微波密閉消解-ICP-AES同時(shí)測定賊小豆中18種礦物質(zhì)元素

高向陽，張 娜，韓 帥

（1.鄭州科技學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450064；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

微波密閉消解-ICP-AES同時(shí)測定賊小豆中18種礦物質(zhì)元素

高向陽1,2，張 娜1，韓 帥2

（1.鄭州科技學(xué)院食品科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450064；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002）

為探討鄭州地區(qū)野生賊小豆中微量元素的組成、含量和分布特性，充分開發(fā)利用賊小豆自然資源，用微波密閉消解-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法同時(shí)測定了賊小豆樣品中Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg等18種微量元素。結(jié)果表明：在優(yōu)化條件下，待測各元素間相互干擾較小，18種元素在一定范圍具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（r）均不小于0.995 0，檢出限范圍為0.000 1～0.035 ?g/mL，定量限范圍為0.000 17～0.058 ?g/mL，平均回收率為97.08%～113.06%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.14%～3.2%（n=6）。該法所用樣品和消解劑量少，消解完全、快速省時(shí)，待測元素不易揮發(fā)損失，可同時(shí)測定18種礦物質(zhì)元素，工作效率較高，用于賊小豆樣品的測定，結(jié)果令人滿意。

賊小豆；微波密閉消解；電感耦合等離子體發(fā)射光譜法；礦物質(zhì)元素

礦物質(zhì)元素具有參與生物體代謝的調(diào)控、酶的合成、呼吸鏈的組成、免疫系統(tǒng)的生長發(fā)育等生理功能，其含量的高低對人體健康有重大影響[1-2]，是生命活動(dòng)及繁衍等不可缺少的物質(zhì)[3-4]。賊小豆（Vigna minima）又名山綠豆，為雙子葉植物綱，豆科菜豆亞組、豇豆屬一年生纏繞草本植物，國內(nèi)外均有分布[5]，我國主產(chǎn)于北部、東南部至南部的曠野、草叢或灌叢中。賊小豆中的礦物質(zhì)元素對其品質(zhì)有較大影響，目前，賊小豆中礦物質(zhì)元素尚未見有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道。測定賊小豆中礦物質(zhì)元素的分布情況，為該自然資源的營養(yǎng)特性的科學(xué)評價(jià)、合理開發(fā)和充分利用提供依據(jù)，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

電感耦合等離子體-原子發(fā)射光譜（inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer，ICP-AES）法以其檢出限低、動(dòng)態(tài)線性范圍寬、精密度高、基體效應(yīng)小、分析速度快、工作效率高，可同步測定多元素的主量、微量和痕量共存組分[6]等優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于食品、中藥等樣品分析[7-14]。本實(shí)驗(yàn)利用微波密閉消解技術(shù)消解樣品，用ICP-AES法同時(shí)測定了賊小豆中的Ca、Co、Cr、Cu、Fe、Al、Ba、Cd、Hg等18種礦物質(zhì)元素，方法快速省時(shí)，樣品消解不污染環(huán)境，也不易被環(huán)境所污染，工作效率高，為評價(jià)野生賊小豆的食用安全性，更好地開發(fā)利用這一自然植物資源提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

賊小豆：灰黑色小豆，平均千粒質(zhì)量27.325 0 g，2012年秋季采集于鄭州龍子湖高校園區(qū)（113∶42E；34∶44N，由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命學(xué)院朱長山教授鑒定）；取完整、飽滿籽粒依次用蒸餾水、超純水快速淋洗3遍后于60 ℃烘箱中烘干，備用；鄭州綠豆，產(chǎn)地河南省新鄭市；南陽綠豆，采集于南陽市唐河縣桐寨鋪鎮(zhèn)。

