單模微波消解-ICP-MS法同時對大棗中19種元素的測定與分析研究

王昭國，于喆源，王 繼

(張掖市質量檢驗檢測研究院 食品檢驗檢測中心，甘肅 張掖 734000)

大棗，又名紅棗、干棗、棗子，起源于中國，在中國已有八千多年的種植歷史，自古以來就被列為"五果"(栗、桃、李、杏、棗)之一.紅棗富含蛋白質、脂肪、糖類、胡蘿卜素、B族維生素、維生素C、維生素P以及鈣、磷、鐵和環磷酸腺苷等營養成分.其中維生素C的含量在果品中名列前茅，有維生素王之美稱，具有補血養顏、治療失眠之功效.甘肅地產臨澤小棗作為甘肅地方特色食品，對其品質的研究是發展地方產業的關鍵，通過實驗研究運用單模微波消解技術-ICP-MS法對大棗中19種元素同時測定以提供重金屬元素風險監測技術手段，提供甘肅地產臨澤小棗品質檢測技術方法.同時，采用元素前處理消解最新技術手段，提高分析時效.目前，單模微波消解采用聚焦單模微波源較傳統微波消解其選擇性、穿透力更強，微波消解[1-2]更完全，大大縮短了消化時間，提高了消化率.其研究應用單模微波消解法，通過電感耦合等離子體質譜儀[3-5]對大棗中19種元素進行了測定.

1 實驗部分

1.1 試劑與儀器

Al、Fe、Sr、Cu、Mn、Ba、I、Au、Ce、Cr、Ni、As單元素標準溶液(1 000 μg/mL)：國家有色金屬及電子材料分析測試中心，Zn、V、Sn、Ag、Pb、Mo、Ti單元素標準溶液(1 000 μg/mL)：Inorganic Ventures，HNO3(分析純)：默克試劑有限公司；水(一級水)：屈臣氏去離子水.電感耦合等離子體質譜儀(ICP2030)：日本島津儀器有限公司，全自動單模微波消解儀(PREPS)：上海屹堯儀器科技發展有限公司.

1.2 實驗過程

1.2.1 樣品處理

微波消解法 準確稱取樣品0.3 g(精確至0.001 g)于微波消解罐中加入5 mL硝酸，按照微波消解的操作步驟(見表1)消解試樣，冷卻后取出消解罐，將消化液轉移至25 mL容量瓶中，用少量水洗滌消解罐3次，合并洗滌液，用水定容至刻度.同時做試劑空白.

表1 單模微波消解程序

1.2.2 標準系列溶液及內標溶液的制備

將19種元素分為兩個濃度梯度，第一梯度為Al、Fe、Sr、Cu、Mn、Zn、Ba，用2%硝酸稀釋制成每毫升含0 ng、1 ng、5 ng、10 ng、20 ng、100 ng、200 ng、500 ng、1 000 ng的各元素溶液；第二梯度為V、I、Sn、Ag、Au、Ce、As、Ti、Cr、Ni、Pb、Mo，用2%硝酸稀釋制成每毫升含0 ng、0.05 ng、0.25 ng、0.5 ng、1 ng、5 ng、10 ng、25 ng、50 ng的各元素溶液.

將Bi、Ge、In、Re、Rh標準溶液用2%的硝酸配制為200 ng/mL的溶液作為內標液.

1.2.3 ICP-MS分析條件

等離子體條件：高頻功率1.20(kW)，采樣深度5.0(mm)，等離子體氣8.0(L/min)，輔助氣1.10(L/min)，載氣0.70(L/min).

池條件：池氣體6.0(mL/min)，池電壓-21.0(V)，能量過濾器7.0(V).

內標元素的選擇：為減少樣品基質帶來的干擾，儀器測定時產生的誤差，我們選擇同位素內標稀釋法，具體質量數及內標元素見表3.

1.2.4 線性關系考察

結果顯示各元素線性關系良好，回歸方程和相關系數見表2.

表2 各元素標準曲線相關參數

1.2.5 加標回收試驗

對各濃度梯度元素分別1倍、2倍、10倍三水平加標回收試驗見表3.

表3 各元素加標回收率及內標校正元素

1.2.6 穩定性試驗

對大棗樣品19種元素同時[6-9]測定，重復6次的測定結果的RSD%見表4.

