聶西度，符 靚

（1.湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系，湖南衡陽 421002；2.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵 408100）

ICP-OES法測定堅(jiān)果中微量元素的研究

聶西度1，符 靚2，*

（1.湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系，湖南衡陽 421002；2.長江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，重慶涪陵 408100）

采用微波輔助消解樣品，建立了軸向觀測電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）法同時(shí)測定堅(jiān)果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16種微量元素的分析方法。 樣品采用硝酸+雙氧水混合酸微波輔助消解，優(yōu)化了儀器的最佳測定條件，確定了各待測元素合適的分析譜線。采用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（芹菜，GBW10048）進(jìn)行方法驗(yàn)證，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所提供的參考值一致，所有待測元素的檢出限為0.31～18.38μg/L，方法具有良好的精密度和準(zhǔn)確度。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜，微波輔助消解，堅(jiān)果，微量元素

Abstract：A simple and reliable analytical procedure for the determination of 16 selected elements，namely B，Na，Mg，Al，Si，S，K，Ca，Mn，F(xiàn)e，Ni，Cu，Zn，Sr，Mo and Ba in nuts by axially viewed inductively coupled plasma optical emission spectrometry（ICP-OES） after microwave digestion of samples was validated in this work.HNO3+H2O2were used to achieve the complete decomposition of the organic matrix in a closed-vessel microwave oven.The working parameters of the instrument were optimized.Appropriate analysis line of various elements was selected.The accuracy of the entire proposed method was confirmed by standard reference material analysis（celery，GBW10048）.The results showed a good agreement between measured and certified values for all analytes.The method was shown to be very sensitive with limits of quantification in the range of 0.31～18.38μg/L for all investigated elements.This method was simple，sensitive and precise and could perform simultaneous multi-elements determination of nuts.

Key words：inductively coupled plasma optical emission spectrometry；microwave assisted digestion；nuts；trace elements

堅(jiān)果又稱殼果，為植物種子的子葉或胚乳，是植物的精華部分，營養(yǎng)價(jià)值很高。堅(jiān)果含有大量碳水化合物、優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)、脂肪等，還含有礦物質(zhì)、維生素、氨基酸、膳食纖維等營養(yǎng)成分。在食物的分類中，堅(jiān)果被歸類為脂肪類食物，高熱量高脂肪是堅(jiān)果的特性，富含單、多不飽和脂肪酸，包括亞麻酸、亞油酸等人體的必需脂肪酸，對人體的生長發(fā)育、增強(qiáng)體質(zhì)、預(yù)防疾病均有極好的功效，是補(bǔ)腦、益智的佳品。堅(jiān)果種類繁多，一般分為樹堅(jiān)果和種子兩類。樹堅(jiān)果主要包括榛子、腰果、核桃、杏仁、開心果、松子、板栗、白果、夏威夷果等；種子則主要包括葵花子、花生、西瓜子、南瓜子等。堅(jiān)果中微量元素的測定已有相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，研究對象多集中于國產(chǎn)和種子類堅(jiān)果[1-2]，而研究方法則主要采用原子吸收法[3-4]，分析速度較慢，不適合批量產(chǎn)品的分析，具有一定的局限性。多元素的同時(shí)測定主要采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）法，該法具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、分析速度快等特點(diǎn)已廣泛用于食品加工領(lǐng)域[5-7]。本文采用微波輔助消解制樣，建立了ICP-OES法同時(shí)測定榛子、腰果、杏仁、開心果、松子等5種堅(jiān)果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16種微量元素分析方法。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000μg/mL的B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液 購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，然后根據(jù)元素測定的需要，配制成不同濃度的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液和多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，并貯存于聚四氟乙烯瓶中；內(nèi)標(biāo)溶液：1000μg/mL的Y標(biāo)準(zhǔn)溶液 購自國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心，使用時(shí)用超純水稀釋至5μg/mL；HNO3、H2O2均為優(yōu)級純；實(shí)驗(yàn)用水 超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）。

