微波消解-氫化物原子熒光光譜法測(cè)定胡蘿卜硒含量

摘" 要：硒是人體內(nèi)各種含硒酶及含硒蛋白的合成過程中必不可少的一種微量元素，能提高身體的免疫功能。硒對(duì)人體有一定的防癌作用，硒不但對(duì)腫瘤有抑制作用而且還能影響致癌物質(zhì)的新陳代謝，素有“防癌之王”之稱。采用人工栽培方式生產(chǎn)的富硒胡蘿卜是一種較為理想的富硒型蔬菜。該文以胡蘿卜為研究對(duì)象，利用微波消解-氫化物原子熒光光譜法測(cè)定胡蘿卜中總硒的含量，探討不同微波消解溶劑和消解條件對(duì)含硒胡蘿卜消解效果的影響，并優(yōu)化氫化物原子熒光光譜法測(cè)定條件。結(jié)果表明，最佳消解體系為HNO3-H2O2體系（5 mL∶2 mL）；最佳微波消解條件為，第一工步為2 min、0.2 MPa；第二工步為6 min、0.5 MPa和6 min、0.7 MPa；第三工步為5 min、1 MPa；在最優(yōu)條件下，測(cè)硒的線性范圍為0～50 μg/L。對(duì)樣品空白熒光值進(jìn)行10次測(cè)定，RSD=2.24%， 最低檢出限為0.90 μg/kg。土壤中施硒能夠顯著提高胡蘿卜中總硒的含量，較空白對(duì)照組提高6.50%（地上）和10.30%（地下），可食用（地下）部位的最高硒含量為445.90 μg/kg。

關(guān)鍵詞：微波消解；氫化物原子熒光光譜法；富硒；胡蘿卜；含量

中圖分類號(hào)：0657.31" " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " " "文章編號(hào)：2095-2945（2024）32-0071-04

Abstract： Selenium is an indispensable trace element in the synthesis of various selenium-containing enzymes and selenium-containing proteins in the human body， and can improve the body's immune function. Selenium has a certain anti-cancer effect on the human body. Selenium not only inhibits tumors， but also affects the metabolism of carcinogens. It is known as the \"king of cancer prevention\". Selenium-rich carrot produced by artificial cultivation is an ideal selenium-rich vegetable. In this paper， carrot was used as the research object to determine the total selenium content in carrot by microwave digestion-hydride atomic fluorescence spectrometry. The effects of different microwave digestion solvents and digestion conditions on the digestion effect of carrot containing selenium were discussed， and the determination conditions of hydride atomic fluorescence spectrometry were optimized. The results showed that the best digestion system was HNO3-H2O2 system （5 mL∶2 mL）; the best microwave digestion conditions were： the first step was 2 min， 0.2 MPa; the second step was 6 min， 0.5 MPa and 6 min， 0.7 MPa; the third step was 5 min， 1 MPa; under the optimal conditions， the linear range for selenium determination was 0～50 μg/L. The blank fluorescence value of the sample was determined 10 times， with RSD=2.24%， and the lowest detection limit of 0.90 μg/kg. Applying selenium to soil could significantly increase the total selenium content in carrots， which was increased by 6.50%（above ground） and 10.30%（underground） compared with the blank control group. The highest selenium content in edible （underground） parts was 445.90 μg/kg.

Keywords： microwave digestion; hydride atomic fluorescence spectrometry; selenium-rich; carrot; content

硒是一種重要的微量元素，它參與了人體多種含硒酶和含硒蛋白的合成，可以增強(qiáng)機(jī)體的免疫力，研究顯示，硒對(duì)人體有一定的防癌作用，硒不但對(duì)腫瘤有抑制作用而且還能影響致癌物質(zhì)的新陳代謝，素有“防癌之王”之稱[1]。硒的攝取必須從外部攝取，而人體攝取的硒主要來自于食物[2]。在日常生活中，人們可以通過喝茶、飲食等途徑獲得微量的硒。日常食用的糧食、蔬菜、水果、肉蛋奶和魚蝦蟹等，都是以有機(jī)硒的形式存在，是人體必需的硒元素[3]。臨床醫(yī)學(xué)研究證明，低硒或缺硒都會(huì)對(duì)人體的健康造成危害[4]。根據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，世界上絕大多數(shù)陸地都是缺硒的，我國約有72%的區(qū)域和人口處于缺硒狀態(tài)，這已經(jīng)成為制約人類健康發(fā)展的一個(gè)主要制約因子[5-6]。通過2種途徑可補(bǔ)充食物中的微量元素硒：第一，在食品和藥品中添加無機(jī)硒——亞硒酸鈉；第二，將無機(jī)硒加入到植物生長的土壤及動(dòng)物飼料中，使一些無機(jī)硒經(jīng)過動(dòng)、植物體內(nèi)的生化反應(yīng)轉(zhuǎn)化成有機(jī)態(tài)硒，從而減弱無機(jī)硒帶來的毒害作用，有機(jī)硒的生物利用性遠(yuǎn)大于無機(jī)硒[7]。

