微波消解-ICP-AES法測(cè)定大米和小麥粉中21種無(wú)機(jī)元素

彭雪梅，劉永文，富中華

（山西大同大學(xué)分析測(cè)試中心，山西大同037009）

微波消解-ICP-AES法測(cè)定大米和小麥粉中21種無(wú)機(jī)元素

彭雪梅，劉永文，富中華

（山西大同大學(xué)分析測(cè)試中心，山西大同037009）

以電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）測(cè)定山西大同大學(xué)食堂大米和小麥粉中21種無(wú)機(jī)元素的含量。該方法測(cè)定各元素的相關(guān)系數(shù)在0.995 0～0.999 9之間，儀器檢出限在0.000 4～0.103 8μg/mL之間，選取Mn，Ca，Mg，K做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，回收率在91.57％～105.60％之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差 （RSD）在0.54％～2.50％之間（測(cè)定次數(shù)n＝3），方法快速、準(zhǔn)確、可靠。檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所測(cè)大米和小麥粉中均含K，Ca，Na，Mg，F(xiàn)e，Mn，Cu，Zn，Cr，B，P，Si，Li和Se等人體必需的礦質(zhì)元素；均未檢測(cè)到Cd，Pb，Co，Ni以及有毒元素Hg和As，但均檢測(cè)到Al元素，攝入過(guò)量會(huì)影響Fe，Ca元素的吸收。

微波消解；ICP-AES；無(wú)機(jī)元素；大米；小麥粉

大學(xué)生是一個(gè)經(jīng)濟(jì)尚未獨(dú)立、學(xué)習(xí)負(fù)擔(dān)重的群體，要進(jìn)行大量腦力勞動(dòng)，能量消耗大，他們的膳食營(yíng)養(yǎng)能否滿足其健康生長(zhǎng)，直接影響著他們今后的學(xué)習(xí)、工作和生活。而大學(xué)生飲食的主要來(lái)源是學(xué)校食堂，一般主食是大米和小麥粉。為更好地關(guān)注大學(xué)生的飲食質(zhì)量，本文以山西大同大學(xué)食堂購(gòu)買(mǎi)的固定品牌的大米、小麥粉為實(shí)驗(yàn)材料，測(cè)定其中21種無(wú)機(jī)元素含量，并檢測(cè)是否含有有害元素，進(jìn)而科學(xué)直觀地指導(dǎo)大學(xué)生的膳食結(jié)構(gòu)，為大學(xué)生的健康食譜提供一個(gè)科學(xué)的參考材料。

微波消解技術(shù)利用微波和混合酸結(jié)合的微波消解法消化樣品，具有快速、污染少、消解徹底、簡(jiǎn)便高效等特點(diǎn)[1-2]，是一種較新的試樣消解技術(shù)，在微量元素的檢測(cè)中具有廣泛應(yīng)用。而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）為全譜直讀結(jié)構(gòu)，可以方便、快速地進(jìn)行定性、半定量及精確定量分析各種未知樣品中的微量元素，適用于土壤、水質(zhì)、金屬、粉末和各種液體等的分析，具有精密度高、靈敏度高、基體干擾小、線性范圍廣并可以進(jìn)行多種元素同時(shí)測(cè)定等特點(diǎn)[3]。因此，將微波消解技術(shù)與ICP-AES法相結(jié)合能更快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行樣品檢測(cè)，是測(cè)定食物中無(wú)機(jī)元素含量較理想和有效的分析方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

Prodigy電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜儀（美國(guó)利曼Leeman公司）；MAR密閉微波消解系統(tǒng)（美國(guó)CEM公司）；TTL-1A超純水器 （北京同泰聯(lián)科技發(fā)展有限公司）；FA1004電子天平（上海舜宇恒平科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)溶液

實(shí)驗(yàn)所用硝酸、雙氧水（30％）試劑均為優(yōu)級(jí)純，超純水（電導(dǎo)率18.2 MΩ·cm）。

標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：Fe，Mn，Cu，Zn，Na，K，Ca，Mg，Pb，Al，Hg，As，Cd，Cr，Li，Co，Ni，Se，Si，B和P的標(biāo)準(zhǔn)液均為1 000μg/mL（國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院提供）。

混合標(biāo)準(zhǔn)液1：將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用2％優(yōu)級(jí)純硝酸逐級(jí)稀釋，元素Fe，Mn，Cu，Zn，Na，K，Ca，Mg，Pb，Al，Hg，Cd，Cr，Li，Co，Ni按 0.00，0.05，0.20，0.50，1.00μg/mL梯度進(jìn)行配制，備用。

