微波氧燃燒-ICP-MS測定木瓜中的多種微量元素

雷明馨，潘小梅

1. 成都農業科技職業學院（成都 611130）；2. 四川農業大學（成都 611130）

木瓜素有“百益之果”之稱，具有抗氧化、抗菌抗炎等諸多功效[1-2]。木瓜中富含維生素C、酶類，以及人體所需的所有微量元素。其中，銅、鐵是造血元素；鋅是100多種酶的活性中心，對人體免疫系統和防御功有重大作用；鈣可預防骨質疏松，對兒童生長發育有重要作用[3]；鉻是發揮胰島素作用的元素，硒可以預防衰老，抑制自由基產生，兩者也可作為治療甲狀腺腫、克山病和糖尿病的食品補充劑[4]。作為原衛生部認定的食藥兩用瓜果，木瓜的藥用價值被廣泛應用在保健食品、美容護膚等商業領域。

傳統的無機元素分析方法主要有原子吸收（AAS）法、氫化物發生-原子熒光（HG-AFS）法、電感耦合等離子體原子發射光譜（ICP-AES）法等[5]，存在靈敏度較低、線性范圍較窄、分析速度較慢、成本較高等問題[6]。已報道的木瓜中微量元素的檢測多采用ICP-AES及火焰原子吸收法，利用電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）檢測較少。相比其他方法，ICP-MS法可同時分析多種元素，并且有靈敏度高、檢測限低、準確度高、分析速度快等優勢[7]。濕消解法為植物樣本前處理的常規方法，但該法處理時間長、污染環境并可能損害儀器[8-9]。微波氧燃燒法作為新提出的前處理方法，不僅燃燒反應迅速，縮短處理時間，并且不需要使用高濃度無機酸，具有很高元素回收率，是綠色環保且高效的新方法[10]。利用微波氧燃燒法作為前處理檢測木瓜中微量元素尚未見報道，與ICP-MS連用方法亦未見報道。據此，通過比較微波氧燃燒法與濕消解法對樣本的前處理情況，篩選出較優的前處理方法并對其進行進一步優化，達到減少組分的損失、縮短前處理的時間的目的。

試驗通過篩選優化前處理方法結合ICP-MS，達到快速且準確測定木瓜中9種微量元素的目的，為木瓜中微量元素的快速檢測提供基礎數據。

1 材料與方法

1.1 主要儀器及試劑

電感耦合等離子體質譜儀（Agilent 7900 ICPMS，美國安捷倫科技有限公司）；微波氧燃燒系統（Multiwave Pro，奧地利安東帕公司）；石墨電熱板（DL-01，長沙諾達儀器設備有限公司）；純水儀（Smart2Pure 12 UV，賽默飛世爾科技有限公司）；電子天平（MS-TS，精度0.1 mg，梅特勒-托利多公司）。

各元素標準溶液（均來自國家標準物質中心）：鎂（GSB 04-1735-2004，1 000 μg/mL）、鋅（GSB 04-1761-2004，1 000 μg/mL）、錳（GSB 04-1736-2004，1 000 μg/mL）、鐵（GSB 04-1726-2004，1 000 μg/mL）、鈣（GSB 04-1720-2004，1 000 μg/mL）、鉻（GSB 04-1723-2004（d），1 000 μg/mL）、鈷（GSB 04-1722-2004，1 000 μg/mL）、銅（GSB 04-1725-2004，1 000 μg/mL）、硒（GSB 04-1751-2004，1 000 μg/mL）；硝酸、過氧化氫（優級純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司）；用1%硝酸（純水稀釋濃硝酸配制）稀釋9種元素的標準溶液，配制成各校準點質量濃度分別為0，2，4，6，8和10 μg/mL的混合標準工作溶液。

1.2 樣本來源

番木瓜，市售。

1.3 樣本前處理

1.3.1 濕消解法

將木瓜洗凈，去皮去籽后準確稱取0.5 g樣本置于錐形瓶中，加入1 mL硝酸及2 mL過氧化氫，搖勻后放置過夜，于電熱板上130 ℃加熱2 h[11]，冷卻后將消化液轉移至25 mL容量瓶中，用3 mL純水洗滌錐形瓶3次，洗滌液轉移至容量瓶中，用純水定容至刻度線。

空白樣本的制備：0.5 g純水置于錐形瓶中，加入1 mL硝酸及2 mL過氧化氫，搖勻后放置過夜，于電熱板上130 ℃加熱2 h，冷卻后將消化液轉移至25 mL容量瓶中，用3 mL純水洗滌錐形瓶3次，洗滌液轉移至容量瓶中，用純水定容至刻度線。