Optima 2100 DV電感耦合等離子發(fā)射光譜儀 美國PerkinElmer公司，本文選用的工作條件為：射頻功率1200W，冷卻氣流量15.0L/min，霧化氣流量0.75L/min，輔助流量0.2L/min，觀測高度12mm，溶液提升量1.5mL/min；Milli-Q超純水機(jī) 美國Millipore公司；MARS-X微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司。

1.2 樣品處理方法

準(zhǔn)確稱取0.5000g樣品于消解罐內(nèi)襯內(nèi)，加入3mL HNO3、2mL H2O2，在消解罐上加上防爆膜旋緊頂蓋后放入微波爐內(nèi)的托盤上，微波消解程序?yàn)樯郎乜刂颇Ｊ剑翰襟E一，最大功率600W，功率100%，爬升時(shí)間10min，壓力165psi（1psi=6.895kPa），溫度150℃，保持時(shí)間2min；步驟二，最大功率600W，功率100%，爬升時(shí)間10min，壓力195psi（1psi=6.895kPa），溫度190℃，保持時(shí)間5min。消解完成后取出冷卻，打開消解罐蓋，將樣品液置于通風(fēng)櫥內(nèi)靜置抽風(fēng)至清澈后用超純水轉(zhuǎn)移至50mL容量瓶中，定容待測，同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器測定參數(shù)的優(yōu)化

影響ICP-OES工作性能的三個(gè)關(guān)鍵參數(shù)為高頻發(fā)生器的射頻功率、霧化氣流量和樣品的觀察高度，其中射頻功率和霧化氣流量是主要參數(shù)。采用1μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察了射頻功率在1000～1300W范圍內(nèi)各待測元素譜線強(qiáng)度的變化情況。圖1結(jié)果表明，隨著射頻功率的逐漸升高，各待測元素的譜線強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，同時(shí)背景強(qiáng)度也相應(yīng)增大，各待測元素譜線的信背比變化也不盡相同。樣品中易電離元素Na、Mg、K在射頻功率為1050W時(shí)譜線強(qiáng)度達(dá)到最大，隨后出現(xiàn)大幅度下降，但絕大多數(shù)元素在射頻功率為1200W時(shí)譜線強(qiáng)度達(dá)到最大，綜合考慮各待測元素的信號和背景強(qiáng)度，確定了本實(shí)驗(yàn)儀器選擇的射頻功率為1200W。

圖1 射頻功率的優(yōu)化Fig.1 RF power optimization

在選定的射頻功率下，采用1μg/mL的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，考察了霧化氣流量在0.6～0.9L/min范圍內(nèi)變化對待測元素分析信號的影響，結(jié)果見圖2。隨著霧化氣流量的增大，進(jìn)樣量增多，進(jìn)入ICP的量也相應(yīng)增多，待測元素的譜線強(qiáng)度迅速增強(qiáng)，信背比也會(huì)大幅度提高，當(dāng)霧化氣流量增至0.75L/min時(shí)，絕大多數(shù)待測元素的譜線強(qiáng)度達(dá)到最大值，而待測元素Na、K、Sr、Ba的譜線強(qiáng)度則霧化氣流量增至0.8L/min時(shí)才能達(dá)到最大。隨著霧化氣流量的進(jìn)一步加大，部分進(jìn)入ICP的粒子來不及激發(fā)就被沖出ICP，同時(shí)過大流量的霧化氣也會(huì)造成ICP溫度降低，樣品的觀測高度也會(huì)相應(yīng)增大，結(jié)果所有待測元素的發(fā)射強(qiáng)度變?nèi)?，信背比變差。本文折中選擇霧化氣流量為0.75L/min，樣品的觀測高度為12mm。

