劉全德，唐仕榮，陳尚龍

(徐州工程學院食品工程學院，江蘇 徐州 221008)

微波消解-釋放劑輔助火焰原子吸收分光光度法測定蛋白質粉中的鈣

劉全德，唐仕榮，陳尚龍

(徐州工程學院食品工程學院，江蘇 徐州 221008)

建立采用微波消解-釋放劑輔助火焰原子吸收分光光度法(flame atomic absorption spectrophotometry，F(xiàn)AAS)測定蛋白質粉中鈣的方法。探討消解體系、消解壓力、消解時間以及增壓方式對消解結果的影響，選擇硝酸鑭為釋放劑，研究待測樣品中硝酸鑭的質量濃度對鈣元素釋放的影響。結果表明，在最佳的實驗條件下，鈣的線性范圍為1～20μg/mL，檢出限為0.15μg/mL，測定蛋白質粉中鈣的質量分數(shù)為0.46%，精密度為1.63%，加標平均回收率為96.8%，相對標準偏差為2.34%。該方法線性范圍寬、相關性好，準確度和精密度高，具有較高的實用價值。

微波消解；釋放劑；火焰原子吸收分光光度法(flame atomic absorption spectrophotometry，F(xiàn)AAS)；蛋白質粉；鈣

鈣是人體第5大營養(yǎng)元素，對維持和調節(jié)人體骨骼、肌肉、細胞、循環(huán)、免疫等系統(tǒng)的生理功能有重要作用，對特殊人群如嬰幼兒、兒童、青少年、孕婦和哺乳期婦女的健康具有重要意義[1]。由于緊張的工作、學習和生活致使城市亞健康人群大大增加，攝取適量的蛋白質粉對于亞健康人群來說是必要的[2]。蛋白質粉中含有豐富易于被人體吸收的營養(yǎng)元素，可以有效地改善亞健康狀態(tài)。

微波消解是利用微波能使消解體系中的極性分子在微波電磁場的高頻作用下做極性運動，從而引起化學鍵的振動、斷裂及微粒的相互摩擦、碰撞，產生大量的熱，達到快速、完全消解的目的[3]。與常用的濕法消解和干法灰化[4-7]相比，微波消解具有快速、準確、省試劑、污染少、空白低等優(yōu)點[8-11]。

目前，食品中鈣的國家標準檢驗方法有原子吸收法和EDTA滴定法[12]，本實驗采用微波消解樣品，釋放劑輔助火焰原子吸收分光光度法(flame atomic absorption spectrophotometry，F(xiàn)AAS)測定蛋白質粉中的鈣，以期得到快速、準確、穩(wěn)定的測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

蛋白質粉為市售產品。

濃HNO3、濃H2SO4、濃HCl均為優(yōu)級純；30%過氧化氫、硝酸鑭、氯化鍶均為分析純；鈣標準溶液(1mg/mL) 國家化學試劑質檢中心；實驗用水皆為超純水(電阻率：18.2MΩ·cm)；99.99%氬氣；玻璃器皿均用5%硝酸溶液浸泡24h以上。

1.2 儀器與設備

TAS-990原子吸收分光光度計 北京普析通用儀器有限責任公司；XT-9900型智能微波消解儀、XT-9800多用預處理加熱儀 上海新拓微波溶樣測試技術有限公司；CascadaTM實驗室超純水系統(tǒng)；FA-2004B電子天平上海越平科學儀器有限公司；電子電爐(0～2000W) 上海樹立儀器儀表有限公司；移液器 德國Eppendorf公司。

1.3 方法

1.3.1 儀器工作條件

火焰原子吸收分光光度計工作條件為：鈣元素；檢測波長422.7nm；光譜帶寬0.4nm；燈電流3.0mA；燃燒頭高度6mm；乙炔流量2000mL/min。

1.3.2 釋放劑溶液的配制

分別稱取5.00g硝酸鑭、氯化鍶于50mL容量瓶中，用0.15mol/L HNO3溶液定容至刻度，配制成質量濃度為100mg/mL的釋放劑溶液。

1.3.3 標準工作曲線的配制

用0.15mol/L HNO3溶液將鈣標準溶液稀釋至質量濃度為100μg/mL的鈣標準使用液。取6只10mL容量瓶，分別加入0.2mL硝酸鑭溶液，然后在各容量瓶中加入不同體積的鈣標準使用液，用0.15mol/L HNO3溶液定容至刻度，使其得到質量濃度為1、4、8、12、16、20 μg/mL的鈣標準系列溶液，并配制空白溶液。