GBW07603（GSV-2）灌木枝葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、GBW10016茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)、Al、Ba、Ca、Cd、Co、Cr、Cu、Fe、Hg、Mn等質(zhì)量濃度均為1 g/L的18種待測元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；待測元素標(biāo)準(zhǔn)使用液：根據(jù)各元素的檢出限，分別取一定量的各元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液于100 mL容量瓶中，用5 g/100 mL硝酸逐級稀釋，配制成適用的元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液；68 g/100 mL優(yōu)級純硝酸、30 g/100 mL優(yōu)級純過氧化氫 煙臺(tái)市雙雙試劑廠。

1.2 儀器與設(shè)備

710ES型全譜直讀電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀 美國瓦里安公司；MARS5型微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司；VIC-412型電子天平 北京賽多利斯儀器系統(tǒng)有限公司；EH20A（PLUS）數(shù)顯防腐電熱板 北京LabTech公司；Milli-Q超純水機(jī) 美國Millpore公司。

所用水均為超純水（電阻率≥18.3 MΩ?cm）；玻璃器皿用10 g/100 mL硝酸浸泡過夜后，依次用去離子水、超純水沖洗，晾干后備用。

1.3 方法

1.3.1 儀器工作參數(shù)

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀工作參數(shù)參考儀器給定的條件，適用多種待測元素的優(yōu)化條件如表1所示。

表1 儀器工作參數(shù)Table1 Operating parameters of the instrument

1.3.2 樣品的處理及測定

在這一部分，鄒先生舉證了三個(gè)材料。一是陸游《云門壽圣院記》，二是明《弘治溫州府志》，三是民國版《瑞安縣志稿》。除了第二條外，一、三條資料都只能佐證陸游初仕在紹興二十八年(1158)，陸游并沒有擔(dān)任過瑞安主簿。

賊小豆樣品按料液比20∶1（g/mL）用超純水潤料，用竹牙簽將豆皮與豆體分離后（全豆樣品直接取樣），分別于60 ℃恒溫箱中烘干，用瑪瑙研缽研成粉末，置廣口瓶中，于干燥器中保存?zhèn)溆谩?zhǔn)確稱取0.3g左右（稱準(zhǔn)至0.000 1 g）置于聚四氟乙烯消解罐中，加68 g/100 mL硝酸7.00 mL、30 g/100 mL過氧化氫溶液2.00 mL，蓋緊密封蓋。按表2設(shè)定程序消解完畢后，冷至室溫，于電熱板上趕酸至約1 mL，用5 g/100 mL硝酸反復(fù)沖洗并移至25 mL容量瓶中定容，以5 g/100 mL硝酸為試劑空白，在與元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液完全相同的條件下，以ICP-AES法進(jìn)行3次平行測定，取平均值報(bào)告。按下式計(jì)算試樣中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：

式中：ω為被測元素質(zhì)量分?jǐn)?shù)/（mg/kg）；ρ為被測試液中各元素的質(zhì)量濃度/（?g/mL）；ρ0為空白溶液中各元素的質(zhì)量濃度/（?g/mL）；V為試液的體積/mL；m為稱取樣品的質(zhì)量/g。

表2 微波消解程序Table2 Microwave digestion programm

2 結(jié)果與分析

2.1 分析波長的選擇

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀具有同步背景校正功能，對各元素的測定可同時(shí)選擇2～3條特征譜線，觀察其強(qiáng)度、干擾情況及穩(wěn)定性，選擇干擾少、信噪比高的分析線工作，將待測液稀釋到測定范圍后，對樣品溶液、標(biāo)準(zhǔn)溶液、空白溶液按表3所示波長進(jìn)行測定。

表3 待測元素的分析波長Table3 Analytical wavelength for determining different elements

2.2 消解劑的選擇

稱樣0.3 g左右，按表2消解程序，7.00 mL硝酸和2.00 mL過氧化氫作為消解劑，樣品經(jīng)18 min消解，達(dá)到無色透明的良好效果。因此，選擇7.00 mL硝酸和2.00 mL過氧化氫作為混合消解劑。