圖2 霧化氣流量的優(yōu)化Fig.2 Nebulizer gas flow optimization

2.2 溶液酸度的影響

由于待測元素中存在揮發(fā)性元素，在樣品消解中為防止揮發(fā)性元素的損失，實(shí)驗(yàn)采用了微波密閉消解前處理方法，在消化液中殘存大量的硝酸，在進(jìn)入等離子炬中會(huì)消耗大量等離子體能量，從而嚴(yán)重影響待測元素的電離效率，導(dǎo)致部分高電離能元素的離子化效率的顯著降低，待測元素的譜線度也相應(yīng)降低，而在分析過程中常采用5%的硝酸介質(zhì)為外標(biāo)進(jìn)行校正，我們的前期研究表明，硝酸濃度在0%～5%濃度變化范圍內(nèi)，所有待測元素的譜線強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢，因此存在部分元素，特別的高電離元素的分析結(jié)果被嚴(yán)重低估的風(fēng)險(xiǎn)。采用標(biāo)準(zhǔn)加入法可以很好的解決此問題，但本實(shí)驗(yàn)待測樣品種類較多，而對于不同基質(zhì)的樣品消化液則需要分別進(jìn)行加標(biāo)，操作過程過于復(fù)雜繁瑣。借鑒有機(jī)試劑在等離子體分析過程中具有一定的增敏效應(yīng)[8]，本實(shí)驗(yàn)采用在外標(biāo)溶液和消解液中均加入有機(jī)試劑甲醇，結(jié)果表明，5%甲醇的加入對等離子體起到了良好的改善作用，有效地克服了酸效應(yīng)。

2.3 分析線的選擇及檢出限

等離子體光源具有強(qiáng)大的激發(fā)能量，在實(shí)驗(yàn)中待測元素會(huì)發(fā)射大量譜線，每種待測元素受到的干擾程度也存在較大的差異。首先參考儀器所提供的各待測元素分析線的信背比以及受干擾情況，分別選擇多條譜線，然后通過對每條待選譜線進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品空白掃描后的光譜圖進(jìn)行對比，選擇對待測元素干擾少、譜線強(qiáng)度高、靈敏度高的譜線作為分析線。各待測元素分析線的選擇見表1。

在選定的工作條件下，分別配制不同濃度的各待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，以各元素濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。用空白溶液和標(biāo)準(zhǔn)溶液連續(xù)測定計(jì)算其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，取3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差所對應(yīng)的濃度為各元素的檢出限。各待測元素標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍、線性相關(guān)系數(shù)以及檢出限見表1。

表1 元素的分析線、線性范圍、線性相關(guān)系數(shù)及檢出限Table 1 Analytical line，linear range，correlation coefficient and the detection limits of elements

表2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分析結(jié)果Table 2 Analytical results of standard material

表3 樣品分析結(jié)果（μg/g）Table 3 Analytical results of samples（μg/g）

2.4 內(nèi)標(biāo)元素的選擇

樣品溶液中鹽類濃度的變化以及實(shí)驗(yàn)過程環(huán)境溫度、濕度等因素引起儀器波動(dòng)的影響會(huì)給實(shí)驗(yàn)帶來誤差，加入內(nèi)標(biāo)元素可以有效地控制這些影響[9-10]。內(nèi)標(biāo)元素不僅可以補(bǔ)償?shù)入x子體激發(fā)過程中的波動(dòng)，還可以校正待測溶液引入等離子體的速率以及待測元素在等離子體中空間分布所帶來的影響。內(nèi)標(biāo)元素的選擇需遵循譜線靈敏度高、穩(wěn)定性好、干擾少并且樣品中含量極低的原則[11]。本實(shí)驗(yàn)通過比較加內(nèi)標(biāo)和不加內(nèi)標(biāo)元素各待測元素的加標(biāo)回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，確定了加入Y內(nèi)標(biāo)元素可顯著提高待測元素的回收率，并改善測量的精密度。本實(shí)驗(yàn)選擇加入5μg/mL Y內(nèi)標(biāo)元素10mL。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10048的分析

按上述優(yōu)化的分析條件和選定的實(shí)驗(yàn)步驟，對國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)芹菜（GBW10048）樣品重復(fù)測定11次，分析結(jié)果見表2，待測元素的測定值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所提供的參考值一致，方法具有良好的準(zhǔn)確度和精密度。

