張叢蘭, 張 美, 李 皓, 杜 萍, 馬小建, 李 慶, 楊 芳,*

(1.湖北大學知行學院,湖北武漢 430011;2.武漢工程大學綠色化工過程省部共建教育部重點實驗室,湖北武漢 430073;3.昆明理工大學分析測試研究中心,云南昆明 650093;4.云南省分析測試中心,云南昆明 650093)

鈣是人體必需的元素,它可以幫助構建骨骼和保護牙齒、促進傳遞神經(jīng)信號以及調節(jié)心臟節(jié)律等[1-2],其含量也是衡量豆制品質量的一個重要指標.黃豆、豆莢以及強化鈣的豆?jié){是人們獲得鈣的重要來源之一[3].豆?jié){作為乳的替代品被很多乳糖不適應癥人群以及素食主義者接受[4].

鈣的測定方法主要有高錳酸鉀滴定法和原子吸收法.高錳酸鉀滴定法測定鈣含量一般需要2 d的時間,并且高錳酸鉀標準溶液濃度易發(fā)生變化,需不斷標定,既費時費力,又不易處理大批量試樣.而火焰原子吸收法測定鈣含量,可以縮短檢驗時間,提高勞動效率,同時便于處理大批量試樣[5].

大豆加工可能會破壞和轉移某些組分[6],例如鈣離子可能在浸泡磨漿過程中損失.采用火焰原子吸收光譜法(flame atomic absorption spectrometry,FAAS)測豆?jié){及其原料中鈣,可以簡便、快速地計算出豆?jié){加工過程中鈣離子的損失率.但是,鈣極易在空氣-乙炔中形成穩(wěn)定的焦磷酸鈣而影響鈣的原子化效率[7].

本文采用濕法消化對豆?jié){及其原料進行預處理,制備樣品溶液,在傳統(tǒng)方法基礎上,加入一定量氧化鑭來消除這種干擾[8],利用FAAS測定了豆?jié){和其原料中鈣元素的含量.對2種方法進行比較的結果顯示,氧化鑭溶液的加入使測定方法靈敏度更好、檢出限更低、回收率更高,適合大批樣品的測定,為樣品預處理方法的選擇提供了參考依據(jù).

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

新鮮大豆,購于武漢農(nóng)貿(mào)市場;濃度1.00 g/L的鈣標準液,環(huán)境保護部標準樣品研究所;濃硝酸、高氯酸均為分析純.

1.2 儀器與設備

TAS990型原子吸收分光光度計,北京普析通用儀器有限責任公司;鈣空心陰極燈;KDN-12C型消化爐,上海洪紀儀器設備有限公司;JY2003型電子分析天平,上海舜宇恒平科學儀器有限公司;FW80型粉碎機,天津市泰斯特儀器有限公司;JYD-P11S81型九陽豆?jié){機,九陽股份有限公司;DHG-9075A型電熱恒溫鼓風干燥箱,上海一恒科學儀器有限公司;AGX2-20-1P型純水機,重慶頤洋企業(yè)發(fā)展有限公司.

1.3 測定條件

原子吸收分光光度計工作參數(shù)為工作燈是鈣空心陰極燈,火焰類型是空氣-乙炔火焰,波長422.7 nm,燈電流3.0 mA,狹縫0.50 nm,燃氣流量2 000 mL/min.

1.4 樣品預處理

1.4.1 豆?jié){的制備及預處理

準確稱取大豆30.00 g,用90 mL的清水浸泡8 h后放入九陽豆?jié){機中磨漿,定容得到300 mL豆?jié){.取10.00 mL豆?jié){放入消化管中,將消化管放入消化爐中,加入適量消化酸(V(濃硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1),消化開始時將溫度調低(約130℃),然后逐步將溫度調高(最終調至250℃左右)進行消化,一直消化到樣品冒白煙,樣品溶液呈黃綠色或無色為止.消化完后,將消化管中的液體冷卻,然后轉移至50 mL容量瓶中,再用去離子水或氧化鑭溶液沖洗消化管2～3次,定容至刻度[9].

1.4.2 豆粉的制備與預處理

將大豆用粉碎機粉碎,過40目篩,備用.準確稱取1.00 g大豆粉放入消化管中,按照1.4.1方法進行消化[10].

