ICP-OES法測定堅果中微量元素的研究

聶西度，符 靚

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

ICP-OES法測定堅果中微量元素的研究

聶西度1，符 靚2，*

（1.湖南工學院材料與化學工程系，湖南衡陽 421002；2.長江師范學院化學化工學院，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射光譜（ICP-OES）法同時測定堅果中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。采用國家一級標準物質（芹菜，GBW10048）進行方法驗證，測定結果與標準物質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確度。

電感耦合等離子體發射光譜，微波輔助消解，堅果，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，Fe，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，營養價值很高。堅果含有大量碳水化合物、優質蛋白質、脂肪等，還含有礦物質、維生素、氨基酸、膳食纖維等營養成分。在食物的分類中，堅果被歸類為脂肪類食物，高熱量高脂肪是堅果的特性，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，對人體的生長發育、增強體質、預防疾病均有極好的功效，是補腦、益智的佳品。堅果種類繁多，一般分為樹堅果和種子兩類。樹堅果主要包括榛子、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。堅果中微量元素的測定已有相關文獻報道，研究對象多集中于國產和種子類堅果[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，不適合批量產品的分析，具有一定的局限性。多元素的同時測定主要采用電感耦合等離子體發射光譜（ICP-OES）法，該法具有線性范圍寬、靈敏度高、檢出限低、分析速度快等特點已廣泛用于食品加工領域[5-7]。本文采用微波輔助消解制樣，建立了ICP-OES法同時測定榛子、腰果、杏仁、開心果、松子等5種堅果中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

標準溶液：1000μg/mL的B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba單元素標準溶液 購自國家標準物質研究中心，然后根據元素測定的需要，配制成不同濃度的單元素標準溶液和多元素混合標準溶液，并貯存于聚四氟乙烯瓶中；內標溶液：1000μg/mL的Y標準溶液 購自國家標準物質研究中心，使用時用超純水稀釋至5μg/mL；HNO3、H2O2均為優級純；實驗用水 超純水（電阻率≥18.2MΩ·cm）。

Optima 2100 DV電感耦合等離子發射光譜儀 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 美國Millipore公司；MARS-X微波消解系統 美國CEM公司。

1.2 樣品處理方法

準確稱取0.5000g樣品于消解罐內襯內，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的托盤上，微波消解程序為升溫控制模式：步驟一，最大功率600W，功率100%，爬升時間10min，壓力165psi（1psi=6.895kPa），溫度150℃，保持時間2min；步驟二，最大功率600W，功率100%，爬升時間10min，壓力195psi（1psi=6.895kPa），溫度190℃，保持時間5min。消解完成后取出冷卻，打開消解罐蓋，將樣品液置于通風櫥內靜置抽風至清澈后用超純水轉移至50mL容量瓶中，定容待測，同時做試劑空白實驗。

2 結果與討論

2.1 儀器測定參數的優化

影響ICP-OES工作性能的三個關鍵參數為高頻發生器的射頻功率、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。采用1μg/mL的混合標準溶液，考察了射頻功率在1000～1300W范圍內各待測元素譜線強度的變化情況。圖1結果表明，隨著射頻功率的逐漸升高，各待測元素的譜線強度逐漸增強，同時背景強度也相應增大，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時譜線強度達到最大，隨后出現大幅度下降，但絕大多數元素在射頻功率為1200W時譜線強度達到最大，綜合考慮各待測元素的信號和背景強度，確定了本實驗儀器選擇的射頻功率為1200W。

