微波消解——火焰原子吸收法測定金槍魚中的鈉

王 妍，孫 卓

（1.威海市產品質量監督檢驗所，山東 威海 264200；2.光明乳業股份有限公司技術中心，乳業生物技術國家重點實驗室，食品安全與營養協同創新中心，上海 200436）

鈉是食品中重要的礦物質，可維持機體正常的滲透壓和新陳代謝，但如果攝入過多，又是誘發高血壓等慢性病的危險因素[1]。世界衛生組織建議每人每日食鹽用量以不超過6g為宜。食品中鈉含量的檢測對人們合理膳食、低鹽少脂的健康生活具有越來越大的指導意義。

目前，食品中鈉的檢測方法有GB/T5009.91—2003《食品中鉀、鈉的測定》和GB 5413.21—2010《嬰幼兒配方食品中乳粉中鈣、鐵、鋅、鈉、鉀、鎂、銅和錳的測定》，前處理主要是采用傳統的干法灰化、常規濕法消解。但這2種方法共同的缺點是耗時、費力，且易造成樣品的污染和損失。微波消解制樣是近年來產生的一種新興而高效的樣品預處理技術，并越來越多地應用于分析領域[2]。國標方法中鈉的檢測均采用最靈敏線589.0nm，標準曲線僅在較低和較窄的質量濃度范圍（0.05～2.0mg/L）內呈線性，而金槍魚制品中鈉元素的含量一般較高，因此測定時需要將樣品多次稀釋使濃度在標準系列內方可上機，這會使日常大批量檢驗工作變得更加繁瑣，并且多次稀釋容易引入誤差。采用330.3nm作測定波長，適宜的濃度分為擴大為10～200mg/L，因此可以避免因多次稀釋操作而引入的誤差[3]。

硝酸不僅具有強氧化性，并且在微波能量激發條件下能夠使有機質消解更完全，而過氧化氫的氧化性較強，且在消解完成后易分解除去，同時反應較為溫和，能夠避免使用高氯酸而引起爆炸的危險，故選用硝酸和過氧化氫作為微波消解試劑[4-6]。

原子吸收的原理是基態自由原子吸收光源特定波長的輻射能量，由基態躍遷到受激發態的共振能級。所產生的特征譜線稱為共振吸收線，每個元素可以有多條共振線，稱為最靈敏線和次靈敏線。最靈敏線和次靈敏線的測量靈敏度差異很大，因此不同的共振線可測定濃度差異很大的實際樣品[7]。

近年來微波消解廣泛應用于食品中微量元素的檢測[8-11]，本實驗通過對微波消解過程中的硝酸體積、過氧化氫體積及消解時間分別進行優化，確定微波消解測定金槍魚的最佳工藝參數。通過對比檢測波長330.3nm與598.0nm處的鈉檢測結果，探討次靈敏線330.3nm作為鈉檢測波長的使用意義。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

市售金槍魚。

鈉標準儲備溶液1000mg/L（國家標準溶液，GSBG62011-90）：國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；硝酸（優極純）：高氯酸：國藥集團化學儀器有限公司；鹽酸（優極純）：天津市耀華試劑有限責任公司；實驗用水為二級水。

1.2 儀器

AA-6800原子吸收分光光度計（空氣-乙炔火焰、鈉空心陰極燈）：日本島津公司；DRZ-4DAS 馬弗爐：龍口市電爐制造廠；ZD 型電熱板：龍口市源邦電爐制造有限公司；MWS-4微波消解儀：德國Berghof公司。

1.3 方法

1.3.1 濕法

準確稱取均勻試樣0.5～1.0g于250mL高型燒杯中，加20～30mL混合酸（硝酸∶高氯酸=4∶1）消化液，上蓋表面皿。置于電熱板或電沙浴上加熱消化。如消化不完全，再補加幾毫升混合酸消化液，繼續加熱消化，直至無色透明為止。加幾毫升水，加熱以除去多余的硝酸。待燒杯中的液體接近2～3mL時，取下冷卻，用水洗并轉移至10mL容量瓶中，定容至刻度，同時做試劑空白試驗[12]。

