微波消解-石墨爐原子吸收法測定黃豆樣品中的硒

鐵　梅，李寶瑞，韓　杰，劉　陽，李華為（.遼寧大學環(huán)境學院，遼寧沈陽0036；.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽0034）

檢測分析

微波消解-石墨爐原子吸收法測定黃豆樣品中的硒

鐵梅1，李寶瑞1，韓杰1，劉陽1，李華為2
（1.遼寧大學環(huán)境學院，遼寧沈陽110036；2.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽110034）

摘要：以黃豆為研究對象，建立了微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定黃豆中總硒含量的方法，研究不同微波消解溶劑和消解條件對含硒黃豆消解效果的影響，優(yōu)化石墨爐原子吸收光譜法測定條件。測定結(jié)果顯示，最佳消解劑：HNO3-H2O2；最佳微波消解條件為第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最適基改劑為3 μL 1%硝酸鎳，石墨爐最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2 300℃。在優(yōu)化試驗條件下，該方法測定硒的線性范圍為0～250 μg/L，檢出限為1.20 μg/L，空白樣品的相對標準偏差（n=10）為3.86%，回收率為96.46%～103.7%。

關(guān)鍵詞：微波消解；石墨爐原子吸收；基體改進劑；硒；黃豆

黃豆又稱大豆，具有很高的營養(yǎng)價值，脂肪含量在豆類中居首位，富含多種維生素及礦物質(zhì)，黃豆不但可以降低人體膽固醇，減少動脈硬化的發(fā)生，預防心臟病，而且還含有一種抑胰酶，它對糖尿病有一定的療效，所以黃豆被人們美譽為“豆中之王”。硒（Se）是人和動物的必需微量營養(yǎng)元素，具有重要的生理功能，大量資料證實或提示，硒具有廣泛的生物學作用，在預防克山病、某些癌癥和延緩衰老中發(fā)揮著重要作用[1-5]。隨著人們生活水平的提高，對膳食結(jié)構(gòu)與人體健康的重視，富硒產(chǎn)品應運而生。運用生物富硒技術(shù)生產(chǎn)的富硒黃豆無疑是營養(yǎng)、安全的理想補硒食品[6-8]。

食品中硒的測定，關(guān)鍵問題莫過于前處理及測定過程中硒的易揮發(fā)損失，因此很少采用敞開體系進行消化。常見的密閉消解方法包括高溫高壓密閉消解法和微波消解法[9]，區(qū)別在于前者采用在烘箱中外加熱消解罐，使樣品消解，而后者是利用微波的穿透性和激活能力，內(nèi)加熱密閉容器中的試劑和樣品。而對于大豆中硒的測定，在前處理過程中除了考慮硒的損失外，其高蛋白、高脂肪的特性對于常規(guī)的消解方法很難消化完全。高壓密閉法耗時長，消化溫度難以準確控制，硒的高溫損失不可避免；而微波消解法簡單、快速，溫度壓力可同步控制，能實現(xiàn)通過優(yōu)化消化條件最大限度的減少硒的損失的同時有效提高消解效率[10-11]。

食品中硒的測定方法主要有熒光法、電化學法、氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法及原子吸收光譜法等[12]。氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法雖具有較高的靈敏度,但前處理需多次萃取提純，存在操作繁瑣、費時、易污染等不足。石墨爐原子吸收法具有高靈敏、操作方法簡單、快速的特點,適于痕量元素的測定，但在測定硒元素的過程中樣品灰化和原子化溫度下易造成硒的揮發(fā)損失，使得本法難以推廣[13-18]。本文以自行種植的富硒黃豆為研究對象，將微波消解技術(shù)與石墨爐原子吸收方法相結(jié)合，對黃豆中的硒進行測定，以期建立快速、準確測定黃豆中硒元素的測定方法。

1　試驗部分

1.1儀器與試劑

Spectr AA 220型原子吸收光譜儀：美國Varian公司；GTA110型石墨爐；自動進樣器；美國熱電解涂層石墨管及硒空心陰極燈；MDS-2002A型壓力自控密閉微波消解系統(tǒng)：心儀微波化學科技有限公司；XY-1型消解罐冷卻風機：上海心儀微波化學科技有限公司研制；超純水機：美國Millipore公司。