圖1 射頻功率的優化Fig.1 RF power optimization

在選定的射頻功率下，采用1μg/mL的混合標準溶液，考察了霧化氣流量在0.6～0.9L/min范圍內變化對待測元素分析信號的影響，結果見圖2。隨著霧化氣流量的增大，進樣量增多，進入ICP的量也相應增多，待測元素的譜線強度迅速增強，信背比也會大幅度提高，當霧化氣流量增至0.75L/min時，絕大多數待測元素的譜線強度達到最大值，而待測元素Na、K、Sr、Ba的譜線強度則霧化氣流量增至0.8L/min時才能達到最大。隨著霧化氣流量的進一步加大，部分進入ICP的粒子來不及激發就被沖出ICP，同時過大流量的霧化氣也會造成ICP溫度降低，樣品的觀測高度也會相應增大，結果所有待測元素的發射強度變弱，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性元素，在樣品消解中為防止揮發性元素的損失，實驗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，在進入等離子炬中會消耗大量等離子體能量，從而嚴重影響待測元素的電離效率，導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降低，而在分析過程中常采用5%的硝酸介質為外標進行校正，我們的前期研究表明，硝酸濃度在0%～5%濃度變化范圍內，所有待測元素的譜線強度均呈現下降趨勢，因此存在部分元素，特別的高電離元素的分析結果被嚴重低估的風險。采用標準加入法可以很好的解決此問題，但本實驗待測樣品種類較多，而對于不同基質的樣品消化液則需要分別進行加標，操作過程過于復雜繁瑣。借鑒有機試劑在等離子體分析過程中具有一定的增敏效應[8]，本實驗采用在外標溶液和消解液中均加入有機試劑甲醇，結果表明，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。

2.3 分析線的選擇及檢出限

等離子體光源具有強大的激發能量，在實驗中待測元素會發射大量譜線，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行標準溶液與樣品空白掃描后的光譜圖進行對比，選擇對待測元素干擾少、譜線強度高、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準溶液，以各元素濃度為橫坐標，發射強度為縱坐標繪制標準曲線。用空白溶液和標準溶液連續測定計算其相對標準偏差，取3倍標準偏差所對應的濃度為各元素的檢出限。各待測元素標準曲線的線性范圍、線性相關系數以及檢出限見表1。

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

表2 標準物質分析結果Table 2 Analytical results of standard material

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

2.4 內標元素的選擇

樣品溶液中鹽類濃度的變化以及實驗過程環境溫度、濕度等因素引起儀器波動的影響會給實驗帶來誤差，加入內標元素可以有效地控制這些影響[9-10]。內標元素不僅可以補償等離子體激發過程中的波動，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。內標元素的選擇需遵循譜線靈敏度高、穩定性好、干擾少并且樣品中含量極低的原則[11]。本實驗通過比較加內標和不加內標元素各待測元素的加標回收率和相對標準偏差，確定了加入Y內標元素可顯著提高待測元素的回收率，并改善測量的精密度。本實驗選擇加入5μg/mL Y內標元素10mL。

2.5 標準物質GBW10048的分析

按上述優化的分析條件和選定的實驗步驟，對國家一級標準物質芹菜（GBW10048）樣品重復測定11次，分析結果見表2，待測元素的測定值與標準物質所提供的參考值一致，方法具有良好的準確度和精密度。

2.6 樣品分析

應用上述方法對市場購買的榛子、腰果、杏仁、開心果、松子等5種堅果進行分析，表3結果表明，堅果中含有豐富的鉀、鈣、鎂、鐵、鋅等微量營養元素，重金屬元素的含量極低，食用安全，是補腦、益智的佳品。

3 結論

本文應用ICP-OES法測定了堅果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16種微量元素。詳細地研究了儀器工作參數射頻功率和霧化氣流量對測定結果產生的影響，確定了各待測元素的分析線，采用國家一級標準物質進行方法驗證，樣品測定值與標準物質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種堅果樣品進行分析，數據表明，堅果中含有豐富的鉀、鈣、鎂、鐵、鋅等微量營養元素，是補腦、益智的佳品。

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

NIE Xi-du1，FU 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，Fuling 408100，China）

O657.63

A

1002-0306（2012）20-0066-04

2012-05-23 *通訊聯系人

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

重慶市自然科學基金資助項目（cstc2012jjA0108）；重慶市教委科學技術研究項目資助（KJ121311）。