曹葉霞，李慧卿，尹愛(ài)萍

(忻州師范學(xué)院，山西 忻州 034000)

花椒(Chinese prickly ash)為蕓香科花椒屬落葉小喬木。五臺(tái)山氣候溫?zé)?，無(wú)霜期長(zhǎng)，適宜花椒的生長(zhǎng)?，F(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究證明必需微量金屬元素與人體健康密切相關(guān)，鐵、鉻、鋅、錳、銅等是人體必需微量元素，攝入不足或過(guò)多就會(huì)打破體內(nèi)平衡,引起生理異常甚至導(dǎo)致疾病[1]，重金屬元素鉛、鎘等對(duì)人體健康有很大影響，且隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展，飲用水、土壤等的污染會(huì)使植物富集重金屬[2]，因此測(cè)定這些金屬元素的含量對(duì)其食品安全性評(píng)價(jià)有重大意義。

目前樣品常見(jiàn)的消解方法有微波消解法、干灰化法、濕式消解法，干灰化法消化溫度高且時(shí)間長(zhǎng)，容易導(dǎo)致被測(cè)成分元素?fù)p失；濕式消解法溶劑用量大且污染環(huán)境；微波消解法用時(shí)短，分解完全，不易受污染，元素幾乎無(wú)損失，酸耗量少[3]。測(cè)定金屬元素的方法有：火焰原子吸收法(FAAS)、紫外可見(jiàn)分光光度法(UV-Vis)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP-MS)、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)等，其中較常用的是火焰原子吸收光譜法(FAAS)和電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)，火焰原子吸收法為國(guó)標(biāo)中規(guī)定的分析方法[4]，但只能單個(gè)元素測(cè)定，分析周期長(zhǎng)；而電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法操作簡(jiǎn)單，取樣量少，穩(wěn)定性好，能在短時(shí)間內(nèi)精確測(cè)定較寬濃度范圍，同時(shí)測(cè)定多種元素，被大量應(yīng)用于元素分析[5-8]?，F(xiàn)在對(duì)花椒的研究重點(diǎn)主要是花椒有效成分的功效及有效成分的分離提取等方面，對(duì)花椒中金屬元素含量的研究較少。鄭雅楠[9]用微波消解法對(duì)樣品進(jìn)行前處理，應(yīng)用 ICP-MS測(cè)定了陜西花椒中主要金屬元素含量，結(jié)果顯示其中的鉛含量較高；鄧波、李爽境[10]將濕法消解與原子吸收光譜法相結(jié)合，測(cè)定了四川某地花椒中鐵、鋅、銅、鎘、鉛5種金屬元素含量，測(cè)得鎘元素含量低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，鉛元素稍高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。未見(jiàn)報(bào)道五臺(tái)山花椒金屬元素含量，因此本實(shí)驗(yàn)采用微波消解五臺(tái)山花椒，并用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定樣品中鈣、鎂、鉀、鋅、錳、鉛、銅、鉻、鐵和鎘10種金屬元素含量。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 樣品來(lái)源

花椒：采購(gòu)于五臺(tái)縣特產(chǎn)店。

1.2 儀器和試劑

PerkinElmer Optima 8000電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；MDS-6G微波消解儀 上海新儀微波化學(xué)科技有限公司；SRJX-4-8高溫箱形電爐 上海三星電熱儀器廠；DL-1萬(wàn)用電爐 北京中興偉業(yè)儀器有限公司。

硝酸(GR)：西隴科學(xué)股份有限公司；30%過(guò)氧化氫(AR)：天津政成化學(xué)制品有限公司；鉀元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；鈣、鎂元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL)：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試測(cè)試中心；鉻元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL)：國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心；鐵、鋅、錳、銅元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL)：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；鉛、鎘元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1000 μg/mL)：北京壇墨質(zhì)檢科技有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為屈臣氏蒸餾水。

1.3 儀器工作條件

射頻功率1330 W；等離子氣流量15 L/min；霧化氣流量0.55 L/min；輔助氣流量0.2 L/min；泵速1.5 r/min；積分時(shí)間5～20 s；讀數(shù)延遲時(shí)間30 s；各待測(cè)元素分析譜線見(jiàn)表1。