2.3 浸泡賊小豆料液比的選擇

準(zhǔn)確稱取10 g左右的賊小豆放入培養(yǎng)皿中，分別按料液比10∶1、20∶1、30∶1、40∶1（g/mL）加入高純水潤料，考察賊小豆皮與豆體分離時(shí)的最佳料液比。結(jié)果表明：在室溫條件下，按料液比20∶1（g/mL）潤料15 h即可使賊小豆皮與豆體很好分離。

2.4 線性關(guān)系、檢出限和定量限

將18種礦物質(zhì)元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液配成質(zhì)量濃度分別為0.00、5.00、10.00、20.00、25.00、50.00 mg/L的系列混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，按1.3節(jié)方法進(jìn)行測定，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，各元素的峰信號(hào)強(qiáng)度為縱坐標(biāo)作標(biāo)準(zhǔn)曲線，并按表1儀器參數(shù)對樣品空白溶液進(jìn)行11次測定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素的檢出限（limit of detection，LOD），以5倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素的定量限[15]（limit of quantization，LOQ），結(jié)果見表4。

表4 待測各元素的質(zhì)量濃度范圍、相關(guān)系數(shù)、檢出限和定量限Table4 Linear equations with regression coefficients (r) and linear ranges, LOD, and LOQ for 18 trace elements

由表4可知，18種元素在一定范圍內(nèi)與各元素的峰信號(hào)強(qiáng)度呈良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均不小于0.995 0。檢出限范圍為0.000 1～0.035 ?g/mL，定量限范圍為0.000 17～0.058 ?g/mL。

2.5 加標(biāo)回收率和精密度

表5 各元素的回收率和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n＝66）Table5 Recovery rates and relative standard deviations (RSD) for eighteen trace elementss ((nn == 66)) %

精密稱取已知含量的同一樣品6份，分別加入質(zhì)量濃度為1.0、5.0、10.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按1.3.2節(jié)方法制成供試溶液，各進(jìn)行6次加標(biāo)平行測定，檢驗(yàn)無可疑值后，取平均值。由表5可知，各元素加標(biāo)回收率在97.08%～113.06%之間，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為0.14%～3.2%。

2.6 樣品測定結(jié)果

取2012年9、10月和11月份采集樣品各20 g，充分混合后，用瑪瑙研缽研碎，按1.3.2節(jié)方法處理并分別進(jìn)行3次平行測定，檢驗(yàn)無可疑值后，取平均值報(bào)告。各樣品中18種礦物質(zhì)元素的測定結(jié)果如表6所示。

表6 樣品中元素的測定結(jié)果Table6 Analytical results for eighteen elements in samples mg/kg

由表6可知，2012年9月份采集的賊小豆果實(shí)全粉中18種礦物質(zhì)元素，含量由大到小依次為：P＞Ca＞Mg＞Fe＞Zn＞Al＞Cr＞Mn＞Cu＞Sr＞Ba＞Mo＞Sn＞Ni＞Pb＞Co＞Hg＞Cd。其中，常量元素P、Mg、Ca含量較高；人體所必需礦物質(zhì)元素中Fe、Zn、Cu、Mn含量相對較高。賊小豆果實(shí)中Cu、Fe、Mg、Mn、Mo、P明顯高于鄭州綠豆和南陽綠豆。賊小豆豆皮、豆體中均含有豐富的Cu、Ca、Mg、P和Zn等元素，皮中Ca、Mg、Sr等元素含量較賊小豆果實(shí)高，說明這些元素被吸收后主要轉(zhuǎn)運(yùn)、累積于果實(shí)皮部。而賊小豆中Cr、Pb、Cd、Hg等有毒元素超過國家頒布限量標(biāo)準(zhǔn)[16]，其生長環(huán)境可能受到污染，存在一定的食用安全隱患和危險(xiǎn)性[17-19]。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的驗(yàn)證分析