1.3.4 樣品處理

精確稱取0.5000g左右的蛋白質粉于干燥的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入5mL濃HNO3、1mL 30%過氧化氫溶液，于多用預處理加熱儀中敞口消解1h后(40～100℃逐步加熱)。取出再加入1mL 30%過氧化氫溶液，按表1中微波消解條件進行消解，微波消解完成后得到無色透明溶液，轉移至50mL小燒杯中，將小燒杯放到電子電爐上，調節(jié)電爐功率至1000W，在通風櫥內加熱趕酸至近干，用0.15mol/L HNO3溶液多次沖洗小燒杯中的樣液，并將沖洗液轉移至25mL容量瓶中，用0.15mol/L HNO3溶液定容至刻度，搖勻備用。另做空白試驗。

在1只10mL容量瓶中，加入1mL微波消解溶液和0.2mL硝酸鑭溶液，用0.15mol/L HNO3溶液定容至刻度，搖勻待測，并配制空白溶液。

2 結果與分析

2.1 微波消解體系的選擇

根據樣品的基體組成和不同酸對微波的吸收效率(H2O＞濃HNO3＞濃HF＞濃H2SO4＞6mol/L HCl溶液)，對樣品進行多次實驗，結果見圖1。

圖1 不同消解體系的消解效果Fig.1 Effect of digestion systems on digestion efficiency

實驗發(fā)現(xiàn)蛋白質粉在H2SO4-H2O2-H2O體系反應劇烈，容易碳化，并且在趕酸過程中，溶液變色，導致定容后溶液不夠澄清。由圖1可知，HNO3-H2O2-H2O體系得到的消解液不僅吸光度高，而且對應的空白值低。因此，實驗選擇HNO3-H2O2-H2O體系為消解體系。

為了滿足消解樣品以及消解后易于將剩余的酸蒸發(fā)掉，以減少對原子吸收的干擾，濃HNO3用量為5mL；H2O2分解產生的活性氧有助于有機物消解，但瞬間壓力上升很快，為了安全，用量不宜過大，一般不超過2mL。實驗選擇5mL濃HNO3、1mL 30%過氧化氫溶液，預處后，再加入1mL 30%過氧化氫溶液的消解體系。

2.2 微波消解條件的選擇

表1 微波消解條件Table 1 Microwave digestion conditions

微波消解效果除了與消解液有關外，還與消解壓力，消解時間以及增壓方式有關。用微波消解樣品時，在低壓力下，樣品難以消解完全，導致消解后溶液不夠澄清；在高壓力下，加熱時間不宜過長，以免引起酸氣泄漏。因此，本實驗采用梯度增壓方式，即首先在常壓下，通過多用預處理加熱儀逐步加熱，消解樣品中易分解的有機物；然后通過微波增壓，先在低壓力下消解易氧化的物質，再在高壓力下消解難分解的有機物，從而獲得滿意的消解效果。本實驗選擇的微波消解條件見表1。

為了防止消解壓力過沖現(xiàn)象，第1步驟的壓力不宜過高、時間不宜過短、功率不宜過大，通常設定壓力0.2MPa、時間60s、微波功率500W。

2.3 釋放劑的選擇

加入釋放劑與干擾離子生成更穩(wěn)定或更難揮發(fā)的化合物，從而使被測元素從與干擾元素形成的化合物中釋放出來，因此加入釋放劑能有效地消除干擾[13]。如在測定鈣元素時，磷酸根對測定產生嚴重的干擾，加入鑭或鍶離子后，與磷酸根形成穩(wěn)定的化合物，從而將鈣釋放出來，干擾反應方程和釋放反應方程[14]如下：

在待測樣品中分別添加硝酸鑭、氯化鍶，使其質量濃度為1mg/mL，并分別配制其空白溶液，按1.3.1節(jié)工作條件，測定其吸光度，結果見圖2。

圖2 釋放劑對吸光度的影響Fig.2 Effect of releasing agents on absorbance

由圖2可知，雖然添加氯化鍶的待測樣品吸光度比添加硝酸鑭的大，但其對應的空白值太高。因此，本實驗選擇硝酸鑭為釋放劑。

2.4 硝酸鑭溶液質量濃度對吸光度的影響

待測樣品中釋放劑的質量濃度太低，不能使鈣元素有效釋放出來；質量濃度太高，導致對應的空白值偏高。在固定其他條件下，只改變待測樣品中硝酸鑭的質量濃度，測定其吸光度，結果見圖3。

