稻米中硒含量測(cè)定的消解方法探討

楊 靜 洪 玲 許艷霞 梅 廣 黃 力 倪小英 胡元斌

(湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心1，長(zhǎng)沙 410201) (稻谷及副產(chǎn)物深加工國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室2，長(zhǎng)沙 410201)

硒是人體必需的微量元素，缺硒與心臟病、癌癥、肝病等疾病的發(fā)生有著密切的關(guān)系，同時(shí)過(guò)量食用硒也會(huì)引起疾病[1-3]。近幾年來(lái)，富硒稻谷等富硒產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)已成為人們廣泛關(guān)注的熱點(diǎn)[4-6]。目前，食品中硒含量的檢測(cè)方法主要以氫化物-原子熒光光譜法為主[7，8]，因其靈敏度高、基體干擾少等優(yōu)點(diǎn)。但在對(duì)硒含量檢測(cè)時(shí)，必須先進(jìn)行樣品前處理，前處理是為了將樣品中硒進(jìn)行預(yù)濃縮、破壞樣品的基質(zhì)特性或從樣品中提取硒元素，使得樣品滿足儀器檢測(cè)的要求，是檢測(cè)食品中硒含量的首要關(guān)鍵步驟。

目前常規(guī)的前處理技術(shù)包括濕法消解、微波消解、高壓罐消解以及干法灰化[9]，其中，高壓罐消解操作復(fù)雜，干法灰化易造成損失且耗時(shí)長(zhǎng)，濕法消解和微波消解是當(dāng)前可靠、有效的2種前處理方法。在國(guó)標(biāo) GB 5009.93食品中硒的測(cè)定中[10]，因各類食品消解的難易程度不一致，統(tǒng)一采用了混酸或加H2O2的辦法進(jìn)行前處理，但高氯酸、H2O2在高溫下極易爆炸，尤其是當(dāng)試樣消解液在蒸干的情況下。針對(duì)稻米硒主要是以有機(jī)硒形式存在于蛋白質(zhì)中[11,12]，易于提取，所以，本文建立在僅使用濃硝酸消解的基礎(chǔ)下，采用濕法消解和微波消解兩種前處理消解方法測(cè)定稻米中硒的含量，并通過(guò)考查料液比、溫度、酸度、加與不加掩蔽劑及過(guò)夜預(yù)消解與否等方面對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，探索出一條既能對(duì)稻米中硒含量的準(zhǔn)確定量又能將樣品前處理步驟簡(jiǎn)化、量化、快速的“道路”。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

雙道原子熒光光度計(jì)(AFS-8800)，恒溫消解儀(BHW-09A Digestor)，微波消解儀(ETHOS UP)，聚四氟乙烯消解管。

1 000 μg/mL硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB G 62029-90)、大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)(GBW 10010)、稻谷(湖南省本地產(chǎn))；鹽酸、硝酸、硼氫化鉀、氫氧化鉀：優(yōu)級(jí)純。

1.2 試樣制備

稻谷去除雜質(zhì)，經(jīng)礱谷機(jī)去殼制得糙米，粉碎至全部過(guò)20目篩，儲(chǔ)于塑料瓶中備用；大米試樣直接粉碎至全部過(guò)20目篩，儲(chǔ)于塑料瓶中備用。

1.3 試樣預(yù)處理

1.3.1 濕法消解

稱取試樣0.5 g(精確至0.001 g)置于聚四氟乙烯消解管中，加入20 mL硝酸，于恒溫消解儀上170 ℃加熱，當(dāng)溶液變?yōu)榍辶翢o(wú)色并伴有白煙產(chǎn)生后，再繼續(xù)加熱至剩余體積約為2 mL，冷卻，再加體積分?jǐn)?shù)為50%鹽酸溶液5 mL，繼續(xù)加熱至溶液變?yōu)榍辶翢o(wú)色并伴有白煙出現(xiàn)，剩余體積約為2 mL。冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，用水定容，混勻待測(cè)。同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 微波消解

