微波消解-石墨爐原子吸收法測定黃豆樣品中的硒

鐵　梅，李寶瑞，韓　杰，劉　陽，李華為（.遼寧大學環境學院，遼寧沈陽0036；.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽0034）

檢測分析

微波消解-石墨爐原子吸收法測定黃豆樣品中的硒

鐵梅1，李寶瑞1，韓杰1，劉陽1，李華為2
（1.遼寧大學環境學院，遼寧沈陽110036；2.沈陽師范大學化學與生命科學學院，遼寧沈陽110034）

摘要：以黃豆為研究對象，建立了微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定黃豆中總硒含量的方法，研究不同微波消解溶劑和消解條件對含硒黃豆消解效果的影響，優化石墨爐原子吸收光譜法測定條件。測定結果顯示，最佳消解劑：HNO3-H2O2；最佳微波消解條件為第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最適基改劑為3 μL 1%硝酸鎳，石墨爐最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2 300℃。在優化試驗條件下，該方法測定硒的線性范圍為0～250 μg/L，檢出限為1.20 μg/L，空白樣品的相對標準偏差（n=10）為3.86%，回收率為96.46%～103.7%。

關鍵詞：微波消解；石墨爐原子吸收；基體改進劑；硒；黃豆

黃豆又稱大豆，具有很高的營養價值，脂肪含量在豆類中居首位，富含多種維生素及礦物質，黃豆不但可以降低人體膽固醇，減少動脈硬化的發生，預防心臟病，而且還含有一種抑胰酶，它對糖尿病有一定的療效，所以黃豆被人們美譽為“豆中之王”。硒（Se）是人和動物的必需微量營養元素，具有重要的生理功能，大量資料證實或提示，硒具有廣泛的生物學作用，在預防克山病、某些癌癥和延緩衰老中發揮著重要作用[1-5]。隨著人們生活水平的提高，對膳食結構與人體健康的重視，富硒產品應運而生。運用生物富硒技術生產的富硒黃豆無疑是營養、安全的理想補硒食品[6-8]。

食品中硒的測定，關鍵問題莫過于前處理及測定過程中硒的易揮發損失，因此很少采用敞開體系進行消化。常見的密閉消解方法包括高溫高壓密閉消解法和微波消解法[9]，區別在于前者采用在烘箱中外加熱消解罐，使樣品消解，而后者是利用微波的穿透性和激活能力，內加熱密閉容器中的試劑和樣品。而對于大豆中硒的測定，在前處理過程中除了考慮硒的損失外，其高蛋白、高脂肪的特性對于常規的消解方法很難消化完全。高壓密閉法耗時長，消化溫度難以準確控制，硒的高溫損失不可避免；而微波消解法簡單、快速，溫度壓力可同步控制，能實現通過優化消化條件最大限度的減少硒的損失的同時有效提高消解效率[10-11]。

食品中硒的測定方法主要有熒光法、電化學法、氫化物發生-原子熒光光譜法及原子吸收光譜法等[12]。氫化物發生-原子熒光光譜法雖具有較高的靈敏度,但前處理需多次萃取提純，存在操作繁瑣、費時、易污染等不足。石墨爐原子吸收法具有高靈敏、操作方法簡單、快速的特點,適于痕量元素的測定，但在測定硒元素的過程中樣品灰化和原子化溫度下易造成硒的揮發損失，使得本法難以推廣[13-18]。本文以自行種植的富硒黃豆為研究對象，將微波消解技術與石墨爐原子吸收方法相結合，對黃豆中的硒進行測定，以期建立快速、準確測定黃豆中硒元素的測定方法。

1　試驗部分

1.1儀器與試劑

Spectr AA 220型原子吸收光譜儀：美國Varian公司；GTA110型石墨爐；自動進樣器；美國熱電解涂層石墨管及硒空心陰極燈；MDS-2002A型壓力自控密閉微波消解系統：心儀微波化學科技有限公司；XY-1型消解罐冷卻風機：上海心儀微波化學科技有限公司研制；超純水機：美國Millipore公司。