硒標準液（1 000 mg/L）：購自國家環(huán)?？偩謽藴蕵悠费芯克幌跛?、過氧化氫、硝酸鎳均為優(yōu)級純；試驗用水均為電阻率≥18.2 MΩ·cm的超純水。

1.2方法

1.2.1樣品處理

黃豆樣品采收后，先用大量自來水沖洗，再以超純水洗滌3次，瀝干，裝入塑料袋中，置于-85℃冷凍冰柜冷凍24 h后，再移至真空冷凍干燥系統(tǒng)中，在真空度3.5 Pa，溫度為-55℃條件下冷凍干燥。粉碎干燥好的樣品，裝入塑料自封袋中，置干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

稱取0.5g黃豆樣品干粉于聚四氟乙烯消化罐中，加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，放入微波消化儀，按設(shè)定程序進行消解（微波消解程序見表1），消解完成后，在可調(diào)試電熱板上加熱趕酸30 min，自然冷卻后用超純水定容至50 mL容量瓶中待測，同時做試劑空白。

1.2.2測定條件

表1　微波消解程序Table 1　Microwave digestion procedure

測定波長195.9 nm，燈電流為7.0 mA，氘燈扣背景，記錄峰面積。采用與標準溶液共進基體改進劑方式加入3 μL 1%Ni（NO3）2，進樣總量為20 μL。石墨爐升溫程序見表2。

表2　石墨爐升溫程序Table 2　Temperature rising process of graphite furnace

2　結(jié)果與討論

2.1微波消解樣品量的選擇

由于黃豆脂肪含量比較高，取樣量太多難以消化完全，太少又缺乏代表性，所以選擇樣品取樣量為0.5 g。

2.2微波消化試劑的選擇

微波消解中常以強酸為消解試劑，考慮到本方法采用石墨爐原子吸收光譜儀，選擇HNO3為消解試劑能更好地降低樣品溶液對檢測儀器產(chǎn)生的干擾，另外加入H2O2可以縮短反應時間和提高消化效果，故選用HNO3-H2O2混合體系進行消解。

微波消化過程中如果消解劑過量會導致產(chǎn)生大量氣體產(chǎn)生，會使消解罐壓力過大，可能造成泄壓，產(chǎn)生危險；如果消解劑過少，則難以保證消化效果。根據(jù)消解罐的規(guī)格和樣品量的多少，如表3所示觀察消解效果，進行HNO3和H2O2用量的選擇。微波運行條件設(shè)為：第一工步：1min、0.5MPa；第二工步：1min、1.0MPa；第三工步：1 min、1.5MPa。結(jié)果見表3。

表3　消解試劑用量的選擇Table 3　Digestion Reagent selection

結(jié)果表明，消解劑為5mLHNO3+1mLH2O2和6mL HNO3+1 mL H2O2時，黃豆樣品能夠消化完全，但為了減少后期趕酸過程中的時間消耗和元素損失，選擇5 mL HNO3+1 mL H2O2為合適消解劑。

2.3微波消解壓力與時間的選擇

微波消解樣品時壓力和消解時間是兩個重要的參數(shù)。壓力過低，樣品中的有機物難以消解完全，需較長的消解時間；壓力過高，有機物與酸反應劇烈，易引起酸的泄露，造成硒的損失。所以，選擇適當?shù)南鈼l件非常重要。消解程序中，選擇梯度升壓、增加時間的方式，可以有效地避免反應劇烈和瞬間壓力過大所帶來的樣品損失。第一工步設(shè)為0.5MPa、保持1min，是為了使樣品和消化液進行預消化。當壓力上升為1.0 MPa、保持2 min時，樣品中大部分有機物和無機物能夠較好的消化，而壓力升為1.5 MPa、保持3 min后，樣品能夠完全消化。

2.4基體改進劑的選擇

基體改進劑可以有效地提高被測物的熱穩(wěn)定性，將其保留到較高溫度，能夠采用較適宜的灰化溫度除去基體化合物，減輕基體干擾。本試驗選用硝酸鎳為基體改進劑，在150、200、250 μg/L的硒溶液中分別加入1、2、3、4、5 μL的1%Ni（NO3）2，進樣總量為20 μL，觀察不同基體改進劑添加量對吸光度的影響。結(jié)果如圖1。