表1 分析譜線的選擇Table 1 The selection of analytical spectral lines

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 花椒樣品預(yù)處理

將花椒洗凈，籽、皮分離，烘干粉碎，過(guò)60目篩后，分別保存于干燥潔凈的試劑瓶中備用。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的制備

配制各元素的儲(chǔ)備液，Ca、Mg、K的濃度為100 μg/mL，Zn、Mn的濃度為50 μg/mL，Pb、Cu、Cr、Fe、Cd的濃度為10 μg/mL，從儲(chǔ)備液中移取相應(yīng)體積的標(biāo)準(zhǔn)溶液到25 mL的容量瓶中，用3%的硝酸溶液稀釋定容。將10種金屬元素配成4組系列混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，第Ⅰ組：Ca、Mg、K濃度梯度均為5.0，10.0，15.0，20.0，25.0，30.0 μg/mL；第Ⅱ組：Zn的濃度梯度為0.2，0.4，0.6，0.8，1.0，1.2 μg/mL，Mn的濃度梯度為0.5，1.0，1.5，2.0，2.5，3.0 μg/mL；第Ⅲ組：Pb的濃度梯度為0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.14 μg/mL，Cu的濃度梯度為0.1，0.2，0.4，0.6，0.8，1.0 μg/mL；第Ⅳ組：Cr、Fe、Cd、Fe的濃度梯度均為1.0，2.0，3.0，4.0，5.0，6.0 μg/mL，Cr、Cd的濃度梯度均為0.04，0.06，0.08，0.10，0.12，0.14 μg/mL。以3%硝酸溶液作為空白溶液，測(cè)定各元素標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限。

1.4.3 探究最佳微波消解條件1.4.3.1 消解溫度

稱取0.2000 g樣品6份，置于洗凈干燥的消解罐中，加入5.00 mL濃HNO3和3.00 mL H2O2，待反應(yīng)緩和后裝罐，在功率500 W下，分別按照100，120，160 ℃；100，140，160 ℃；100，130，170 ℃；100，140，170 ℃；100，140，180 ℃；100，130，160，180 ℃6個(gè)程序升溫階段，總時(shí)長(zhǎng)在60 min，進(jìn)行微波消解，消解完畢后，在電熱板上于120 ℃趕酸至1～2 mL，冷卻至室溫，觀察消解效果。

1.4.3.2 消解試劑的選擇

稱取0.2000 g樣品7份，分別用5.00 mL濃HNO mL濃HNO3、7.00 mL濃HNO3、8.00 mL濃HNO3、5.00 mL濃HNO3+1.00 mL H2O2、5.00 mL濃HNO3+2.00 mL H2O2、5.00 mL濃HNO3+3.00 mL H2O27種消解液在1.4.3.1中探究出的最佳溫度下，總時(shí)長(zhǎng)為35 min，功率500 W的條件下進(jìn)行微波消解，比較7種消解液的消解效果。

1.4.3.3 消解時(shí)間

稱取0.2000 g樣品6份，在上述探究出的最佳溫度和消解試劑下，功率為500 W，總時(shí)長(zhǎng)分別為25，35，45，55，65，75 min進(jìn)行微波消解，比較消解效果。

1.4.4 樣品含量測(cè)定

在最佳微波消解條件下處理6份樣品，消解完畢后，將消解罐放在電熱板上于120 ℃趕酸至1～2 mL，冷卻至室溫，定量轉(zhuǎn)移到25 mL容量瓶中，用水沖洗消解罐壁并定容，得到待測(cè)溶液，同時(shí)制備樣品空白溶液。

1.4.5 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

取兩份相同的樣品溶液，向其中一份加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定兩份樣品的元素含量，計(jì)算樣品加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與討論

2.1 最佳微波消解條件

2.1.1 消解溫度的確定

在100，130，160，180 ℃程序升溫過(guò)程中，消解后得到的樣品是透明溶液，因此確定此為最佳程序升溫段。

2.1.2 消解試劑的確定

消解液為5.00 mL濃HNO3和7.00 mL濃HNO3時(shí)，消解效果沒(méi)有明顯差別，消解后的樣品為綠色透明溶液，用5.00 mL濃HNO3+2.00 mL H2O2消解后的樣品為淺綠色透明溶液，用5.00 mL濃HNO3+3.00 mL H2O2消解后的溶液完全無(wú)色透明，5.00 mL濃HNO3+3.00 mL H2O2為最佳的消解試劑。