1.3.2 微波氧燃燒法

將木瓜洗凈，去皮去籽，樣品均質后準確稱取0.5 g樣本與無灰濾紙一起壓入微波氧燃燒系統的石英支架中，石英罐中預先添加6 mL吸收液（7 mol/L硝酸）[10,12]。將含有樣品的支架放入石英微波容器中，立即在濾紙上添加50 μL硝酸銨溶液（6 mol/L）[11]。關閉容器并蓋上轉子后，在1 min內通入氧氣使容器氣壓緩慢加至20 bar。將石英容器的轉子置于微波消解儀內，啟動微波加熱程序，功率5 s內上升至最大功率并持續10 min，加熱完畢冷卻20 min[9,12]。所得溶液用純水稀釋定容至30 mL并轉移至聚丙烯容器中。

空白樣本的制備：用純水洗滌過的不銹鋼剪刀剪取稱量0.5 g無灰濾紙，將其與完整的無灰濾紙一起壓入微波氧燃燒系統的石英支架中，石英罐中預先添加6 mL的7 mol/L硝酸；將支架放入石英微波容器中，立即在濾紙上添加50 μL的6 mol/L硝酸銨溶液，以與上述相同的微波氧燃燒系統設定對空白樣本進行消解，所得溶液用超純水稀釋定容至30 mL并轉移至聚丙烯容器中。

1.4 上機測試

將處理好的樣本根據表1所示的儀器工作參數進行測試。

表1 ICP-MS儀器工作參數

2 結果與分析

2.1 2種樣本前處理方法的評價

通過方法檢出限、精密度及回收率等指標對2種樣本前處理方法的效果進行評價。

2.2 方法檢出限

對空白樣本連續測定11次，取響應值的3倍標準偏差除以工作曲線斜率的值作為相應方法的檢出限[13]，結果如表2所示。

表2 9種元素工作曲線及方法檢出限

濕消解法和微波氧燃燒法相關系數均達到0.999以上，濕消解法檢出限范圍為0.005～0.110 mg/kg；微波誘導消解法檢出限為0.004～0.084 mg/kg。比較同種元素的2種方法的檢出限，微波氧燃燒法均低于濕消解法。

2.3 精密度與回收率

2種前處理方法各取10份樣本，每份樣本按照1.3中消解條件進行前處理，ICP-MS進行測定，計算2種前處理方式所得10份樣本測定結果的均值及相對標準偏差（δRSD），結果如表3所示。經正態性檢驗，2種方法的測量均值均為非正態分布，經Wilcox符號秩和檢驗分析，2種方法在統計學上存在顯著差異（z=2.21，p＜0.05）。從表3可知，微波氧燃燒法δRSD范圍為0.53%～1.88%，濕消解法的δRSD波動較大，范圍為1.71%～5.11%。

前處理前按表4的加標量在樣本中添加高、中、低3種水平的標準品，每個水平各做10次平行樣本，用2種前處理方法消解后上機測定。計算各元素平均加標回收率，結果如表4所示。

從加標回收率可知，非參檢驗結果顯示2種方法的低、中、高3組加標回收率存在顯著差異（z低=3.754，z中=3.644，z高=3.994；p＜0.05）。濕消解法低、中、高加標回收率范圍分別為87.03%～100.89%，86.73%～91.89%和86.46%～94.51%；微波氧燃燒法低、中、高加標回收率范圍分別為97.43%～100.89%，97.85%～103.04%和97.36%～100.73%。

結合精密度與回收率結果來看，微波氧燃燒法的各評價指標均優于濕消解法。因此，選擇微波氧燃燒法作為ICP-MS測定木瓜中微量元素前處理方法，并對其進行進一步優化。

表3 2種前處理方法的精密度結果比較（n=10）

表4 2種前處理方法的回收率結果比較（n=10）

2.4 微波氧燃燒法的進一步優化

在微波氧燃燒法前處理過程中，吸收液的選擇及用量對元素的最終回收率的高低有直接影響[10]，待測元素種類不同所對應的吸收液種類也有所差異，金屬元素一般選用酸性溶液（如稀硝酸、稀鹽酸）作為吸收液[9,12,14]。對吸收液的選擇及濃度進行優化，為微波氧燃燒法在木瓜微量元素測定的應用中提供更適宜的參數。