近年來，由于科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的不斷改善，富硒農(nóng)產(chǎn)品正日益受到消費(fèi)者的青睞。富硒農(nóng)產(chǎn)品具有廣闊的市場和巨大的發(fā)展?jié)摿Γ茉诂F(xiàn)階段為農(nóng)民增加收入和企業(yè)增加收入提供保證[8]。富硒食物中的硒以Se6+、Se4+、Se、Se2-等多種形式存在，且每一種氧化還原狀態(tài)都有其特殊的結(jié)構(gòu)和多樣的功能[9]。微波消解是一種新的樣品預(yù)處理技術(shù)，其原理是通過分子極化和離子導(dǎo)電2個(gè)效應(yīng)對(duì)物質(zhì)直接加熱，促使固體樣品表層快速破裂，產(chǎn)生新的表面與溶劑作用，在數(shù)分鐘內(nèi)完全分解樣品。與常規(guī)消解法相比，微波消解法具有時(shí)間短、試劑消耗小、可消除樣品在前處理中的揮發(fā)與污染、消化效率高等優(yōu)點(diǎn)，因此可以提高檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確性[10]。

胡蘿卜是一種營養(yǎng)成分較高的蔬菜，國內(nèi)外多項(xiàng)研究表明其富含多種有益物質(zhì)。在中醫(yī)中，胡蘿卜也有藥用價(jià)值。硒是一種對(duì)人類健康具有重要價(jià)值的營養(yǎng)物質(zhì)，目前常用的測(cè)定食品中硒的方法有石墨爐原子吸收光譜法、電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）、火焰原子吸收光譜法、熒光光譜法和氫化物-原子熒光光譜法等[11-13]。氫化物-原子熒光光譜法為使用最廣泛且國家認(rèn)可的測(cè)定食品中硒的方法[14]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)和食品科技的不斷進(jìn)步，人們開始關(guān)注自身日常所需的營養(yǎng)以及所需的營養(yǎng)成分，而這種對(duì)人體有特定生化作用的微量元素也逐漸被人所關(guān)注，因此，富硒食品也逐漸被關(guān)注起來[15-17]。采用人工培育的富硒胡蘿卜將會(huì)是理想的補(bǔ)硒蔬菜。本研究將微波消解和氫化物原子熒光法結(jié)合起來應(yīng)用于胡蘿卜地上和地下部分中硒含量的檢測(cè)，以期為胡蘿卜中硒含量的檢測(cè)提供新的方法。

1" 試驗(yàn)與方法

1.1" 試驗(yàn)儀器與試劑

選擇XZ-21K高速冷凍離心機(jī)（長沙湘智儀器有限公司）；MDF-U50V超低溫冰箱（日本三洋SANYO公司）；AFS-9800型氫化物原子熒光光譜（北京科創(chuàng)海光儀器有限公司）；MDS-2002A型壓力自控密閉微波消解系統(tǒng)（上海心儀微波化學(xué)科技有限公司）;超純水機(jī)（美國Millipore公司）；LGJ-15D型真空冷凍干燥機(jī)（日本EYELA公司FDU-1100 冷凍干燥系統(tǒng)）。

1.2" 富硒胡蘿卜樣品（地上、地下部分）預(yù)處理

在采集富硒胡蘿卜樣品后，在每種濃度下隨機(jī)選取10份，將地上、地下部分分離，用大量自來水清洗，然后用超純水清洗3次，烘干后放在密封袋里，在-85 ℃的超低溫冰箱中凍結(jié)36 h，然后轉(zhuǎn)移到真空度4.0 Pa、溫度-55 ℃的真空冷凍干燥系統(tǒng)中，48 h凍干。將試樣粉碎，并將其干燥后，裝入塑料自封袋中，置干燥器中保存?zhèn)溆谩?/p>