1.3.2 干法

準確稱取均勻試樣5.0g于坩堝中，在電爐上微火炭化至不放煙，再移入馬弗爐中升溫至490℃使樣品灰化成白色灰燼，如果有黑色炭粒，冷卻后，則滴加少許稀釋1倍的硝酸濕潤。在電爐上小火蒸干后，再移入490℃高溫爐中繼續灰化成白色灰燼，取出，冷卻至室溫，加稀釋4倍的鹽酸5mL，在電爐上加熱使灰燼充分溶解，冷卻至室溫后，移入50mL容量瓶中，用去離子水定容，同時處理一個空白樣品[13]。

1.3.3 微波消解法

稱取0.5g樣品于消解罐中，加入硝酸和過氧化氫進行消解，消解程序[14]見表1，消解完全后趕酸定容至100mL，同時處理一個空白樣品。

表1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.4 火焰原子吸收測定條件（見表2）

表2 儀器工作條件Table 2 Working conditions of instrument

1.3.5 工作曲線

取鈉標準儲備液20mL置于100mL容量瓶中，用去離子水定容，得到鈉標準溶液（200mg/L）。配成質量濃度范圍0、10mg/L、50mg/L、100mg/L、200mg/L的標準系列，測定后得線性回歸方程為y=0.001 615x，相關系數r=0.999 4。配成質量濃度范圍0、0.05mg/L、0.5mg/L、1.0mg/L、2.0mg/L的標準系列，測定得線性回歸方程為y=0.394 8x+0.001 5，相關系數r=0.999 9。

2 結果與討論

2.1 檢測波長的選擇

分別采用波長為330.3nm和589.0nm的靈敏線作為檢測波長，將質量濃度為50mg/L的標準品作為樣品進行檢測，結果見表3。

表3 不同波長下檢測鈉含量Table 3 Determination of sodium content under different waves

采用589.0nm作為檢測波長，線性范圍0～2.0mg/L，r=0.999 9，線性范圍較窄，相對標準偏差（relative standard deviation，RSD）為1.28%，因對樣品進行稀釋而引入誤差。采用次靈敏線330.3nm作為檢測波長，線性范圍增大為為0～200mg/L，r=0.999 4線性良好，測得鈉的質量濃度的相對標準偏差為0.80%，精密度高，能滿足試驗要求。

2.2 微波消解條件的選擇

2.2.1 硝酸用量對微波消解效果的影響

固定過氧化氫用量1mL，微波消解程序第2步時間為15min，改變微波消解過程中硝酸的體積（2mL、4mL、6mL、8mL、10mL），進行微波消解和原子吸收測定，測得鈉的質量分數與硝酸用量的關系如圖1所示。

由圖1可知，當其他因素固定不變時，硝酸加入體積在4.0mL時，測得的鈉的質量分數最高為1302mg/100g，隨著硝酸加入體積增加，鈉的含量呈不斷減少趨勢。可能是由于隨著硝酸體積的增加，消解完畢后剩余酸較多，從而影響或干擾鈉元素的測定。因此選擇4.0mL硝酸處理樣品最為理想。

2.2.2 過氧化氫用量對微波消解效果的影響

固定硝酸用量6mL，微波消解程序第2步時間為15min，改變微波消解中過氧化氫用量（0.5mL、0.8mL、1.0mL、1.5mL、2.0mL），進行微波消解和原子吸收測定，測得鈉含量與過氧化氫用量的關系如圖2所示。