2.6 樣品分析

應(yīng)用上述方法對市場購買的榛子、腰果、杏仁、開心果、松子等5種堅(jiān)果進(jìn)行分析，表3結(jié)果表明，堅(jiān)果中含有豐富的鉀、鈣、鎂、鐵、鋅等微量營養(yǎng)元素，重金屬元素的含量極低，食用安全，是補(bǔ)腦、益智的佳品。

3 結(jié)論

本文應(yīng)用ICP-OES法測定了堅(jiān)果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16種微量元素。詳細(xì)地研究了儀器工作參數(shù)射頻功率和霧化氣流量對測定結(jié)果產(chǎn)生的影響，確定了各待測元素的分析線，采用國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行方法驗(yàn)證，樣品測定值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所提供的參考值一致，所有待測元素的檢出限為0.31～18.38μg/L。采用本法對榛子、腰果、杏仁、開心果、松子5種堅(jiān)果樣品進(jìn)行分析，數(shù)據(jù)表明，堅(jiān)果中含有豐富的鉀、鈣、鎂、鐵、鋅等微量營養(yǎng)元素，是補(bǔ)腦、益智的佳品。

[1]王梅艷，白潔，馬木提·庫爾班，等.核桃隔膜總黃酮和微量元素的測定[J].食品科學(xué)，2007，28（10）：477-479.

[2]任雪峰，吳冬青，王永生，等.FAAS法測定苦杏仁和甜杏仁中的13種金屬元素[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2009，26（3）：403-406.

[3]許景秀，李尚德.FAAS法測定豫南板栗中的微量元素[J].廣東微量元素科學(xué)，2009，16（5）：56-59.

[4]李志洲.甜杏仁中微量元素的光譜測定[J].光譜實(shí)驗(yàn)室，2008，25（4）：584-588.

[5]劉小芳，薛長湖，王玉明，等.兩種海膽礦質(zhì)元素的ICP-MS法測定分析[J].食品工業(yè)科技，2012，33（3）：313-316.

[6]覃毅磊，賴毅東，何雪芬.微波消解/ICP-AES法測定面制食品中五種常量元素的含量[J].食品工業(yè)科技，2010，31（2）：329-331.

[7]Lante A，Lomolino G，Cagnin M，et al.Content and characterisation of minerals in milk and in Crescenza and Squacquerone Italian fresh cheeses by ICP-OES[J].Food Control，2006，17（3）：229-233.

[8]聶西度，何曉梅，李立波，等.有機(jī)酸在電感耦合等離子體質(zhì)譜中基體效應(yīng)的研究[J].光譜學(xué)與光譜分析，2007，27（7）：1420-1423.

[9]Suleiman J S，Hu B，Peng H，et al.Separation/preconcentration of trace amounts of Cr，Cu and Pb in environmental samples by magnetic solid-phase extraction with Bismuthiol-II-immobilized magnetic nanoparticles and their determination by ICP-OES[J].Talanta，77（5）：1579-1583.

[10]聶西度，符靚.高嶺土化學(xué)組成的ICP-AES和ICP-MS的準(zhǔn)確測定[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2010，32（8）：33-36.

[11]Harmse M J，McCrindle R I.The determination of antimony in lead-antimony alloys using ICP-OES and internal standardisation[J].J Anal At Spectrom，2002，17（10）：1411-1414.

Determination of trace elements in nuts by inductively coupled plasma optical emission spectrometry

NIE Xi-du1，F(xiàn)U Liang2，*
（1.Department of Material and Chemical Engineering，Hunan Institute of Technology，Hengyang 421002，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Yangtze Normal University，F(xiàn)uling 408100，China）

O657.63

A

1002-0306（2012）20-0066-04

2012-05-23 *通訊聯(lián)系人

聶西度（1964-），男，博士，教授，主要從事光譜和質(zhì)譜分析方法的研究與應(yīng)用。

重慶市自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（cstc2012jjA0108）；重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目資助（KJ121311）。