1.5 鈣離子濃度測定方法1

1.5.1 標準曲線的繪制

將1.00 g/L的鈣標準溶液用1.00%體積分數(shù)的稀硝酸稀釋,得到5.00,10.00,15.00,20.00以及25.00μg/mL標準溶液,測定吸光度值,得到鈣元素的標準曲線.

1.5.2 樣品測定

按照1.4方法分別處理樣品后,用1.00%體積分數(shù)的稀硝酸對樣品進行一定的稀釋,然后用火焰原子吸收分光光度計測得吸光度值,通過標準曲線得到樣品濃度.

1.6 鈣離子濃度測定方法2

1.6.1 標準曲線的繪制

在1.00%的稀硝酸中加入氧化鑭,使其終濃度為25.00 g/L.將1.00 g/L的鈣標準溶液用含有25.00 g/L氧化鑭的1.00%體積分數(shù)的稀硝酸稀釋,得到5.00,10.00,15.00,20.00以及25.00μg/mL標準溶液,測定吸光度值,得到鈣元素的標準曲線.

1.6.2 樣品測定

按照1.4方法分別處理樣品后,用含有25.00 g/L氧化鑭的1.00%體積分數(shù)的稀硝酸對樣品進行一定的稀釋,然后用火焰原子吸收分光光度計測得吸光度值,通過標準曲線得到樣品濃度.

1.7 靈敏度的測定

在火焰原子吸收分析中,通常習慣于用能產(chǎn)生1.00%吸收(即吸光度值為0.004 4)時所對應的待測溶液濃度(μg/mL)來表示分析的靈敏度,稱為特征濃度(Cc)或特征(相對)靈敏度.特征濃度的測定方法是配制一待測元素的標準溶液(其濃度在線性范圍),調節(jié)儀器最佳條件,測定標準溶液的吸光度[11],按式(1)計算.

式(1)中,Cc為特征濃度,μg/(mL·%);c為被測溶液濃度,μg/mL;A為測得的溶液吸光度.對分析工作顯然是特征濃度愈小愈好.

1.8 檢出限的測定

檢出限可用于表示能被儀器檢出的元素的最小濃度或最小質量.根據(jù)IUPAC規(guī)定,將檢出限定義為,能夠給出3倍于標準偏差的吸光度時,所對應的待測元素的濃度或質量,用式(2)進行計算.

式(2)中,Dc為相對檢出限,μg/mL;c為待測溶液質量濃度,μg/mL;a為空白溶液測量標準偏差,是對空白溶液或接近空白的待測組分標準溶液的吸光度進行不少于10次的連續(xù)測定后,由式(3)計算求得的.

式(3)中,Ai為空白溶液第i次測量的吸光度;A為空白溶液多次平行測定的平均吸光度值;n為測定次數(shù)(≥10).檢出限是儀器性能的一個重要指標[12].本實驗中,對空白溶液的吸光度測定10次,根據(jù)式(2)和式(3)計算相對檢出限.

1.9 回收率的測定

本文用加標法測定回收率.在給定的實驗條件下,先測定未知試樣中待測元素的含量,然后在一定量的該試樣中,準確加入一定量待測元素,以同樣方法進行樣品處理.在同樣條件下,測定其中待測元素的含量,則回收率等于加標樣測定值與未加標樣測定值之差與標樣加入量之比,即

回收率愈接近1,則方法的可靠性愈高[13].

2 結果與分析

2.1 樣品稀釋倍數(shù)和消化液用量的選擇

對1.4.1中的豆?jié){樣品,分別按照1∶1,1∶2以及1∶3體積進行稀釋,然后加入30.00 mL消化酸(濃硝酸∶高氯酸=4∶1)進行消化.結果發(fā)現(xiàn)按照1∶1體積稀釋的樣品,消化完全后,溶液呈淺棕黃色,透明度一般;按照1∶2體積稀釋的樣品,消化完全后,溶液呈黃綠色,較透明;按照1∶3體積稀釋的樣品,消化完全后,溶液呈淡黃綠色,透明度好,因此本實驗中豆?jié){的稀釋比例選擇1∶3.

取10.00 mL按照1∶3進行稀釋的豆?jié){樣品,用不同體積的消化液對稀釋后的豆?jié){樣品進行消化,消化效果見表1.

按照1.4.2方法制備豆粉,取1.000 g豆粉,用不同體積的消化液進行消化,消化效果見表2.