由圖3可知，當待測樣品中硝酸鑭質量濃度低于2.0mg/mL時，吸光度隨質量濃度的增加逐漸升高；當待測樣品中硝酸鑭質量濃度為2.0mg/mL時，吸光度達到最大值，此后隨著質量濃度的增加變化不明顯。因此，實驗控制待測樣品中硝酸鑭質量濃度為2.0mg/mL。

圖3 硝酸鑭質量濃度對吸光度的影響Fig.3 Effect of La(NO3)3concentration on absorbance

2.5 測定方式的選擇

TAS-990原子吸收分光光度計可以進行無扣背影、氘燈扣背影和自吸扣背影3種測定方式，比較這3種測定方式后，發(fā)現(xiàn)無明顯差異。其中以無扣背影測定方式的步驟最為簡單。因此，本實驗選擇采用無扣背影測定方式進行測定。

2.6 標準工作曲線和檢出限

按1.3.1節(jié)工作條件測定鈣標準系列溶液的吸光度，以質量濃度為橫坐標、吸光度為縱坐標繪制標準工作曲線，可得線性回歸方程。對空白溶液進行連續(xù)12次測定，計算標準偏差(σ)，再根據標準工作曲線的斜率(b)，由3σ/b可計算[15]出檢出限。結果得線性回歸方程為A＝0.0399C＋0.0228，線性相關系數(shù)為0.9995，線性范圍為1～20μg/mL。在確定的質量濃度范圍內，鈣的質量濃度與吸光度呈現(xiàn)良好的線性關系，儀器的檢出限為0.15μg/mL，滿足測定蛋白質粉中鈣的要求。

2.7 樣品測定和精密度

按上述優(yōu)化方法平行配制6個樣品溶液，在1.3.1節(jié)工作條件下測定，結果見表2。

表2 蛋白質粉中鈣質量分數(shù)測定結果Table 2 Calcium content in protein power determined by the developed method %

由表2可知，蛋白質粉中鈣的質量分數(shù)為0.46%，本方法的精密度為1.63%，表明用本法測定蛋白質粉中的鈣時，結果有較好的穩(wěn)定性，滿足測定蛋白質粉中鈣的要求。

2.8 加標回收率實驗

參照文獻[16]進行加標回收率實驗，結果見表3。結果加標回收率在95.0%～99.3%之間，平均值為96.8%，相對標準偏差為2.34%，表明應用本法測定蛋白質粉中的鈣，結果準確可靠。

表3 加標回收率測定結果Table 3 Spike recovery rates for calcium in protein powder

3 結 論

選擇HNO3-H2O2-H2O體系為消解體系，采用梯度增壓方式，快速、完全地消解樣品。硝酸鑭為釋放劑，不僅使鈣元素有效地從與干擾元素形成的化合物中釋放出來，而且對應的空白值低，在測定過程中，控制待測樣品中硝酸鑭的質量濃度為2.0mg/mL。微波消解-釋放劑輔助FAAS法測定蛋白質粉中鈣的質量分數(shù)為0.46%，精密度為1.63%，檢出限為0.15μg/mL，加標平均回收率為96.8%，相對標準偏差為2.34%。

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Determination of Calcium in Protein Powder by Microwave Digestion-FAAS with Releasing Agent

LIU Quan-de，TANG Shi-rong，CHEN Shang-long
(College of Food Engineering, Xuzhou Institute of Technology, Xuzhou 221008, China)

A method has been established for the determination of calcium in protein power using microwave digestion-flame atomic absorption spectrophotometry with La(NO3)3 as the releasing agent. Digestion efficiency was investigated with respect to four variables including digestion system, digestion pressure, digestion time and pressurization style. The effect of La(NO3)3 concentration on the release of calcium was discussed. Under optimal conditions, the linear range of this method for calcium was 1-20μg/mL and the detection limit was 0.15μg/mL. The average calcium content in a commercial protein powder sample determined by this method was 0.46% with a relative standard deviation of 1.63% (n = 6). The average recovery rate of calcium in a protein powder sample with a calcium content of 9.10μ g/mL across the spike levels of 0.5, 1.5μ g/mL and 2.0μ g/mL was 96.8% with a relative standard deviation of 2.34%. Therefore, this method has a wide linear dynamic range, good correlation, high accuracy and precision, and high practical application value.

microwave digestion；releasing agent；flame atomic absorption spectrophotometry(FAAS)；protein powder；calcium

O657.31

A

1002-6630(2011)16-0322-04

2011-05-18

江蘇省高校自然科學基金項目(10KJD550004)

劉全德(1958—)，男，副教授，學士，研究方向為食品分析。E-mail：lqd@xzit.edu.cn