稱取試樣0.5 g(精確至0.001 g)置于聚四氟乙烯消解管中，加入10 mL硝酸，于微波消解儀中按設(shè)定程序(見(jiàn)表1)進(jìn)行消解，消解結(jié)束待冷卻后，于恒溫消解儀上170 ℃加熱，當(dāng)溶液變?yōu)榍辶翢o(wú)色并伴有白煙產(chǎn)生后，再繼續(xù)加熱至剩余體積約2 mL，冷卻，再加體積分?jǐn)?shù)為50%鹽酸溶液5 mL，繼續(xù)加熱至溶液變?yōu)榍辶翢o(wú)色并伴有白煙出現(xiàn)，剩余體積約為2 mL。冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，用水定容，混勻待測(cè)。同時(shí)做試劑空白實(shí)驗(yàn)。

表1 微波消解儀設(shè)置條件

1.4 儀器條件

光電倍增管負(fù)高壓 300 V，燈電流60 mA，原子化器高度8 mm，載氣流量300 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，延遲時(shí)間1.0 s，讀數(shù)時(shí)間15 s，測(cè)定方式標(biāo)準(zhǔn)曲線法，讀數(shù)方法峰面積。

載流：5%鹽酸溶液；還原劑：15 g/L 硼氫化鉀+5 g/L氫氧化鉀。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

取濃度為1 000 μg/mL 硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，加5%鹽酸溶液定容至刻度，混勻，并將其依次稀釋成濃度為0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0、16.0 μg/L的硒標(biāo)準(zhǔn)工作液。

2 結(jié)果與討論

2.1 料液比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

取兩個(gè)不同濃度硒含量的稻谷樣品(以下考查不同條件對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響均使用此稻谷樣品)，濃度1約0.1 mg/kg；濃度2約0.5 mg/kg。同一種樣品15份，3份一組做平行實(shí)驗(yàn)，分別考察了在濕法消解和微波消解法下樣品質(zhì)量與硝酸不同試料液比(g/mL)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，其中濕法消解料液比設(shè)置為：1/5、1/10、1/20、1/40，微波消解料液比設(shè)置為：1/20。樣液定容前發(fā)現(xiàn)：當(dāng)使用濕法消解時(shí)，料液比1/5試樣完全呈現(xiàn)黑色，基本沒(méi)有消解；料液比1/10試樣部分呈現(xiàn)黃色或黑色，消解不完全；料液比1/20試樣基本都呈無(wú)色，有部分呈現(xiàn)淡黃色。料液比1/40試樣完全呈現(xiàn)無(wú)色，并與微波消解法料液比1/20試樣呈現(xiàn)一致。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2：在濕法消解條件下，料液比1/5、1/10、1/20時(shí)，試樣消解不完全，以致檢測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確，無(wú)法滿足實(shí)驗(yàn)的要求，料液比1/40時(shí)試樣消解完全，兩個(gè)不同濃度樣品結(jié)果平行性良好；在微波消解條件下，料液比1/20時(shí)能達(dá)到濕法消解法1/40時(shí)的效果，這是因?yàn)槲⒉ㄏ獠捎昧嗣荛]溶樣罐及微波加熱的方式，有利于試樣的消化。為了將樣品稱樣量與加入濃硝酸體積比量化，本研究濕法消解采用料液比為1/40，微波消解為料液比1/20。

表2 不同料液比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

2.2 溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

取兩不同濃度硒含量的稻谷樣品，同一種樣品12份，3份一組做平行實(shí)驗(yàn)，分別考察了在濕法消解時(shí)，溫度130、150、170 ℃條件下，不同溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，結(jié)果見(jiàn)圖1。結(jié)果表明，在130、150、170 ℃條件下，溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果均無(wú)影響。因?yàn)樵跐M足高于濃硝酸(68%)沸點(diǎn)120.5 ℃的溫度、較大的料液比條件下，都能保持較好的回流消解。為了縮短消解時(shí)間，本文中濕法消解采用溫度170 ℃條件進(jìn)行，微波消解采用程序升溫，最高溫度為170 ℃條件進(jìn)行(見(jiàn)表1)，但切不能將消解液煮干，以免影響其實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