1.3" 微波消解方法

將0.5 g的地下部分干粉和0.2 g的地上部分的干粉，放在聚四氟乙烯消化罐內(nèi)，向其添加5 mL HNO3，2 mL H2O2，套入外罐扭緊放入微波消解儀（消解程序見表1），消解完畢后，將其置于消解罐中的冷卻風(fēng)機(jī)上進(jìn)行冷卻，然后將其轉(zhuǎn)到三角瓶中，再添加沸石，然后在電熱爐上持續(xù)加熱，直到接近干燥。加入5.0 mL鹽酸（6 M），將其加熱，直到產(chǎn)生白色煙霧并且溶液變得透明為止。冷卻，將樣品消解液定容，搖勻待用。

1.4" 樣品與標(biāo)準(zhǔn)品的配制

在15.0 mL的試樣檢測(cè)管中，分別添加0.00 、0.01、0.02、0.03、0.04和0.05 mL的1 μg/mL的硒標(biāo)準(zhǔn)品，向試樣檢測(cè)管中添加鹽酸（12 M）2.0 mL和鐵氰化鉀溶液（100 g/L），搖勻待測(cè)。

將1.3中的備用液體10.0 mL置于15.0 mL的試樣檢測(cè)管中，向其中添加2.0 mL的鹽酸（12 M）和100 g/L的鐵氰化鉀溶液，并搖勻以待測(cè)定。

1.5" 氫化物原子熒光光譜工作條件

首先對(duì)最佳工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，在表2中列出了最佳的工藝參數(shù)，然后啟動(dòng)加熱爐，將加熱爐加熱至所要求的溫度，并確保其在20 min內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。用標(biāo)準(zhǔn)系列的空白進(jìn)樣，沖洗管線，等待儀表讀數(shù)平穩(wěn)后，即可繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。進(jìn)行樣品測(cè)定，每次更換樣品前都進(jìn)行進(jìn)樣器的沖洗。

2" 結(jié)果與分析

2.1" 樣品取用量

本試驗(yàn)中，根據(jù)試驗(yàn)中使用的微波消解儀中的具體要求，選用0.50 g的試樣。但是，地上部分經(jīng)過干燥和破碎后，其粉末松散、大纖維含量高，如果要充分進(jìn)行反應(yīng)和消化，需要大量的采樣，需要添加更多的酸，而過多的酸性又會(huì)讓消解過程變得太激烈，存在一些危險(xiǎn)，并且會(huì)造成痕量硒的流失，所以選擇0.20 g的樣品作為試樣。

2.2" 消解氧化劑的確定

消解樣品常用的氧化劑主要有單一的HNO3體系，混合HNO3+H2SO4體系，混合HNO3+HCLO4體系，還有HNO3+H2O2體系等。

本研究以胡蘿卜干粉及胡蘿卜莖葉干粉為研究對(duì)象，同時(shí)選用HNO3+H2O2體系，此目的是為了使樣品中存在的一定纖維可以消解得更完全，利用H2O2對(duì)HNO3的氧化能力進(jìn)行強(qiáng)化，同時(shí)高質(zhì)量的硝酸不會(huì)對(duì)氫化物原子熒光的測(cè)定產(chǎn)生影響。根據(jù)試樣的數(shù)量及消解容器的模型，對(duì)加入H2O2-HNO3的比例進(jìn)行調(diào)整，見表3。

研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)加入HNO3+H2O2比例大于等于5∶1時(shí)，試樣可獲得清澈透明的消化液，說明試樣已被完全消化。硝酸的添加量太多，會(huì)導(dǎo)致消化罐內(nèi)的壓力升高，而過量的酸會(huì)對(duì)聚四氟乙烯原料的消化罐產(chǎn)生侵蝕，從而縮短消化罐的使用壽命。因此選擇5 mL HNO3+2 mL H2O2的氧化劑用量消解胡蘿卜樣品。

2.3" 微波消解期間的時(shí)間和壓力的確定

在微波消解過程中，時(shí)間與壓力是影響消解效果的2個(gè)主要因素，如果設(shè)定得太小，則無法達(dá)到要求的消解溫度；設(shè)定的氣壓太高，地面上的粉狀物與硝酸的反應(yīng)太激烈，容易漏出硝酸，導(dǎo)致消化液流失，造成樣品中硒的流失。在消化過程中，為防止因瞬時(shí)高壓引起的反應(yīng)太過激烈而造成樣品Se的流失，采用梯度升壓和延長時(shí)間的方法解決了上述問題。首先用0.2 MPa、2 min對(duì)試樣進(jìn)行預(yù)處理，使其充分混合，接著將壓力分別提高到0.5 MPa和0.7 MPa，在反應(yīng)6 min內(nèi)將試樣中的難溶性成分充分消化掉，然后將壓力提高到1.0 MPa，運(yùn)行5 min，將試樣徹底微波消解。

