微波消解—火焰原子吸收光譜法測定大米中微量鋅

宮博 藍圖 李崇江等

[摘要]探索微波消解一火焰原子吸收光譜法測定大米中微量鋅的效果。采用微波消解儀微波消解大米樣品，火焰原子吸收光譜法測定大米中鋅元素的含量。選定硝酸和過氧化氫（2：1）消解體系，微波消解儀最佳消解程序為：120℃，5min，600W；200℃，10min，1200W。優化儀器條件，標準曲線線性相關優于0.999，加標回收率為98.3%～101.5%，相對標準偏差為3.1%～4.2%，最小檢出限為0.009mg/L。結果表明，該法具有操作簡便、快速、準確、減少環境酸霧污染特點，可作為大米中微量鋅的測試方法。

[關鍵詞]微波消解；火焰原子吸收光譜法；大米；鋅

中圖分類號：S511 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180216

大米又稱“稻米”，是稻谷經清理、礱谷、碾米、成品整理等工序后制成的成品。大米是我國人民的主要糧食之一，營養成分十分豐富，含碳水化合物75%左右，蛋白質7%～8%，脂肪1.3%～1.8%，并含有豐富的B族維生素以及人體必需的微量元素等。人體必需的微量元素有鐵、鋅、硒、鉻、銅、碘等21種。而在這微量元素中，鋅被世界衛生組織和中華醫學會定為21世紀繼碘后必補的第二大營養保健元素，更被醫學界、營養界譽為人體的“生命之花”，對人體有著重要的生理功能和營養作用。鋅是人體內很多酶的主要組成成分或酶的激活劑，而且參與了能量代謝，激素的作用和維生素A的運轉等，兒童缺鋅可能導致生長障礙和智力發育遲緩等。隨著生活水平的提高，微量元素鋅與健康的關系日益受到人們的廣泛關注。近年來，我們經常在市場或者超市里看到售賣的大米上，粘貼著“富鋅大米”的標牌，可見鋅對人體的健康很關鍵的。

那么，對于普通大米和富鋅大米中鋅的含量到底差別多大呢？這需要我們理性的進行分析和測定。鋅測定方法有：雙硫腙比色法、陽極溶出伏安法、極譜法、原子吸收光譜法、原子發射光譜法以及電感耦合和離子體質譜法等。從操作簡便，檢測效率以及成本上考慮，筆者采用原子吸收光譜法進行測定，在樣品處理上，選擇密閉一高壓條件，微波消解處理大米樣品，避免酸霧對實驗環境以及操作人員的危害。優化測定條件下，本測定方法對大米樣品中鋅的檢測，取得較為滿意的結果。

1實驗原理

原子吸收光譜法（AAS）是利用氣態原子可以吸收一定波長的光輻射，使原子中外層的電子從基態躍遷到激發態的現象而建立的。由于各種原子中電子的能級不同，將有選擇性地共振吸收一定波長的輻射光，這個共振吸收波長恰好等于該原子受激發后發射光譜的波長。當光源發射的某一特征波長的光通過原子蒸氣時，即入射輻射的頻率等于原子中的電子由基態躍遷到較高能態（一般情況下都是第一激發態）所需要的能量頻率時，原子中的外層電子將選擇性地吸收其同種元素所發射的特征譜線，使入射光減弱。火焰原子吸收光譜法測定鋅的原理結構圖如圖1所示。

2材料與方法

2.1主要儀器與試劑

火焰原子吸收光譜儀：GGX-600，北京海光儀器有限公司；鋅空心陰極燈：北京有色金屬研究院；微控數顯加熱板：EG37Aplus型，北京萊伯泰科有限公司；電子天平：最小分值0.0001g，賽多利斯科學儀器（北京）有限公司；鋅元素標準儲備液：100mg/L，國家標準物質研究中心；濃硝酸、過氧化氫：優級純；純水機：UPW-10N，北京歷元電子儀器有限公司；微波消解儀：MDS-6，上海新儀微波化學科技有限公司；實驗用水：高純水；實驗用器皿需經50%（體積比）硝酸溶液浸泡12h以上，然后用高純水沖洗干凈，晾干備用。研究對象：市售大米。

2.2標準溶液的配制

取6支50mL比色管，分別依次加入10mL高純水，0.5mL濃硝酸。接著，依次加入0mL，0.1mL，0.25mL，0.5mL，0.75mL，1.0mL鋅標準母液。最后，采用高純水定容至刻度，搖勻。得出鋅標準溶液點分別0mg/L，0.2mg/L，0.5mg/L，1.0mg/L，1.Smg/L，2.0mg/L。

2.3樣品的選取和制備

于市場和超市購買普通大米和富鋅大米。分別取大米樣品20g，高純水清洗3遍并瀝干水，攤開放置于干凈的玻璃表面皿。接著，電熱板上100℃烘烤6h至徹底干燥，再將大米分別采用研缽多次研磨成粉末。最后，過100目尼龍篩，制成待測樣品，并用塑封袋密封保存。

