濕法消解—原子吸收光譜法測定動(dòng)物飼料中微量元素

■楊 坤 胡紅蓮 李大彪 高 民*

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，內(nèi)蒙古呼和浩特 010018；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院，動(dòng)物營養(yǎng)與飼料研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010031）

飼料是發(fā)展畜牧業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)，飼料行業(yè)在畜牧 業(yè)發(fā)展中占有不可忽視的重要地位。近年來，隨著我國畜牧業(yè)的迅速發(fā)展，對(duì)飼料的需求量也日益增加。根據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部最新統(tǒng)計(jì)，僅2022年第一季度，全國工業(yè)飼料總產(chǎn)量就為6 720 萬噸，同比增長3.1%[1]。在養(yǎng)殖過程中，若動(dòng)物攝取的飼料營養(yǎng)元素含量過多或不足時(shí)，會(huì)嚴(yán)重影響其生長和品質(zhì)，進(jìn)而影響人體健康[2]。因此準(zhǔn)確測定飼料中的營養(yǎng)元素含量尤為重要，然而測定動(dòng)物飼料中營養(yǎng)元素前需對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理，目前多采用干灰化法、濕法消解、微波消解法[3]。預(yù)處理后再通過原子吸收法、氰化物-原子熒光光譜法,分光光度法或電感耦合等離子質(zhì)譜法測定其中的微量元素[4]。大量研究表明]，應(yīng)用最廣的測定方法是原子吸收法[5]。

對(duì)動(dòng)物飼料進(jìn)行預(yù)處理是分析制備的關(guān)鍵步驟[6]，其中濕法消解是一種應(yīng)用有效、經(jīng)濟(jì)的樣品預(yù)處理方法，相較于微波消解和干灰法消解，儀器設(shè)備要求最低，操作較簡單[7-9]且飼料樣品中的有機(jī)物不易被破壞[10]。而用干灰化法進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，樣品消耗時(shí)間較長[11]，且溫度高，容易導(dǎo)致元素?fù)p失，進(jìn)而使測定結(jié)果偏低[12]。試驗(yàn)采用濕法消解，在稱有樣品的三角瓶中加入硝酸∶高氯酸體積比為4∶1 的混合酸，并置于電熱板上加熱消解，使其有機(jī)物徹底氧化分解[13]，從而簡便、快速、準(zhǔn)確地測定了飼料中鉀、鈉、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅8種元素的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

原子吸收分光光度計(jì)（AA-6300C，日本島津）；超純水裝置（ELGAE，上海泉佰儀器有限公司）；萬分之一電子天平（BSA 224S-CW，上海力辰儀器科技有限公司）；控溫電熱板（IKA C-MAG，金壇區(qū)華誠敏科實(shí)驗(yàn)儀器廠）；程控箱式電爐（上海精宏實(shí)驗(yàn)設(shè)備有限公司）。

1.2 試劑及耗材

動(dòng)物飼料；國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)玉米[GBW10012（GSB-3）]；硝酸，高氯酸和鹽酸（均為優(yōu)級(jí)純）；去離子水（18.2 MΩ/cm）；混合酸（硝酸∶高氯酸=4∶1）；鑭溶液（質(zhì)量濃度為50 g/L）；氯化銫溶液（質(zhì)量濃度100 g/L）；鉀、鈉、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（質(zhì)量濃度均為1 000 mg/L），均來自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制和儀器條件的設(shè)置

根據(jù)動(dòng)物飼料和玉米中各元素含量范圍以及儀器的響應(yīng)范圍，按照表1配制出系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按照表2 設(shè)定儀器的主機(jī)分析條件，進(jìn)而調(diào)整儀器至最佳工作狀態(tài)。