2.4" 氫化物原子熒光光譜的標(biāo)準(zhǔn)曲線

將1.4中配制好的標(biāo)準(zhǔn)品溶液，按照濃度為0～50 μg/kg， 依次進(jìn)行測(cè)定，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。熒光強(qiáng)度值（If） 與硒濃度（μg/L） 在0～50 μg/kg 范圍內(nèi)呈線性關(guān)系，如圖1所示，線性方程為If=85.530×C+6.976（r=0.999 6）。對(duì)樣品空白熒光值進(jìn)行10次測(cè)定，RSD=2.24%， 檢出限測(cè)出為0.90 μg/kg。

2.5" 樣品中硒含量的確定

本文采用微波消解-氫化物原子熒光光譜法測(cè)量胡蘿卜樣品的地上部分和地下部分硒含量結(jié)果如圖2所示。

由圖2可知，土壤施用硒肥后，胡蘿卜體內(nèi)硒含量明顯增加，胡蘿卜具有將土壤中硒轉(zhuǎn)化到根莖葉的能力。與空白對(duì)照相比，胡蘿卜的地下、地上部分，硒含量分別提高了151.1%～544.7%，100.9%～1 028.4%，地下、地上部分均在施硒濃度160 mg/kg時(shí)達(dá)到最高，含量分別為445.90 μg/kg，1 312.67 μg/kg。在施硒濃度為20～160 mg/kg條件下，胡蘿卜對(duì)土壤硒的吸收與轉(zhuǎn)化呈增加的趨勢(shì)；超過160 mg/kg以后，則呈降低的趨勢(shì)。結(jié)果表明，低濃度的硒有利于胡蘿卜對(duì)無機(jī)硒的轉(zhuǎn)化和利用，而高濃度的硒則對(duì)其進(jìn)行抑制。

總體來說，胡蘿卜地上部分和地下部分的硒含量相對(duì)均有所增加。本文通過模擬硒的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，胡蘿卜通過根系從土壤中吸收硒，并從土壤中向上轉(zhuǎn)運(yùn)，不同部位對(duì)硒的累積、吸收和轉(zhuǎn)化存在差異，在施硒濃度為20～80 mg/kg時(shí)，地上與地下部分對(duì)硒的轉(zhuǎn)化，利用和積累含量大致相同，說明在低濃度時(shí)地上與地下部分對(duì)硒的富集能力和敏感程度大致相同，但當(dāng)施硒濃度超過80 mg/kg時(shí)，地上部分含硒量顯著高于地下部分，表明地上部分對(duì)硒的富集能力及敏感性顯著高于地下部分。

3" 結(jié)論

土壤施硒對(duì)胡蘿卜進(jìn)行硒的富集，針對(duì)富硒胡蘿卜樣品進(jìn)行總硒量的測(cè)定，得到結(jié)論如下。

1）對(duì)富硒胡蘿卜進(jìn)行微波消解，探索其工藝條件，確定了微波消解的程序，選取胡蘿卜的地下部分樣品量為0.5 g，地上部分樣品量為0.2 g，采用HNO3-H2O2體系比例為（5∶2）。

2）以HNO3-H2O2為消解劑，采用微波消解-氫化物原子熒光光譜法測(cè)定了胡蘿卜中硒的含量。研究了不同微波消解溶劑和消解條件對(duì)含硒胡蘿卜消解效果的影響，可知最佳微波消解條件為第一工步：2 min、0.2 MPa；第二工步：6 min、0.5 MPa和6 min、0.7 MPa；第三工步：5 min、1 MPa；在優(yōu)化試驗(yàn)條件下，該方法測(cè)定硒的線性范圍為0～50 μg/L，線性方程為If=85.530×C+6.976（r=0.999 6）。對(duì)樣品空白熒光值進(jìn)行10次測(cè)定，RSD=2.24%， 檢出限測(cè)出為0.90 μg/kg。

3）胡蘿卜是一種營養(yǎng)豐富的健康蔬菜，具有很好的富硒效果。土壤中施硒能夠顯著提高胡蘿卜中硒的含量，比空白對(duì)照組分別提高6.5%（地上）和10.3%（地下），可食用（地下）部位的最高硒含量為445.90 μg/kg。本研究為提高胡蘿卜中硒含量提供理論基礎(chǔ)。本文提出了一種快速、穩(wěn)定地測(cè)定胡蘿卜中微量硒的新方法。

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