混合標(biāo)準(zhǔn)液2：將標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用2％優(yōu)級(jí)純硝酸逐級(jí)稀釋，元素As，Se，Si，B，P按0.00，0.05，0.20，0.50，1.00μg/mL梯度進(jìn)行配制，備用。

1.3 樣品處理

1.3.1 樣品前處理

待測(cè)大米和小麥粉均為學(xué)校食堂統(tǒng)一訂購(gòu)，品牌分別為：鶴立河大米 （黑龍江省湯原縣鶴立鎮(zhèn)）；御廚面（河北省五星面業(yè)有限公司）。兩種食物分別采用“四分法”縮分后[4]，取100 g左右烘干并研碎，過(guò)120目篩后裝在樣品袋放入干燥器中備用。

1.3.2 微波消解

因硝酸具有強(qiáng)氧化性和強(qiáng)酸性，是理想的微波消解試劑，廣泛應(yīng)用于消解生物等樣品，使其中的痕量元素成為可溶性硝酸鹽。在進(jìn)行消解時(shí)，常常采用一些輔助溶劑 （如H2O2、HCl、HF及H2SO4等）與硝酸相配合，可以明顯改善樣品的消解狀況[5-6]。本實(shí)驗(yàn)選定濃硝酸中加入少量的過(guò)氧化氫作為消解劑。

表1 微波消解儀的工作條件

1.4 ICP工作條件

ICP-AES儀器工作參數(shù)如下：功率 1.2 kW，氬氣（99.999％）壓力34 PSI、冷卻氣流量19 L/min、輔助氣流量 0.2 L/min、提升量 1.4 mL/min，觀察方向?yàn)樗健?/p>

2 結(jié)果與討論

2.1 分析線的選擇、標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立及檢出限

ICP-AES法對(duì)每個(gè)元素的測(cè)定都同時(shí)選擇多條特征譜線，而且光譜儀具有同步校正功能，因此實(shí)驗(yàn)中用待測(cè)定元素的單標(biāo)溶液分別選取2～3條分析線進(jìn)行掃描，得到相應(yīng)的掃描圖，可直觀地觀測(cè)到相應(yīng)分析線的輪廓、強(qiáng)度、光譜干擾的類型及干擾程度，綜合分析強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇譜線干擾少、精密度好的分析線。

將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液在選定的儀器操作條件下進(jìn)行測(cè)試，各元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表2。

表2 各元素分析譜線、相關(guān)系數(shù)和檢出限

用2％優(yōu)級(jí)純硝酸做空白，取11次平行測(cè)定的結(jié)果，計(jì)算其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差，所對(duì)應(yīng)的濃度值為各元素的檢出限[7]，見(jiàn)表2?？梢钥闯觯髟卦诟髯詽舛确秶鷥?nèi)線性良好，金屬元素的相關(guān)系數(shù)在0.995 0～0.999 9之間，非金屬元素的相關(guān)系數(shù)在0.995 9～0.998 6之間。各元素的檢出限介于0.000 4μg/mL～0.103 8μg/mL之間，均能滿足ICP-AES法測(cè)定要求。

2.2 樣品測(cè)定結(jié)果

用ICP-AES法根據(jù)選定的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)待測(cè)大米和小麥粉樣品進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表3。

可以看出，所測(cè)大米和小麥粉中含有 K，Ca，Na，Mg，F(xiàn)e，Mn，Cu，Zn，Cr，Li，B，P，Si和Se等礦質(zhì)元素；均不含Cd，Pb，Co，Ni以及有毒元素Hg和As；但檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，待測(cè)品牌的大米和小麥粉中均含有Al元素。

表3 大米和小麥粉中所含無(wú)機(jī)元素測(cè)定結(jié)果/（μg·g）

2.3 精密度和回收率試驗(yàn)

為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確度和可靠性，采用與測(cè)定樣品一致的方法，將大米樣品進(jìn)行Mn，Ca，Mg，K 4個(gè)元素的加標(biāo)測(cè)定。各元素加標(biāo)回收率在91.57％～105.60％之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）介于0.54％～2.50％之間，表明該方法準(zhǔn)確、可靠，見(jiàn)表4。

