微波消解ICP-AES測(cè)定7種凍干水果中13種微量元素

馮穎俊 楊理

摘要 [目的]建立微波消解結(jié)合電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）同時(shí)測(cè)定凍干水果中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13種微量元素含量的分析方法。[方法]利用微波消解法處理樣品，樣品中的微量元素在消解過(guò)程中穩(wěn)定存在，通過(guò)ICP-AES同時(shí)測(cè)定樣品中13種微量元素含量。[結(jié)果]各待測(cè)微量標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的線性關(guān)系，決定系數(shù)（R2）在0.998 482～0.999 954，檢出限為0.000 6～0.364 1 μg/mL，添加回收率在96.85%～101.28%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在0.2%～49%。[結(jié)論]該方法適用于凍干水果中微量元素的測(cè)定，可依據(jù)微量元素含量判斷其礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)樣品進(jìn)行微量元素風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

關(guān)鍵詞 微波消解;電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜;凍干水果;微量元素;含量測(cè)定

中圖分類號(hào) TS255.7? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2022）07-0181-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.042

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Determination of 13 Trace Elements in 7 Kinds of Freeze-dried Fruits by Microwave Digestion with ICP-AES

FENG Ying-jun1， YANG Li2

（1.Henan Geology Mineral College， Zhengzhou，Henan 450007; 2. Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang，Henan 453003）

Abstract [Objective] To establish a method for simultaneous determination of As， Ca， Cd， Cr， Cu， Fe， K， Mg， Mn， Na， Ni， Pb and Zn in freeze-dried fruits by microwave digestion and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES）. [Method]Microwave digestion method was used to treat the sample， and the trace elements in the sample were stable in the digestion process. The contents of 13 trace elements in the samples were simultaneously determined by ICP-AES.[Result]The mass concentration of each trace standard solution showed a good linear relationship in the range of 0.01-8.00 μg/mL， the determination coefficient （R2） was 0.998 482-0.999 954， the detection limit was 0.000 6-0.364 1 μg/mL， the recovery was 96.85%-101.28%， and the relative standard deviation（RSD） was 0.2%-49%.[Conclusion] This method is suitable for the determination of trace elements in freeze-dried fruits. The nutritional value of minerals can be judged according to the content of trace elements， and the risk of trace elements can be monitored for the samples.

Key words Microwave digestion;Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES）;Freeze-dried fruits;Trace elements;Content determination

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們的生活質(zhì)量逐步提高，越來(lái)越重視飲食健康，對(duì)水果的需求越來(lái)越高。多數(shù)新鮮水果水分占85%～90%，富含維生素、鉀、鎂和膳食纖維。增加攝入水果，可降低心血管疾病發(fā)病及死亡風(fēng)險(xiǎn)，降低消化道腫瘤的發(fā)病風(fēng)險(xiǎn)。受時(shí)空因素和儲(chǔ)存條件的限制，許多盛產(chǎn)水果的地區(qū)都將新鮮水果制成水果干，加工技術(shù)主要有真空冷凍干燥、真空微波干燥、熱風(fēng)干燥和自然晾干或曬干。水果的真空冷凍干燥是將新鮮水果在低溫（-50～-10 ℃）下凍結(jié)成固態(tài)，再在真空（1.3～13.0 Pa）下使其中的水分不經(jīng)液態(tài)直接升華成氣態(tài)，脫除水分，保留大部分營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。凍干水果體積小、重量輕、方便攜帶保存，富含果酸、氨基酸、維生素、膳食纖維，鉀、鎂、鐵、鋅等多種礦物質(zhì)，花青素類抗氧化物質(zhì)等，可改善貧血、滋潤(rùn)皮膚、保護(hù)消化道、降低膽固醇、促進(jìn)血液循環(huán)、預(yù)防疾病和腫瘤[1-4]。

凍干水果成分復(fù)雜，分析其中金屬元素時(shí)，受機(jī)體干擾嚴(yán)重，選擇合適的樣品預(yù)處理方法和測(cè)定方法至關(guān)重要，常用植物樣品預(yù)處理方法有干法灰化法、濕法消化法、微波消解法和懸浮液進(jìn)樣法，常用金屬元素測(cè)定方法有原子發(fā)射光譜法、原子吸收光譜法、熒光光譜法[5]。樣品預(yù)處理采用微波消解法，即用微波加熱封閉容器中的消解液，在高溫高壓下樣品快速溶解，最終形成澄清的溶液以供測(cè)定[6]，該方法消解樣品快速充分，密閉系統(tǒng)很好，能夠阻止元素的揮發(fā)，誤差小，成本低，回收完全[7-8]。王寶森等[9]通過(guò)原子發(fā)射光譜測(cè)定茶葉中金屬元素的含量，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為049%，含量較高者為好的茶葉。趙金偉等[10]用ICP-AES直接測(cè)定潤(rùn)滑油中磨損金屬元素含量，并優(yōu)化分析條件，最終測(cè)出標(biāo)準(zhǔn)偏差小于1%，回收率在90%～105%，說(shuō)明該方法的穩(wěn)定性較好。楊理等[11]將微波消解法和原子發(fā)射光譜法結(jié)合起來(lái)測(cè)定蜂膠等食品中常微量元素的含量，檢測(cè)結(jié)果顯示，對(duì)于微量和痕量元素而言，其線性范圍廣，靈敏度和準(zhǔn)確度高。