表1 各元素系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度（mg/L）

表2 原子吸收分光光度計(jì)各元素主機(jī)分析條件

1.4 方法

1.4.1 試樣處理

分別稱取玉米和飼料約0.7～2.0 g，采用濕法消解和干灰化法進(jìn)行預(yù)處理[14]，對(duì)每種樣品進(jìn)行三次平行試驗(yàn)。濕法消解：將稱取后的樣品加至三角瓶中，同時(shí)加入混合酸20 mL，然后置于電熱板上加熱，直到剩余少量液體且冒出白煙后停止加熱[15]。消解液剩余2～3 mL 時(shí)，將消解完全的消解液用去離子水定容至100 mL，同時(shí)做空白試驗(yàn)[16]。干灰化法：將樣品置于坩堝并放在電熱板炭化至無煙后[17]，轉(zhuǎn)移到550 ℃下預(yù)熱15 min的馬弗爐中進(jìn)行灰化[18]，待灰化完全后取出，加入10 mL 鹽酸（6 mol/L），然后用去離子水定容至100 mL，同時(shí)做空白試驗(yàn)。定容后的溶液可直接上機(jī)測定銅、鐵、錳和鋅[19]。

根據(jù)動(dòng)物飼料和玉米中各元素含量范圍及標(biāo)準(zhǔn)曲線范圍，將試樣定容后的溶液適當(dāng)稀釋（本試驗(yàn)稀釋25 倍或50 倍），同時(shí)加入相應(yīng)體積鑭溶液、氯化銫溶液及鹽酸，定容搖勻。定容后稀釋液用于鉀、鈉、鈣、鎂含量的測定。

1.4.2 測定

分別將各元素混合標(biāo)準(zhǔn)工作液、試劑空白溶液、試樣測試液導(dǎo)入火焰原子化器進(jìn)行測定，用標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各元素濃度與其對(duì)應(yīng)吸光度繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線[20]，試樣中各元素吸光度與標(biāo)準(zhǔn)曲線比較求出其質(zhì)量濃度。

2 結(jié)果與討論

2.1 方法的精密度

精密度是考察測量結(jié)果重復(fù)性或重現(xiàn)性的重要指標(biāo)，是保證準(zhǔn)確度的先決條件[21]。對(duì)干灰化法和濕法消解處理的試樣溶液進(jìn)行各元素測定，對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。常規(guī)干灰化法測定飼料中K、Ca、Na、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn 8種元素含量，結(jié)果見表3。從表3可以看出，使用干灰化法對(duì)飼料進(jìn)行預(yù)處理，其變異系數(shù)在0.292%～6.400%之間，精密度較好。

表3 干灰化法和濕法消解的測定結(jié)果

從表3可以看出，使用濕法消解對(duì)飼料進(jìn)行預(yù)處理，其變異系數(shù)在0.309%～5.020%之間，精密度較好。

根據(jù)表3數(shù)據(jù)分析，此次試驗(yàn)兩種試驗(yàn)方法測得的平均結(jié)果以及變異系數(shù)的數(shù)值范圍相差0.017%～1.380%，說明兩種方法對(duì)飼料中8種元素的檢測結(jié)果無明顯差異，兩種方法均可用于飼料中8種元素的檢測。而濕法消化的變異系數(shù)（0.309%～5.020%）相比較干灰化法（0.292%～6.400%）的變異系數(shù)的值更小，說明濕法消解的精密度更高，更適用于對(duì)飼料中上述8種元素的測定。

2.2 方法的檢出限

配制K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn 的系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在儀器最佳工作狀態(tài)下對(duì)每種元素的空白溶液連續(xù)測量11 次，分別對(duì)各元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定。擬合曲線，獲得線性回歸方程，得曲線斜率，按照檢出限計(jì)算方法[22]及溶液稀釋倍數(shù)計(jì)算出各元素檢出限[23]，結(jié)果如表4所示。由表4可以看出，兩種方法的檢出限均滿足測定的要求。