表1 豆?jié){樣品消化酸用量的單因素實驗Tab.1 Single-factor experiment for digestion acid amount of soybean milk

表2 豆粉樣品消化酸用量的單因素實驗Tab.2 Single-factor experiment for digestion acid amount of soybean meal

由表1和表2可以看出,按1∶3體積稀釋的豆?jié){樣品,即10.00 mL稀釋后豆?jié){樣品消化的最佳消化酸用量為30.00 mL(V(濃硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1).而1.00 g黃豆粉的最佳消化酸用量為35.00 mL(V(濃硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1).

2.2 鈣標準曲線

測定方法1中鈣元素的標準方程為A=0.032 3×c-0.051 4(R2=0.999 0),線性范圍在7.8～26.4 mg/L.測定方法2得到鈣元素的標準曲線方程為：A=0.039 8×c-0.110 6(R2=0.999 5),線性范圍在7.8～22.9 mg/L.

2.3 兩種方法測定鈣含量的比較

用兩種方法測定鈣含量見表3,由表3可以看出,測定方法2的結果比方法1提高了31.7%.說明氧化鑭的加入有效的排除了干擾.方法2測定結果顯示,在大豆原料加工成豆?jié){的過程中,鈣的損失率為10.4%.

表3 2種方法的測定結果比較Tab.3 Comparison of measurement results of two methods

2.4 靈敏度

測定方法1中未加入氧化鑭溶液,取25.00μg/mL鈣標準工作液(去離子水配制)35.00 mL于50.00 mL容量瓶中,用去離子水定容至刻度.用火焰原子吸收光譜法法測得A為0.604,c為20.29μg/mL,計算靈敏度為0.15μg/(mL·%).測定方法2中用25.00 g/L氧化鑭代替去離子水作為溶劑,取25.00 μg/mL鈣標準工作液(用25.00 g/L氧化鑭溶液配制)28.00 mL于50 mL容量瓶中,用25.00 g/L氧化鑭溶液定容至刻度.用火焰原子吸收光譜法法測得A為0.482,c為14.89μg/mL,計算靈敏度為0.136 μg/(mL·%).實驗結果顯示,氧化鑭的加入提高了測定方法的靈敏度.

2.5 檢出限

測定方法1中,對空白溶液的吸光度測定10次,分別為 0.084,0.080,0.086,0.092,0.094,0.091,0.093,0.092,0.093,0.088.計算得a=0.004 65,且測定方法1中豆?jié){樣品的平均吸光度為0.220,樣品平均濃度為8.402μg/mL,Dc=0.533 μg/mL.測定方法2中,對空白溶液的吸光度測定10次,分別為0.323,0.323,0.345,0.334,0.331,0.345,0.336,0.345,0.350,0.348,計算得a=0.000 1,且測定方法2中豆?jié){樣品的平均吸光度為0.330,樣品平均濃度為11.07μg/mL,Dc=0.01μg/mL.實驗結果顯示,氧化鑭的加入使測定方法的檢出限更低,儀器穩(wěn)定性更好.

2.6 回收率

參照文獻[14]和文獻[15]用不同樣品加入不同量的鈣標準溶液測定鈣含量,計算回收率,結果見表4和表5.

表4 測定方法1(未加氧化鑭)的回收率比較Tab.4 Recovery comparison of determination method 1(without lanthanum oxide)

表5 測定方法2(加氧化鑭)的回收率比較Tab.5 Recovery comparison of determination method 2(with lanthanum oxide)

由表4和表5可以看出,氧化鑭的加入使測定方法的回收率更高,可靠性更高.

3 結 論

采用火焰原子吸收光譜快速測定豆?jié){及其原料中的鈣,方法簡便、快速、準確、靈敏度為0.150 mg/(L·%),檢出限為0.533 mg/L,回收率為96.9%.氧化鑭是鈣的釋放劑,為了消除 Al、P、Si、Ti、Fe、Mn、Be 等的化學干擾,在溶液中加入25.00 g/L氧化鑭,靈敏度為0.136 mg/(L·%),檢出限為0.01 mg/L,回收率提高到98.1%.說明采用25.00 g/L氧化鑭排除干擾測定豆?jié){中鈣是可行的.通過對豆?jié){和豆粉中鈣含量的測定可以看出,豆?jié){加工中鈣的損失率為10.4%.

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