該研究以葡萄干、獼猴桃干、火龍果干、話梅干、檸檬干、哈密瓜干、芒果干7種常見凍干水果為樣品，先利用微波消解法進(jìn)行預(yù)處理，再用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[12-13]同時(shí)測(cè)定樣品中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13種微量元素的含量，通過(guò)數(shù)據(jù)分析，可判斷樣品營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，對(duì)樣品進(jìn)行微量元素風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)控。

1 材料與方法

1.1 儀器

MAS微波消解儀（美國(guó)）;電熱鼓風(fēng)干燥箱（天津市實(shí)驗(yàn)儀器總廠）;TJ-EHP1000電加熱平板（太極計(jì)算機(jī)公司分析儀器部）;BS2240S電子天平;OPTIMA 2100 DV電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀（US.PerkinElmer）。

1.2 試劑

K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、As、Ni等標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，濃度均為1 000 μg/mL（德國(guó)默克公司）;硝酸（HNO 3）;超純水（GER SG公司）;純凈水。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制 將K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、As、Ni等標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用2%的HNO 3逐級(jí)稀釋，按0.01、0.50、100、2.00、4.00、8.00 μg/mL梯度進(jìn)行配制。

1.4 樣品及預(yù)處理方法

先將準(zhǔn)備好的葡萄干、獼猴桃干、火龍果干、芒果干、話梅干、檸檬干、哈密瓜干7種凍干水果切好，烘箱150 ℃烘干30 min，各準(zhǔn)確稱量0.600 0 g左右，分別加入7根消化管中，再向每個(gè)消化管中加入10 mL濃HNO 3和2 mL H 2O 2，室溫靜置24 h后，使用微波消解儀將樣品進(jìn)行消化，待消化完全后，分別轉(zhuǎn)移至7個(gè)100 mL燒杯中，置于170 ℃電熱板上進(jìn)行趕酸，酸完全被趕盡時(shí)，冷卻至室溫，分別轉(zhuǎn)移至7個(gè)25 mL容量瓶，用2%的HNO 3溶液進(jìn)行定容，靜置2 h等待測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品預(yù)處理試劑和微波消解參數(shù)的選擇

選用硝酸作為消解劑，是因?yàn)樗诜纸饣w和微波消解時(shí)都是反應(yīng)物[14]。經(jīng)多次試驗(yàn)對(duì)比，發(fā)現(xiàn)用HNO 3和H 2O 2（10+2）作消解液消解效果最好。消解完成后，觀察消解液清澈透明、無(wú)雜質(zhì)、無(wú)沉淀，說(shuō)明樣品消解完全。考慮升溫功率、升溫時(shí)間、運(yùn)行溫度、運(yùn)行時(shí)間等影響，微波消解參數(shù)優(yōu)化如表1所示。

2.2 光譜操作參數(shù)的確定

考慮ICP-AES測(cè)定條件對(duì)元素測(cè)定的影響[15-16]，儀器工作參數(shù)優(yōu)化為功率1.3 kW、輔助氣流量0.2 L/min、冷卻氣流量15.0 L/min、霧化氣流量0.8 L/min。

2.3 元素分析波長(zhǎng)的選擇

用ICP-AES法測(cè)定元素時(shí)，可同時(shí)選擇多條特征譜線，且具有校正功能[5]。檢測(cè)元素分析波長(zhǎng)的選擇，直接決定檢測(cè)結(jié)果的靈敏度和精確度。為得到最佳檢測(cè)結(jié)果，經(jīng)對(duì)比分析，得到各元素的最優(yōu)分析波長(zhǎng)，結(jié)果如表2所示。

2.4 元素的相關(guān)系數(shù)及線性方程

從表3可以看出，各待測(cè)標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的線性關(guān)系，決定系數(shù)（R2）在0.998 482～0.999 954。

2.5 元素的檢出限

經(jīng)測(cè)定，得出各種待測(cè)元素檢出限為0.000 6～0.364 1 μg/mL，具體見表4。

2.6 樣品中元素含量測(cè)定

從表5可以看出，7種凍干水果中，對(duì)人體健康有益的K、Ca、Na、Mg等元素含量較高，Cr、Cu等含量較低，對(duì)人體有害的Cd、Pb未檢出。說(shuō)明這些凍干水果是健康的，礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值較高，對(duì)人體有益，且不存在有害微量元素的風(fēng)險(xiǎn)。