硒標準液（1 000 mg/L）：購自國家環保總局標準樣品研究所；硝酸、過氧化氫、硝酸鎳均為優級純；試驗用水均為電阻率≥18.2 MΩ·cm的超純水。

1.2方法

1.2.1樣品處理

黃豆樣品采收后，先用大量自來水沖洗，再以超純水洗滌3次，瀝干，裝入塑料袋中，置于-85℃冷凍冰柜冷凍24 h后，再移至真空冷凍干燥系統中，在真空度3.5 Pa，溫度為-55℃條件下冷凍干燥。粉碎干燥好的樣品，裝入塑料自封袋中，置干燥器中保存備用。

稱取0.5g黃豆樣品干粉于聚四氟乙烯消化罐中，加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，放入微波消化儀，按設定程序進行消解（微波消解程序見表1），消解完成后，在可調試電熱板上加熱趕酸30 min，自然冷卻后用超純水定容至50 mL容量瓶中待測，同時做試劑空白。

1.2.2測定條件

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

測定波長195.9 nm，燈電流為7.0 mA，氘燈扣背景，記錄峰面積。采用與標準溶液共進基體改進劑方式加入3 μL 1%Ni（NO3）2，進樣總量為20 μL。石墨爐升溫程序見表2。

表2　石墨爐升溫程序Table 2　Temperature rising process of graphite furnace

2　結果與討論

2.1微波消解樣品量的選擇

由于黃豆脂肪含量比較高，取樣量太多難以消化完全，太少又缺乏代表性，所以選擇樣品取樣量為0.5 g。

2.2微波消化試劑的選擇

微波消解中常以強酸為消解試劑，考慮到本方法采用石墨爐原子吸收光譜儀，選擇HNO3為消解試劑能更好地降低樣品溶液對檢測儀器產生的干擾，另外加入H2O2可以縮短反應時間和提高消化效果，故選用HNO3-H2O2混合體系進行消解。

微波消化過程中如果消解劑過量會導致產生大量氣體產生，會使消解罐壓力過大，可能造成泄壓，產生危險；如果消解劑過少，則難以保證消化效果。根據消解罐的規格和樣品量的多少，如表3所示觀察消解效果，進行HNO3和H2O2用量的選擇。微波運行條件設為：第一工步：1min、0.5MPa；第二工步：1min、1.0MPa；第三工步：1 min、1.5MPa。結果見表3。

表3　消解試劑用量的選擇Table 3　Digestion Reagent selection

結果表明，消解劑為5mLHNO3+1mLH2O2和6mL HNO3+1 mL H2O2時，黃豆樣品能夠消化完全，但為了減少后期趕酸過程中的時間消耗和元素損失，選擇5 mL HNO3+1 mL H2O2為合適消解劑。

2.3微波消解壓力與時間的選擇

微波消解樣品時壓力和消解時間是兩個重要的參數。壓力過低，樣品中的有機物難以消解完全，需較長的消解時間；壓力過高，有機物與酸反應劇烈，易引起酸的泄露，造成硒的損失。所以，選擇適當的消解條件非常重要。消解程序中，選擇梯度升壓、增加時間的方式，可以有效地避免反應劇烈和瞬間壓力過大所帶來的樣品損失。第一工步設為0.5MPa、保持1min，是為了使樣品和消化液進行預消化。當壓力上升為1.0 MPa、保持2 min時，樣品中大部分有機物和無機物能夠較好的消化，而壓力升為1.5 MPa、保持3 min后，樣品能夠完全消化。

2.4基體改進劑的選擇

基體改進劑可以有效地提高被測物的熱穩定性，將其保留到較高溫度，能夠采用較適宜的灰化溫度除去基體化合物，減輕基體干擾。本試驗選用硝酸鎳為基體改進劑，在150、200、250 μg/L的硒溶液中分別加入1、2、3、4、5 μL的1%Ni（NO3）2，進樣總量為20 μL，觀察不同基體改進劑添加量對吸光度的影響。結果如圖1。