2.1.3 消解時(shí)間的確定

當(dāng)消解總時(shí)長(zhǎng)增加到55 min時(shí)，消解效果明顯變好，樣品溶液完全透明，60 min和55 min沒(méi)有明顯差別。因此，最佳總時(shí)長(zhǎng)為55 min。

最佳微波消解條件見(jiàn)表2。

表2 最佳微波消解條件Table 2 The optimum microwave digestion conditions

2.2 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線和檢出限

按表1的儀器工作條件對(duì)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測(cè)定并制作各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，測(cè)定3%的硝酸溶液11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差比方法靈敏度得到各元素的檢出限，各元素的回歸方程及檢出限見(jiàn)表3。各元素的相關(guān)系數(shù)在0.9972～0.9999之間，10種元素線性關(guān)系良好，且各元素檢出限均低于0.06 μg/mL。

表3 各元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線、檢出限Table 3 The standard working curve and detection limit of each element

2.3 樣品含量的測(cè)定及方法精密度

表4 花椒中各元素含量及其精密度Table 4 The content and precision of each element in Chinese prickly ash

表5 花椒籽中各元素含量及其精密度Table 5 The content and precision of each element in Chinese prickly ash seeds

表6 花椒皮中各元素含量及其精密度Table 6 The content and precision of each element in Chinese prickly ash peels

由表4～表6可知，五臺(tái)山花椒、花椒籽和花椒皮中各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD<4.88%，花椒中常量元素鈣含量最多，為9326 mg/kg，高于陜西、山東、北京、河南、甘肅和遼寧地區(qū)的紅花椒[11]，其次是鉀和鎂，含量分別為2018，1948 mg/kg，而鎂的含量高于陜西地區(qū)的花椒；微量元素中鐵的含量最高，為199.2 mg/kg，錳、銅和鋅的含量次之，含量分別為24.95，21.87，17.61 mg/kg，其中鐵和銅的含量高于陜西和四川地區(qū)的花椒，錳和鋅的含量同陜西地區(qū)的花椒相當(dāng)；重金屬元素中不含鎘，鉻的含量為0.225 mg/kg，符合GB 2762—2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》，鉛的含量為1.60 mg/kg，低于四川和陜西部分地區(qū)花椒中鉛的含量，同時(shí)符合GB/T 30391—2013《花椒》標(biāo)準(zhǔn)[12]，五臺(tái)山花椒中重金屬鉛、鎘和鉻的含量均符合規(guī)定，在重金屬元素含量方面不存在毒理風(fēng)險(xiǎn)。因此,五臺(tái)山花椒更適用于缺乏這些元素的人群食用，優(yōu)于其他地區(qū)的產(chǎn)品。

2.4 加標(biāo)回收率試驗(yàn)

表7 花椒中加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 7 The results of recovery test for Chinese prickly ash

表8 花椒籽加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 8 The results of recovery test for Chinese prickly ash seeds

表9 花椒皮加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果Table 9 The results of recovery test for Chinese prickly ash peels

由表7～表9可知，五臺(tái)山花椒、花椒籽和花椒皮中各元素的回收率在95.8%～104.4%之間，說(shuō)明該方法準(zhǔn)確，適用于五臺(tái)山花椒中金屬元素含量的測(cè)定。

3 結(jié)論

采用微波消解電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法測(cè)定五臺(tái)山花椒，得到最佳微波消解條件：消解液為5.00 mL濃HNO3和3.00 mL 30% H2O2，功率為500 W，程序升溫為100 ℃ 5 min、130 ℃ 10 min、160 ℃ 15 min、180 ℃ 25 min 4個(gè)階段。五臺(tái)山花椒、花椒籽和花椒皮中各元素相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD<4.88%，其中鎂、鈣、鐵、銅含量較多，各元素回收率在95.8%～104.4%之間，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。因此,該法適用于五臺(tái)山花椒及各部分金屬元素含量的測(cè)定。