表4 各元素重復6次測定結果的RSD%

2 結果與討論

2.1 方法學驗證

表1給出了測定大棗時單模微波消解的程序步驟，當把最高消解溫度設為190 ℃，時間保持10 min時樣品消解最為充分，此方法耗時短、重現性好，大大節省了實驗室成本.

表2～表4分別從線性關系、加標回收率、穩定性這三個方面對本方法做了系統驗證，從表中可以看出不論是線性關系，還是加標回收率、穩定性均能更滿足分析實驗的要求，且都具有較好的表現.

2.2 內標元素

在實驗過程中我們優化[10]了ICP-MS分析條件，如果選擇高靈敏度，一般會選擇豐度值比較大的，相對干擾小的質量數，若豐度值大的同位素存在干擾，在靈敏度滿足的前提下，我們選擇豐度值相對小，基體干擾相對少的質量數.

2.3 聚類分析

采用IBM.SPSS Statistics 22.0對這19種元素的檢出限，平均值、RSD%進行聚類分析[11-12]，聚類采用系統聚類，聚類方法采用組之間的鏈接，測量區間為平方Euclidean距離得到冰狀圖和樹狀圖，如圖1所示.

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從圖1中可以看出，當單一方案聚類數為4時，V、Sn、Ag、Ce、As、Au、Cu、Ba、I、Cr、Pb、Ni、Mo為一類，其檢出限在0.002～0.05 mg/kg之間，定量限在0.005～0.03 mg/kg之間，平均值在0.005 0～4.000 mg/kg之間，RSD%在0.2～5.0之間；Zn、Mn、Ti為一類，其檢出限分別為0.01 mg/kg、0.1 mg/kg，0.5 mg/kg，定量限分別為2.0 mg/kg、2.0 mg/kg、0.3 mg/kg，平均值分別為5.266 mg/kg，4.224 mg/kg，RSD%為0.2；Al、Sr為一類，其檢出限分別為0.2 mg/kg，0.5 mg/kg，平均值分別為17.458 mg/kg，15.865 mg/kg，RSD%為0.2；Fe為一類，其檢出限為1 mg/kg，平均值為22.189 mg/kg，RSD%為0.1.因此，通過對19種測定元素聚類分析，在實驗稱樣量、定容體積、線性范圍的選擇等整個實驗環節的把控都是一個很好的指導作用.

2.4 各指標19種元素的分布狀況及相關性分析

采用Excel對表2中的檢出限、定量限作圖，如圖2、圖3所示；對表4中的平均值、RSD%值作圖，如圖4～5所示.

19種元素

19種元素

19種元素

從圖4可以看出，Al、Fe、Sr元素的含量值相對較多，Fe作為人體飲食中的一種營養元素在大棗中Fe元素的含量值遠遠高于其它元素的.同時，通過對4個圖對比發現三者之間存在一定的相關性.采用IBM.SPSS Statistics 22.0進行相關性分析，如表5所示.

表5 檢出限、定量限、平均值、RSD%相關性分析

由此可以看出RSD%與檢出限、定量限、平均值呈負相關.相關系數絕對值>0.5表明各因子之間有較強的相關性.

3 結 論

通過對大棗中19種元素同時測定研究發現,前處理采用單模微波消解技術較微波消解技術有更高的耐受壓力、更高的耐受溫度，樣品有更好的微波吸收，大大縮短了前處理時間，提高了消解效率.結果表明各元素線性關系良好，從表2中可以看出各元素相關系數在0.995以上.通過加標回收試驗，從表3看出在不同濃度水平下回收率在80%～110%，加標表現良好，符合痕量分析要求.通過穩定性試驗，從表4看出本方法在樣品中19種元素同時分析測定中精密度較好.通過對檢出限、定量限、樣品含量測定平均值、RSD%四組數據聚類分析、相關性分析得到本研究方法能夠更好指導我們對大棗中常量元素、微量元素、痕量元素的分析測定.因此，本方法在大棗19種元素同時分析檢測中有較好的參考、應用價值，同時也為大棗中有害元素[13]、營養元素監測提供方法支持，也為大棗質量評價及風險監測提供技術支持.