圖1　1%Ni（NO3）2對吸光度的影響Fig.1　Effect of 1%Ni（NO3）2on absorbance

如圖1所知，選用3μL1%Ni（NO3）2為基改劑時，吸光度較高，故3 μL 1%Ni（NO3）2為最適基改劑加入量。2.5灰化溫度和原子化溫度的選擇

固定原子化溫度在2 200℃，在500℃～900℃范圍間確定最佳灰化溫度，結果見圖2。

確定灰化溫度為800℃后，在2 100℃～2 500℃范圍內進行最佳原子化溫度的選擇，結果見圖3。

如圖2、圖3可知，最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2 300℃。

2.6方法的標準曲線和檢出限

圖2　灰化溫度對吸光度的影響Fig.2　Effect of ashing temperature on absorbance

圖3　原子化溫度對吸光度的影響Fig.3　Effect of atomisation temperature on absorbance

將硒標準溶液逐級稀釋成硒標準工作母液（250 μg/L），利用自動進樣器軟件稀釋系統將其配成50、100、150、200、250 μg/L濃度，繪制標準工作曲線。硒的吸收峰面積（A）與硒濃度（μg/L）在0～250 μg/L范圍內呈線性關系，線性方程為A=0.003 1C+0.014 6（r= 0.9942），對空白溶液進行10次平行測定，RSD=3.86%，檢出限為1.20 μg/L。

2.7黃豆樣品的測定及回收率

用本方法對施硒肥濃度為10、20、40、60 mg/kg的黃豆樣品進行測定，結果表明，待測樣品均富含硒。分別稱取相同質量的黃豆樣品數份，加入一定量的硒標準溶液，按試驗方法處理后，每份樣測定3次，測得加標回收率為96.46%～103.7%，表明微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定黃豆中的痕量硒是可行的。結果見表4。

表4　樣品中硒含量的測定結果Table 4　Determination results of seleniumin in samples

3　結論

本文以HNO3-H2O2為消解劑，采用微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定了自行種植黃豆中硒的含量。研究了不同微波消解溶劑和消解條件對含硒黃豆消解效果的影響，考察了不同基體改進劑、灰化溫度和原子化溫度對測定結果的影響，結果表明，最佳消解劑：HNO3-H2O2；最佳微波消解條件：第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最適基改劑為3 μL 1%硝酸鎳，石墨爐最佳灰化溫度和原子化溫度分別為800℃和2300℃。在優化試驗條件下，該方法測定硒的線性范圍為0～250 μg/L，檢出限為1.20 μg/L，空白樣品的相對標準偏差（n=10）為3.86%，回收率為96.46%～103.7%。本研究建立了一種快速、穩定測定痕量硒的方法，適用于黃豆中痕量硒的測定。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.033

收稿日期：2014-04-20

基金項目：國家自然基金項目（31371085）

作者簡介：鐵梅（1964—），女（漢），教授，博士，研究方向：土壤、農作物、食品中微量元素的檢測方法、形態分析、遷移轉化規律等。

Determination of Selenium in Soybean by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

TIE Mei1，LI Bao-rui1，HAN Jie1，LIU Yang1，LI Hua-wei2
（1.College of Environment，Liaoning University，Shenyang 110036，Liaoning，China；2.College of Environmental and Life Sciences，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，Liaoning，China）

Abstract：The selenium content in soybeans were determined by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry（GF-AAS）.The effects of digestive reagent and digestion conditions on sample preparation were discussed and the determination conditions by GF-AAS were optimized.The sample was ingested with high-pressure closed vessel using nitric acid-hydrogen peroxide as solvent.The best Microwave Digestion procedure：（1）1 min，0.5 MPa；（2）2 min，1.0 MPa；（3）3 min，1.5 MPa；3 μL 1%Ni（NO3）2were selected as chemical modifiers to increasing the thermostability of selenium，and the pyrolysis temperature and the atomization temperature were seted at 800℃and 2 300℃，respectively.under the optionmal condition，the calibration curve showed a good linear relationship between the adsorption peak area and selenium concentration in the range of 0-250 μg/L with a detection limit of 1.20 μg/L.The relative standard deviation（n= 10）of blank sample was 3.86%and recoveries varied from 96.46%to 103.7%.

Key words：microwave digestion；graphite furnace atomic absorption spectrometry；chemical modifiers；selenium；soybean