2.7 精確度和回收率

從表6可以看出，用ICP-AES法測(cè)定凍干水果中各微量元素的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）在02%～4.9%，回收率在96.85%～101.28%，驗(yàn)證了方法的可行性。

3 結(jié)論

該研究建立了微波消解結(jié)合電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）同時(shí)測(cè)定凍干水果中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13種微量元素含量的分析方法。微波消解采用400 W升溫功率，升溫4 min到100 ℃運(yùn)行5 min，再升溫2 min到120 ℃運(yùn)行15 min，完成樣品預(yù)處理。ICP-AES法光譜操作功率為1.3 kW，輔助氣流量0.2 L/min，冷卻氣流量15.0 L/min，霧化氣流量0.8 L/min;各待測(cè)微量元素的最優(yōu)分析波長(zhǎng)分別選取193696、317.933、228.802、267.716、327.393、238.204、766490、285.213、257.610、589.592、231.604、220.353、213857 nm;標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的線性關(guān)系。該方法操作簡(jiǎn)單、檢測(cè)快速、測(cè)定靈敏度高、分析范圍寬、結(jié)果可靠，適用于凍干水果中多種微量元素的同時(shí)測(cè)定，依據(jù)檢測(cè)結(jié)果可判斷凍干水果的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，同時(shí)可監(jiān)控樣品的有害微量元素風(fēng)險(xiǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 周曉明，郭春苗，樊丁宇，等.葡萄干營(yíng)養(yǎng)與功效的研究進(jìn)展[J].食品研究與開發(fā)，2015，36（19）：179-183.

[2] 葉潤(rùn)，劉芳竹，劉劍，等.微波消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定大米中銅、錳、鐵、鋅、鈣、鎂、鉀、鈉8種元素[J].食品科學(xué)，2014，35（6）：117-120.

[3] PEREIRA J A，OLIEIRA I，SOUSA A，et al.Bioactive properties and chemical composition of six walnut（Juglans regia L.） cultivars[J].Food and chemical toxicology，2008，46（6）：2103-2111.

[4] MERKEN H M，BEECHER G R.Measurement of food flavonoids by high-performance liquid chromatography：A review[J].Journal of agriculture & food chemistry，2000，48（3）：577-599.

[5] 彭湘君，李銀保，彭金年，等.微波消解-原子吸收光譜法對(duì)海帶中6種金屬元素的測(cè)定[J].廣東微量元素科學(xué)，2015，22（1）：7-10.

[6] 孔祥虹，李建華，李蓉.微波消化技術(shù)在蔬菜微量元素測(cè)定中的應(yīng)用[J].理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊(cè)），2004，40（2）：91-92.

[7] 魏新軍，南海娟，顏振敏，等.微波消解ICP-AES測(cè)定普洱茶中的17 種元素[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2011，28（6）：3059-3061.

[8] 孫涌棟，杜曉華.微波消解ICP-AES測(cè)定莧菜的礦質(zhì)元素[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2010，27（5）：1780-1782.

[9] 王寶森，劉杰，郭俊明，等.茶葉中七種金屬元素的測(cè)定及成分分析[J].食品研究與開發(fā)，2008，29（4）：136-138.

[10] 趙金偉，程薇，封亞輝.ICP-AES法測(cè)定潤(rùn)滑油中磨損金屬元素的含量[J].光譜學(xué)與光譜分析，2004，24（6）：733-736.

[11] 楊理，閆清華，鄧月娥，等.微波消解ICP-AES檢測(cè)蜂膠中常微量元素[J].廣州化工，2009，37（2）：162-163，166.

[12] 王繼永，王元忠，曾燕，等.抗癌新藥金蕎麥中微量元素的光譜測(cè)定[J].光譜學(xué)與光譜分析，2011，31（1）：253-255.

[13] 張輝，唐杰.原子吸收光譜法測(cè)定蔬菜中的鐵、錳、銅、鉛和鎘[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2011，28（1）：72-74.

[14] 唐文騫，張友森.我國(guó)硝酸工業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)狀分析及發(fā)展建議[J].化肥工業(yè)，2013，40（1）：31-35，42.

[15] 盧明子，郭延軍，王瑛，等.氧合、碳氧及高鐵血紅蛋白拉曼光譜的測(cè)定[J].中國(guó)輸血雜志，2013，26（5）：413-416.

[16] 于彩虹，高希武.棉鈴蟲細(xì)胞色素P450 CO差光譜的測(cè)定[J].昆蟲學(xué)報(bào)，2005，48（2）：301-304.