表4 各元素測定的檢出限

2.3 方法的回收率

回收率是判定分析結(jié)果準(zhǔn)確性的量化指標(biāo)[24]，對(duì)濕法消解試樣進(jìn)行了3個(gè)添加水平的回收試驗(yàn)，回收率結(jié)果如表5所示。

表5 方法的回收率試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)表5 顯示，K、Na、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn 的加標(biāo)回收率為85.00%～110.00%，由于樣品中K、Ca、Na、Mg含量較高，故處理樣品測定時(shí)，試樣溶液需要做5 倍或25 倍稀釋，從而進(jìn)行較高含量添加水平的回收試驗(yàn)。由表5可以看出，本方法的回收率能夠滿足測定要求[25]，進(jìn)一步說明濕法消解可以用于動(dòng)物飼料中8種元素含量的測定。

2.4 方法的準(zhǔn)確性

分別用干灰化法和濕法消解對(duì)玉米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行各元素含量測定，然后對(duì)測定結(jié)果進(jìn)行分析。計(jì)算濕法和干法兩種前處理所測得的各元素平均值[26]，結(jié)果如表6所示。

由表6可看出，兩種方法對(duì)K、Mg、Cu、Fe、Mn、Zn的測定平均值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)示值范圍之內(nèi)，濕法消解與國家標(biāo)準(zhǔn)方法比較無顯著差異，且濕法消解相比于干灰化法效果較好，說明此測定方法準(zhǔn)確可靠，適合于以上各元素的快速測定。

3 討論

試驗(yàn)通過濕法消解和干灰化法兩種方法對(duì)動(dòng)物飼料樣品進(jìn)行預(yù)處理，整個(gè)過程中要保證樣品不被污染，例如器皿要用強(qiáng)酸浸泡，使用前需用超純水清洗。從數(shù)據(jù)上可知，不同方法對(duì)測定的結(jié)果有一定影響。比較發(fā)現(xiàn)兩種方法的精密度均較好，而變異系數(shù)差異可見濕法消解的精密度更高。兩種方法的檢出限、回收率均滿足測定要求，準(zhǔn)確性比較表明濕法消解更加可靠。由于干灰化消解需在馬弗爐中長時(shí)間高溫加熱[27]，因此易造成部分樣品揮發(fā)損失，同時(shí)坩堝對(duì)樣品的元素也有一定吸附作用，導(dǎo)致測定結(jié)果相比濕法消解偏低。而濕法消解所需溫度在180 ℃以下，且玻璃器皿表面幾乎不會(huì)對(duì)樣品吸附，所以測定結(jié)果相對(duì)更加準(zhǔn)確，但操作中要謹(jǐn)慎規(guī)范，尤其避免環(huán)境污染。相比較而言，微波消解法還需要特殊材質(zhì)的消解罐等，對(duì)試驗(yàn)設(shè)備要求更高。綜合考慮成本、試驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確定和穩(wěn)定性以及操作難易程度，濕法消解預(yù)處理測定動(dòng)物飼料中的營養(yǎng)元素更具優(yōu)勢。

4 結(jié)論

濕法消解對(duì)樣品進(jìn)行預(yù)處理后，再用火焰原子吸收光譜儀測定動(dòng)物飼料中鉀、鈉、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅8 種元素的含量，試驗(yàn)結(jié)果均符合測定要求。同時(shí)，利用濕法消解-火焰原子吸收光譜法測定國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)玉米[GBW10012（GSB-3）]中各元素含量，其測定結(jié)果也均在標(biāo)示值范圍。因此，文章進(jìn)一步為濕法消解測定飼料中各元素的可行性研究提供了理論依據(jù)。結(jié)果表明，采用濕法消解進(jìn)行預(yù)處理測定飼料中鉀、鈉、鈣、鎂、銅、鐵、錳、鋅8 種元素的含量操作簡便、結(jié)果準(zhǔn)確、耗時(shí)短，是飼料中各種元素快速測定的理想方法。