全后燒杯底部溶液濃度過(guò)高，液體粘稠，不利于轉(zhuǎn)移洗滌，加標(biāo)回收率為74.0%～84.3%。因此取樣1 g進(jìn)行試驗(yàn)，并測(cè)定該方法的檢出限，精密度，和加標(biāo)回收率，是否能達(dá)到更好的效果。結(jié)果見(jiàn)表6和表7。

表6 硝酸濕法消解(n=6)

表7 鹽酸濕法消解(n=6)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出使用硝酸和鹽酸進(jìn)行濕法消解實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯差異，兩種酸都能將味精消解完全，兩種方法的精密度和準(zhǔn)確度也都達(dá)到分析要求，說(shuō)明在不使用高氯酸的情況下，硝酸和鹽酸本身也能勝任味精的消解，且整個(gè)實(shí)驗(yàn)耗時(shí)較少，效率較高，安全可靠。

(四) 微波消解

微渡消解技術(shù)是一種嶄新的、高效的樣品消解方法[11]。本文分別用擬定的混合酸，硝酸和鹽酸來(lái)進(jìn)行消解，并測(cè)定該方法的檢出限，精密度，和加標(biāo)回收率，比較三種酸對(duì)結(jié)果的影響。測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表8、表9和表10。

表8 混合酸微波消解(n=6)

表9 硝酸微波消解(n=6)

表10 鹽酸微波消解(n=6)

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中可以看出三種酸均能將味精消解完全，三種酸的實(shí)驗(yàn)結(jié)果無(wú)明顯差別，同時(shí)也擁有較好的精密度和加標(biāo)回收率，其中唯一缺點(diǎn)是混合酸的樣品在經(jīng)過(guò)微波后罐體溫度極高，放氣也很猛烈，具有一定危險(xiǎn)性。其余兩種酸的消解都比較穩(wěn)定。試劑用量少，減少酸的污染，操作簡(jiǎn)單。

綜上所述，從圖2中7種消解方法的比較可以看出干法消解回收率不穩(wěn)定，且過(guò)程繁瑣，消耗時(shí)間長(zhǎng)，效率低，不能滿足味精中鋅的測(cè)定要求。對(duì)姚正堂等[10]濕法消解進(jìn)行了改進(jìn)，分別使用了硝酸和鹽酸來(lái)代替混合酸，其中使用硝酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在1.3%～3.1%，回收率在94.8%～110.1%，鹽酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.9%～3.8%，回收率在98.2%～106.7%結(jié)果準(zhǔn)確可靠。嘗試了使用三種不同的酸進(jìn)行微波消解，其中混合酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.44%～0.67%，回收率在91.4%～106.2%，硝酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差0.6%～2.6%，回收率在96.8%～111.7%，鹽酸相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.3%～3.3%，回收率在90.9%～101.2%。說(shuō)明微波消解效果很好，唯一缺點(diǎn)是混合酸微波消解有一定危險(xiǎn)性。

圖2 7種消解方法加標(biāo)回收率

3 結(jié)論

本文對(duì)味精中鋅的測(cè)定方法進(jìn)行了改進(jìn)，使用純硝酸和純鹽酸來(lái)代替混合酸進(jìn)行干法和濕法消解，并且使用三種酸進(jìn)行了微波消解。標(biāo)準(zhǔn)曲線在0.1 μg/mL～0.8 μg/mL濃度范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)大于0.999，三種味精的鋅用幾種方法測(cè)定都小于定量限，三種方法中干法消解回收率不穩(wěn)定，濕法和微波消解結(jié)果精密度和準(zhǔn)確度則較好，同種方法測(cè)定不同的99%味精和80%味精回收率無(wú)明顯差異，說(shuō)明本文嘗試的濕法和微波消解適用于不同味精中鋅的測(cè)定。在三種酸的比較中，使用鹽酸進(jìn)行濕法和微波消解效果最佳，使用鹽酸進(jìn)行濕法消解的加標(biāo)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在0.9%～3.8%，回收率在98.2%～106.7%。使用鹽酸進(jìn)行微波消解的加標(biāo)相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差1.3%～3.3%，回收率在90.9%～101.2%。使用微波消解在少量樣品時(shí)效率高，濕法消解則適用于大批量的樣品。