圖1　1%Ni（NO3）2對吸光度的影響Fig.1　Effect of 1%Ni（NO3）2on absorbance

如圖1所知，選用3μL1%Ni（NO3）2為基改劑時，吸光度較高，故3 μL 1%Ni（NO3）2為最適基改劑加入量。2.5灰化溫度和原子化溫度的選擇

固定原子化溫度在2 200℃，在500℃～900℃范圍間確定最佳灰化溫度，結(jié)果見圖2。

確定灰化溫度為800℃后，在2 100℃～2 500℃范圍內(nèi)進行最佳原子化溫度的選擇，結(jié)果見圖3。

如圖2、圖3可知，最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2 300℃。

2.6方法的標準曲線和檢出限

圖2　灰化溫度對吸光度的影響Fig.2　Effect of ashing temperature on absorbance

圖3　原子化溫度對吸光度的影響Fig.3　Effect of atomisation temperature on absorbance

將硒標準溶液逐級稀釋成硒標準工作母液（250 μg/L），利用自動進樣器軟件稀釋系統(tǒng)將其配成50、100、150、200、250 μg/L濃度，繪制標準工作曲線。硒的吸收峰面積（A）與硒濃度（μg/L）在0～250 μg/L范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，線性方程為A=0.003 1C+0.014 6（r= 0.9942），對空白溶液進行10次平行測定，RSD=3.86%，檢出限為1.20 μg/L。

2.7黃豆樣品的測定及回收率

用本方法對施硒肥濃度為10、20、40、60 mg/kg的黃豆樣品進行測定，結(jié)果表明，待測樣品均富含硒。分別稱取相同質(zhì)量的黃豆樣品數(shù)份，加入一定量的硒標準溶液，按試驗方法處理后，每份樣測定3次，測得加標回收率為96.46%～103.7%，表明微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定黃豆中的痕量硒是可行的。結(jié)果見表4。

表4　樣品中硒含量的測定結(jié)果Table 4　Determination results of seleniumin in samples

3　結(jié)論

本文以HNO3-H2O2為消解劑，采用微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定了自行種植黃豆中硒的含量。研究了不同微波消解溶劑和消解條件對含硒黃豆消解效果的影響，考察了不同基體改進劑、灰化溫度和原子化溫度對測定結(jié)果的影響，結(jié)果表明，最佳消解劑：HNO3-H2O2；最佳微波消解條件：第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最適基改劑為3 μL 1%硝酸鎳，石墨爐最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2300℃。在優(yōu)化試驗條件下，該方法測定硒的線性范圍為0～250 μg/L，檢出限為1.20 μg/L，空白樣品的相對標準偏差（n=10）為3.86%，回收率為96.46%～103.7%。本研究建立了一種快速、穩(wěn)定測定痕量硒的方法，適用于黃豆中痕量硒的測定。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.033

收稿日期：2014-04-20

基金項目：國家自然基金項目（31371085）

作者簡介：鐵梅（1964—），女（漢），教授，博士，研究方向：土壤、農(nóng)作物、食品中微量元素的檢測方法、形態(tài)分析、遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律等。

Determination of Selenium in Soybean by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

TIE Mei1，LI Bao-rui1，HAN Jie1，LIU Yang1，LI Hua-wei2
（1.College of Environment，Liaoning University，Shenyang 110036，Liaoning，China；2.College of Environmental and Life Sciences，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，Liaoning，China）

Abstract：The selenium content in soybeans were determined by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry（GF-AAS）.The effects of digestive reagent and digestion conditions on sample preparation were discussed and the determination conditions by GF-AAS were optimized.The sample was ingested with high-pressure closed vessel using nitric acid-hydrogen peroxide as solvent.The best Microwave Digestion procedure：（1）1 min，0.5 MPa；（2）2 min，1.0 MPa；（3）3 min，1.5 MPa；3 μL 1%Ni（NO3）2were selected as chemical modifiers to increasing the thermostability of selenium，and the pyrolysis temperature and the atomization temperature were seted at 800℃and 2 300℃，respectively.under the optionmal condition，the calibration curve showed a good linear relationship between the adsorption peak area and selenium concentration in the range of 0-250 μg/L with a detection limit of 1.20 μg/L.The relative standard deviation（n= 10）of blank sample was 3.86%and recoveries varied from 96.46%to 103.7%.

Key words：microwave digestion；graphite furnace atomic absorption spectrometry；chemical modifiers；selenium；soybean