圖1 不同溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

2.3 酸度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

氫化物發(fā)生-原子熒光法要求應(yīng)有適宜的酸度，選擇無(wú)氧化性的5%鹽酸作為載流，在還原劑15 g/L硼氫化鉀+5 g/L氫氧化鉀條件下，使配制所得硒標(biāo)準(zhǔn)工作液鹽酸濃度分別為5%、10%和20%，考察不同鹽酸濃度的硒標(biāo)準(zhǔn)工作液對(duì)熒光強(qiáng)度的影響。取兩不同濃度硒含量的樣品，同一種樣品12份，3份一組做平行實(shí)驗(yàn)，分別將樣品樣液定容前加入鹽酸使得樣液含酸濃度分別約為5%、10%和20%，考察對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，其結(jié)果見(jiàn)表3。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在酸度5%～20%的范圍內(nèi)，硒的熒光強(qiáng)度隨著酸度的變化影響較小，這與國(guó)標(biāo)GB 5009.93—2010到GB 5009.93—2017內(nèi)容中刪除樣液定容時(shí)補(bǔ)加鹽酸的步驟是一致的。因此，本實(shí)驗(yàn)采用5%鹽酸配制硒標(biāo)準(zhǔn)工作液，且樣品前處理趕酸步驟完成后直接加水定容。

表3 酸度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

2.4 掩蔽劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

氫化物原子熒光光譜法測(cè)定食品中硒的過(guò)程中存在著離子干擾，如As、Bi、Cu等，為消除干擾離子對(duì)測(cè)定硒的影響，國(guó)標(biāo)法中加入鐵氰化鉀可有效地抑制干擾，從而保證測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性[13]。本實(shí)驗(yàn)取兩不同溶度硒含量的稻谷樣品，同一種樣品12份，6份一組做平行實(shí)驗(yàn)，分別測(cè)得在加與不加鐵氰化鉀兩種情況下的樣品結(jié)果，結(jié)果見(jiàn)表4。實(shí)驗(yàn)表明：稻米中硒含量的測(cè)定基本不受掩蔽劑鐵氰化鉀的影響。這也說(shuō)明測(cè)定稻米中硒含量時(shí)干擾離子濃度很低，不足以影響其測(cè)定結(jié)果[14]。另外鐵氰化鉀因其有顏色，長(zhǎng)期使用必然會(huì)對(duì)儀器管路有所污染，因此，從滿足分析測(cè)試的要求來(lái)說(shuō)，測(cè)定稻米中硒含量可不加掩蔽劑鐵氰化鉀。

表4 掩蔽劑對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響(n=6)

2.5 過(guò)夜預(yù)消解對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

國(guó)標(biāo)中食品硒測(cè)定時(shí)，消解前需要過(guò)夜預(yù)消解，大大增加了檢測(cè)時(shí)間，降低了檢測(cè)效率。本論文考察了直接消解與過(guò)夜預(yù)消解后再消解兩種情況下，稻米樣品硒的檢測(cè)結(jié)果，探討直接消解的可行性。取兩不同濃度硒含量的試樣，同一種樣品12份，6份一組做平行實(shí)驗(yàn)，一組加硝酸過(guò)夜預(yù)消解，另一組直接加硝酸消煮或微波消解，比較兩組實(shí)驗(yàn)結(jié)果。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：直接消解與過(guò)夜預(yù)消解再消解測(cè)定稻米中硒含量的結(jié)果基本一致。這說(shuō)明稻米基體中的硒易于提取，可以省去預(yù)消解步驟，從而節(jié)省樣品前處理時(shí)間。