分別對GBW07603（GSV-2）灌木枝葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的Ba、Ca、Mo、Mg、Ni 5種元素和GBW10016茶葉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中的Pb、Cu、Cr 3種元素用本方法進(jìn)行5次平行測定，檢驗(yàn)無可疑值后，取平均值，結(jié)果見表7。

表7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定結(jié)果Table7 Analytical results obtained for standard reference materials by the method in comparison with the actual values mg/kg

由表7可知，本方法的平行測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的推薦值很吻合，均在推薦標(biāo)準(zhǔn)值范圍之內(nèi)。

3 結(jié) 論

將硝酸-過氧化氫微波密閉、程序消解樣品技術(shù)與ICP-AES分析方法有效結(jié)合，同時(shí)測定了賊小豆樣品中18種礦物質(zhì)元素，使兩者的優(yōu)點(diǎn)得到了充分發(fā)揮。樣品不污染環(huán)境也不被環(huán)境所污染、操作簡便、消解完全，工作效率大大提高。用于實(shí)際樣品的測定，各元素加標(biāo)回收率在97.08%～113.06%之間，RSD為0.14%～3.2%，檢出限為0.000 1～0.035 ?g/mL，定量限為0.000 17～0.058 ?g/mL。用該法驗(yàn)證GBW07603（GSV-2）和GBW10016標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，測定結(jié)果與推薦的標(biāo)準(zhǔn)值十分吻合。結(jié)果表明：2012年9月份采集的鄭州地區(qū)野生賊小豆果實(shí)全粉中所含18種礦物質(zhì)元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，由大到小依次為P＞Ca＞Mg＞Fe＞Zn＞Al＞Cr＞Mn＞Cu＞Sr＞Ba＞Mo＞Sn＞Ni＞Pb＞Co＞Hg＞Cd。

賊小豆中對人體有益元素如Fe、Zn、Cu、Mn、P、Ca、Mg等含量相對較高，但Hg、Pb、Cd等有毒重金屬元素超過國家限量標(biāo)準(zhǔn)，表明鄭州地區(qū)野生賊小豆生長環(huán)境可能受到重金屬物質(zhì)一定程度的污染，經(jīng)常采集野生賊小豆食用存在一定的安全隱患。

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Simultaneous Determination of Eighteen Mineral Elements in Vigna minima Seeds by ICP-AES with Microwave Digestion

GAO Xiang-yang1,2, ZHANG Na1, HAN Shuai2
(1. School of Food Science and Engineering, University for Science and Technology Zhengzhou, Zhengzhou 450064, China; 2. College of Food Science and Technology, Henan Agricultural University, Zhengzhou 450002, China)

The aim of this study was to investigate the composition, contents and distribution characteristics of mineral elements in Vigna minima seeds. The contents of eighteen mineral elements such as Al, Ba, Ca, Cd, Co, Cr, Cu, Fe, Hg, etc were determined by inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICP-AES) after microwave digestion. The results showed that no significant mutual interference was found among the tested elements. Good linear relationship was found for all of them (r ≥ 0.995 0). The limits of detection and quantization were 0.000 1–0.035 ?g/mL and 0.000 17–0.058 ?g/mL, respectively. The average recovery rates were 97.08%–113.06%, with a relative standard deviation of 0.14%–3.2% (n = 6). Vigna minima seeds contained significant amounts of beneficial trace elements including Mg, Ca, Fe, Na, Zn and Mn. Generally, the ICP-AES method war fast, sensitive and simple, and could be used to simultaneously determine eighteen mineral elements in Vigna minima seeds with satisfactory analytical results.

Vigna minima; microwave digestion; inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer (ICPAES); mineral elements

S529

A

1002-6630（2014）02-0227-04

10.7506/spkx1002-6630-201402044

2013-04-20

河南省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（10466-X-082301）

高向陽（1949—），男，教授，本科，主要從事食品分析、食品新資源開發(fā)研究。E-mail：ndgaoxy@163.com