圖1 硝酸體積與金槍魚中鈉含量的關系Fig.1 Effect of HNO3volume on the content of sodium in tunny

圖2 過氧化氫體積與金槍魚中鈉含量的關系Fig.2 Effect of H2O2volume on the content of sodium in tunny

圖2可知，當其他影響因素固定不變時，隨著過氧化氫體積的增加，測得的鈉含量逐漸增大，當過氧化氫為1.0mL時測得的鈉含量最高，達到了1 208mg/100g，說明此時消解效果最好，隨著過氧化氫體積的增加，測得的鈉含量又開始下降。

2.2.3 消解時間對微波消解效果的影響

固定硝酸體積6mL和過氧化氫體積1mL，改變微波消解中第2步時間（11min、13min、15min、17min、19min），測得鈉含量與微波消解時間的關系如圖3所示。

圖3 消解時間與金槍魚中鈉含量的關系Fig.3 Effect of digestion time on the content of sodium in tunny

由圖3可知，固定硝酸用量6mL和過氧化氫體積1.0mL，微波消解程序中第2步消解時間為17min時，消解效果最為滿意鈉含量為1 251mg/100g。微波消解時間是關鍵控制點，若時間過長會使罐內壓力過大，造成安全裝置自動放氣、減壓，從而使微量元素損失；若時間過短，則會使樣品消化不徹底[15]。

2.3 微波消解條件優化的優化試驗

2.3.1 微波消解條件優化正交試驗

根據單因素試驗結果，采用L9（34）正交設計，因素水平見表4。

表4 微波消解條件優化正交試驗因素與水平Table 4 Factors and levels of orthogonal experiment for microwave digestion conditions optimization

2.3.2 微波消解條件優化正交試驗結果及分析

表5 微波消解條件優化正交試驗結果與分析Table 5 Result and analysis of orthogonal experiment for microwave digestion conditions optimization

由表5可知，試驗因素主次順序依次為A＞C＞B。最適合組合為A1B2C2，即硝酸體積為4.0mL，過氧化氫體積為1.0mL，微波消解程序中消解時間為17min，此時獲得的消解效果最為滿意，經火焰原子吸收法測得鈉的含量為1 527mg/100g。

2.3.3 方法精密度、回收率

準確稱取樣品，按正交試驗結果選出的最優試驗條件消解后上機測定，結果見表6。

表6 樣品精密度測定和回收率結果Table 6 Precision determination and recovery result

表6 結果表明，本方法試驗測得鈉含量的相對標準偏差為0.21%～0.67%，加標回收率為100.8%～103.7%，說明該方法有較好的精密度和準確度。

2.4 不同前處理方法比較

對加標樣品按干、濕和微波消解法進行預處理操作，重復測定5次，結果如表7。

表7 幾種預處理方法比較結果Table 7 Comparative results of different pretreatment methods

由表7可知，微波消解法測得試樣鈉含量最高。同時消解時間大為縮短，這主要是由于密閉微波消解制樣技術結合了高壓消解和微波快速加熱兩方面的性能，減少待測物質的損失，保證結果的準確性，從而適合大規模樣品的快速消解處理。傳統消解方法操作較繁瑣，處理樣品少。因此在先進測試儀器不斷應用于分析化學領域的背景下，微波消解制樣技術取代陳舊、落后的傳統加熱處理樣品，不僅提升了現代分析儀器的先進性，同時也提高了分析結果的精密度、準確度和效率。

3 結論

采用鈉波長為330.3nm的次靈敏線檢測，線性范圍增大為10～200mg/L，r=0.999 4，線性良好，對于鈉含量較高的金槍魚前處理可以減少稀釋步驟，避免誤差的引入，從而保證結果的準確性。采用正交試驗最佳結果加入4.0mL硝酸、1.0mL過氧化氫、微波消解第2步消解時間17min測得加標回收率為100.8%～103.7%，相對標準偏差0.21%～0.67%。因此采用微波消解前處理，次靈敏線330.3nm作為檢測波長，能夠縮短檢測周期，樣品消解更加完全，回收率高，適合大規模樣品的快速處理，并且提高了分析結果的精密度。

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