2.6 線性關(guān)系、檢出限和定量限

以GSB G 62029-90硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稀釋所得的硒標(biāo)準(zhǔn)工作液(0～16.0 μg/L)，在確定的載流、還原劑和熒光光譜條件下進(jìn)行測(cè)定。以峰面積為縱坐標(biāo)、質(zhì)量濃度(單位μg/L)為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，稻米中硒含量在0～16 μg/L的范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，線性方程：If=77.462×c+7.854，相關(guān)系數(shù)：0.999 6。按測(cè)試方法平行進(jìn)行11次空白實(shí)驗(yàn)，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以工作曲線的斜率求得檢出限為0.001 8 mg/kg；以10倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以工作曲線的斜率求得定量限為0.005 4 mg/kg，完全能滿足糧食中硒含量的測(cè)定需求。

2.7 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定、回收率和精密度實(shí)驗(yàn)

應(yīng)用本論文中的濕法消解和微波消解2種前處理方法對(duì)大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10010 消解處理后測(cè)定，并以該大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)作為本底，加入硒標(biāo)準(zhǔn)溶液(3個(gè)濃度水平，添加量相當(dāng)于硒含量0.10、0.20、0.40 mg/kg)后按照本文建立的方法進(jìn)行處理和測(cè)定，每份樣品進(jìn)行6次平行測(cè)定，考察加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表5。大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)實(shí)測(cè)值在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確值范圍內(nèi)，且3個(gè)濃度水平加標(biāo)回收率為90.0%～102.5%，精密度為1.7%～8.4%，符合一般痕量分析要求。

表5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硒的測(cè)定結(jié)果、加標(biāo)回收及精密度(n=6)

2.8 實(shí)際樣品分析

2個(gè)不同濃度的稻谷實(shí)際樣品采用現(xiàn)國(guó)標(biāo)法(第一法)、改進(jìn)法(1.3.1和1.3.2)比對(duì)考查，結(jié)果見(jiàn)表6。發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)國(guó)標(biāo)法(第一法)、改進(jìn)法(1.3.1和1.3.2)共4種方法對(duì)稻米中硒含量測(cè)定均能達(dá)到同樣的效果，而本文所建方法不需要采用極易爆炸的高氯酸、H2O2等消化試劑，并簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)步驟(如不加掩蔽劑鐵氰化鉀、省去預(yù)消解步驟等)。

表6 實(shí)際樣品現(xiàn)國(guó)標(biāo)、改進(jìn)法比對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=3)

3 結(jié)論

以純硝酸為消解液，采用濕法消解法和微波消解法2種前處理消化方法測(cè)定了稻米中硒的含量，通過(guò)實(shí)際稻谷樣品現(xiàn)國(guó)標(biāo)法與改進(jìn)法比對(duì)考查、大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)及加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方法可靠性的驗(yàn)證，并重點(diǎn)考察料液比、溫度、酸度、掩蔽劑及過(guò)夜預(yù)消解對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：現(xiàn)國(guó)標(biāo)法與改進(jìn)法比對(duì)結(jié)果一致，大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)實(shí)測(cè)值在標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)確值范圍內(nèi)，且3個(gè)濃度水平加標(biāo)回收率為90.0%～102.2%，精密度為1.7%～8.4%；濕法消解法在料液比1/40(g/mL)、170 ℃恒溫消煮能得到較好實(shí)驗(yàn)結(jié)果；微波消解法在料液比1/20(g/mL)封閉消解也能得到較好實(shí)驗(yàn)結(jié)果；酸度在5%～20%的范圍內(nèi)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較小；稻米中硒含量的測(cè)定基本不受掩蔽劑鐵氰化鉀和過(guò)夜預(yù)消解與否的影響。改進(jìn)后的2種前處理方法消化液?jiǎn)我弧?zhǔn)確可靠、步驟簡(jiǎn)化，能夠滿足糧食檢測(cè)工作的需要。