3 結(jié)論

本文建立了用 HNO3-H2O2作分解溶劑，密閉高壓微波消解樣品，ICP-AES法測(cè)定大米和小麥粉中 21種無(wú)機(jī)元素的分析方法。結(jié)果表明，該方法檢出限低，測(cè)試精度高，能夠快速、簡(jiǎn)便進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定，適用于食物中微量元素的測(cè)定。

通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，所測(cè)品牌的大米和小麥粉中富含K，Ca，Na，Mg，F(xiàn)e，Mn，Cu，Zn，Cr，Li，B，P，Si和Se等對(duì)人體有益的礦質(zhì)元素，均未檢測(cè)到Cd，Pb，Co，Ni以及有害無(wú)機(jī)元素 Hg和As，能滿足大學(xué)生每天的主食營(yíng)養(yǎng)需求。但檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，所測(cè)大米和小麥粉中均含有Al元素，其Al含量分別為大米中34.23μg/g，小麥粉中28.53μg/g。1989年世界衛(wèi)生組織把Al元素列為食品污染源之一，規(guī)定每人每日的攝入量必須控制在0.004 g以下，否則會(huì)影響Fe，Ca等元素的吸收。這就提示廣大師生在食用該品牌的大米時(shí)每天攝入量必須少于133 g，小麥粉攝入量小于142 g。該研究為大學(xué)生的健康食譜提供了一個(gè)科學(xué)的參考材料。

表4 加標(biāo)回收率及相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差

[1]楊麗君，劉敏，賈樹(shù)松.微波消解與ICP-AES聯(lián)用測(cè)定果汁中8種元素[J].預(yù)防科學(xué)論壇，2007，9（13）：823-825.

[2]陳國(guó)友.微波消解ICP-MS法同時(shí)測(cè)定蔬菜中14種元素[J].分析測(cè)試學(xué)報(bào)，2007，26（5）：742-745.

[3]Mei EW，Jiang ZC，Liao ZH.Determination of trace amounts of rare earth and other elements in rice samples by ICP-AESwith sampleintroductionby tungsten-coilelectrothermalvaporization[J].Fresenius＇J AnalyticalChemistry，1992，344（1-2）：54-58.

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[5]唐睿，侯翔燕，孫晨，等.微波消解-ICP-AES法測(cè)定鬼箭羽中微量元素[J].光譜學(xué)與光譜分析，2006，26（8）：1543-1546.

[6]文國(guó)英，蘇效東.建立飲用水痕量汞和砷的微波消解ICP-AES測(cè)定法[J].青海醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)，2010，31（1）：56-58.

[7]孫建剛，何松濤.微波消解ICP-AES法測(cè)定測(cè)定鐵礦P和S[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2002，19（5）：654-657.

〔責(zé)任編輯 楊德兵〕

Simultaneous Determ ination of 21 M ineral Elements in Rice and W heat Flour by ICP－AESw ith M icrowave Digestion

PENG Xue－mei，LIU Yong－wen，F(xiàn)U Zhong－h(huán)ua
（Analytical and Testing Center，Shanxi Datong University，Datong Shanxi，037009）

This paper described the simultaneous determination ofmulti－elements in rice and wheat flour from Datong University canteen by Inductively Coupled Plasma Atomic Emission Spectroscopy （ICP－AES）.The linear correlation coefficient of each linear regression equation for the corresponding elementwere good（0.995 0～0.999 9）.The detection limitwas between 0.000 4μg·mL－1 and 0.103 8μg·mL－1.The proposed method was validated by the added standard method，the recoveries of themethod were in the range of 96.6％～105.7％，and each relative standard deviation（n＝3）was between 0.54％and 2.50％.Thismethod is simple，rapid and accurate.The results showed that such trademarked rice and wheatwere rich in the essentialmineral elements（K，Ca，Na，Mg，F(xiàn)e，Mn，Cu，Zn，Cr，Li，B，P，Siand Se）and didn＇t contain the hazardous elements As and Hg，However，Al element had been detected in such rice and wheat.It was suggested that there should have certain restriction in daily intake of such trademarked rice and wheat.

ICP－AES；microwave digestion；mineral element；rice；wheat flour

O152

A

1674－0874（2012）02－0040－03

2011-02-28

山西大同大學(xué)青年科學(xué)研究項(xiàng)目［2010Q12］

彭雪梅（1982-），女，山西五臺(tái)人，碩士，助教，研究方向：原子發(fā)射光譜分析。