準確稱取大米粉末樣品0.1g，引入聚四氟乙烯消解罐中，加入4mL濃硝酸和2mL過氧化氫，同時用少許高純水淋洗消解罐內壁，確保所有樣品與消解液充分接觸，混合均勻。蓋上消解罐蓋子，靜置過夜。次日，將消解罐依次放入微波消解儀的轉盤上，設置梯度消解升溫程序，等待程序結束后，取出消解罐，于通風櫥中進行冷卻。打開蓋子，觀察消解液顏色應呈淡黃綠色，若呈深黃綠色可再次重復以上消解程序，消解一至兩次。高純水多次清洗消解罐內壁，將消解液轉移至50mL容量瓶，并定容待測，同時做空白試驗。

2.4儀器工作條件

儀器工作條件如表1所示。燃燒頭高度為8.0mm，燃燒火焰為乙炔空氣焰，氘燈扣背景校正。

微波消解儀消解程序參數如表2所示。經過優化，試驗了最佳的消解程序。

2.5樣品的測定

打開原子吸收光譜儀電源，設置條件參數，預熱30min。用高純水進樣測試基體信號，待讀數穩定之后，進行自動增益和清零操作，去除水中元素造成的影響，然后用標準空白溶液進樣，自動扣除本底，依次測定標準系列。測試樣品溶液之前，再次進入樣品空白測定狀態，以樣品空白溶液進樣并扣除本底，隨后依次測定樣品溶液。

3結果與討論

3.1微波消解條件的選擇

消解試劑以及消解方式的選擇，考察硝酸和過氧化氫的用量對消解效果以及效率的影響。分別做了以下幾種消解方案：8mL硝酸+6mL過氧化氫；6mL硝酸+4mL過氧化氫；4mL硝酸+2mL過氧化氫；2mL硝酸+2mL過氧化氫；2mL硝酸+1mL過氧化氫。由于大米屬于高蛋白有機物，直接高溫高壓消解會導致反應過于劇烈甚至爆炸，所以筆者選擇靜置過夜冷消解后，再進行微波消解。從硝酸和過氧化氫的用量，以及消解效果和效率考量，4mL硝酸+2mL過氧化氫消解試劑組合最佳，滿足消解要求。

微波消解作為目前新穎的一種高效率樣品前處理方式，主要原理為密閉微波溶樣，將樣品和氧化性消解劑在極短的時間內，高溫高壓的作用下氧化分解，并且防止樣品的污染和損失。實驗將消解時間固定，選擇高溫和高壓作為研究對象，梯度設定相對應的高溫以及高壓。實驗發現，高壓其實是微波消解儀的一個最高耐壓值，對消解的影響不大；然而，溫度卻是很關鍵的因素，當最高消解溫度低于150℃，經過多次重復消解流程，很難消解徹底。最后，選擇最優條件，最高消解溫度選擇200℃，保持時間為10min，可確保一次性徹底消解大米粉樣品。

3.2原子吸收光譜儀的參數優化

火焰原子吸收光譜法作為一種成熟的儀器分析方法，目前大量的研究工作驗證并結合經驗得出，如鋅的最靈敏吸收線為213.85nm，還有負高壓和燈電流等等。根據本實驗所用GGX-600儀器，綜合優化參數條件如表1所示。

3.3干擾實驗

常規地，大米中K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺等含量較高。按試驗方法，在含有1.0mg/L鋅的標準溶液中，依次加入不同量的共存離子進行干擾試驗，以相對標準偏差≤5%為限。實驗得出，850倍鋅含量中的K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺，對鋅的檢測不產生影響。

3.4線性回歸方程以及檢出限

移取標準溶液，逐級稀釋配成試驗所需標準使用液，按儀器工作條件進行測定如表3所示，在0～2.0mg/L范圍，線性相關系數0.9991。檢出限按公式DL=3SD/K計算（SD為11次樣品空白吸光度測定結果的標準偏差，K為標準曲線斜率）。通過測試，計算得出檢出限0.009mg/L。

3.5加標回收率和精密度實驗

優化條件下，消解大米粉樣品時，同時在消解液中加入一定濃度標準溶液，按樣品處理方法進行消解與測定。加標回收率和相對標準偏差如表4所示。相對標準偏差在3.1%～4.2%，平均回收率為98.3%～101.5%，結果較為滿意。從分析數據上看，富鋅大米確實比普通大米在鋅的含量上要更高。

3.6準確度實驗

同樣的方法，進行準確度驗證，取生物成分分析標準物質（大米）GBW10045，經過一系列的微波消解處理，檢測得出鋅的測定值為14.8mg/kg，標準證書中理論值為14.4±0.8mg/kg。測定值在理論值范圍，結果較佳。

4結論

通過優化條件，微波消解方式消解大米樣品，消解徹底，效率高。采用火焰原子吸收光譜檢測大米樣品的鋅，加標回收率、精密度以及準確度均滿足檢測要求。同時，研究了普通大米和富鋅大米的鋅含量，相比普通大米，富鋅大米中鋅的含量較高。因此，該法測定具有操作簡便、快速、準確、減少環境酸霧污染等特點，可為大米中微量鋅的檢測，提高方法支持。