2.4.1 吸收液的選擇

選擇稀鹽酸（4 mol/L）及稀硝酸（7 mol/L）對樣本及標準品進行消解測試。

2.4.1.1 稀鹽酸體系

準確稱取0.5 g樣本及0.5 mL的10 mg/mL混合標準溶液置于石英微波容器中，容器中預先加入6 mL的4 mol/L稀鹽酸，按1.3.2操作進行消解。所得消化液為透明略帶淡黃色液體，加標回收率為93.10%～95.76%，結果如表5所示。

2.4.1.2 稀硝酸體系

準確稱取0.5 g樣本及0.5 mL的10 mg/mL混合標準溶液置于石英微波容器中，容器中預先加入6 mL的7 mol/L硝鹽酸，按1.3.2操作進行消解。所得消化液為無色透明液體，液體澄清無雜質，加標回收率為98.15%～101.65%，結果如表5所示。

比較2種體系，在同樣消解時間下，對相同質量大小（質量誤差0.5±0.002 g）的樣本，稀硝酸吸收液體系所得的消化液更加澄清，消解也更加完全；對標準溶液的消解，稀硝酸吸收液體系下各元素的加標回收率整體上均優于稀鹽酸吸收液體系，綜合考慮后選擇稀硝酸吸收液體系。

2.4.2 稀硝酸濃度的優化

設置3組濃度水平（組1，5 mol/L；組2，7 mol/L；組3，9 mol/L），對等質量樣本（質量誤差0.5±0.002 g）及標準品進行消解。由消化液性狀可知，組1仍未消解完全，組2與組3消解效果無肉眼差異。不同濃度稀硝酸回收率如表5所示。經非參檢驗，不同濃度的加標回收率存在顯著差異（χ2=18.317，p＜0.05），組1回收率低于其余2組，組2及組3無明顯差異?？紤]能耗，選擇稀硝酸濃度7 mol/L為優化后吸收液濃度。

表5 微波氧燃燒法優化回收率結果

2.5 方法準確性

采用蘋果質控樣GBW 10019（GSB-10）中的相應元素成分作為參考值，對試驗方法做準確度評價，結果見表6。結果表明，測定值與標準規定值一致，方法可靠。

表6 蘋果GBW 10019（GSB-10）中微量元素測定結果（n=4）

3 討論

檢測木瓜中金屬元素的前處理方法多用濕消解法，但該方法在處理過程中不斷補酸—冷卻—趕酸，并且試驗過程中高氯酸的使用將增加試驗人員的危害風險并對試驗環境造成一定程度污染，消解消耗時間長[8]。試驗提出的微波氧燃燒法相比濕消解法可極大減少前處理時間，避免強酸使用。

在檢出限方面，微波氧燃燒法測定木瓜樣品檢出限范圍在0.004～0.086 mg/kg，濕消解法檢出限范圍為

0.005～0.110 mg/kg，試驗方法對9種元素的檢出限均低于濕消解法，反映出微波氧燃燒法對樣品消解更為完全，而ICP-MS檢測要求前處理盡可能對樣品消解徹底，更佐證微波氧燃燒法可作為ICP-MS前處理的最優方法。2種方法的精密度均小于10%，微波氧燃燒法δRSD為0.53%～1.88%，濕消解法范圍在1.71%～5.11%。微波氧燃燒法比濕消解法精密度高、穩定性好，與已報道的火焰原子吸收法[15]相比，該方法測量相同微量元素的精密度更優。2種方法回收率相比，微波氧燃燒法在低、中、高3水平加標回收率上均優于濕消解法，其原因是微波氧燃燒法中在燃燒結束時有回流過程，可大幅提高金屬元素回收率，尤其對于易揮發的金屬元素的回收效果更為明顯；濕消解法對樣品的損失主要在敞口消解和趕酸這2個步驟，微波氧燃燒法可避免這些過程，因此具有更高回收率。

優化后的微波氧燃燒法具有最佳元素回收效果，可有效減少待測組分損失，明顯減少殘留碳，從而延長儀器壽命。通過與ICP-MS連用，可克服傳統消解方法中樣品損失量較多缺點，是ICP-MS檢測中較好的前處理方法選擇。

4 結論

試驗篩選并優化微波氧燃燒-ICP-MS法測定木瓜中多種微量元素的前處理方法，有效減少前處理過程中待測組分損失，操作簡便快速，提高樣本前處理的效率，可以得到批量檢測木瓜中9種微量元素較為可靠的結果，為木瓜中有效成分的進一步開發提供數據支撐。因其快速、簡單、高效、準確的特征，可為木瓜樣品中多種元素的同時、快速檢測提供思路，具有推廣應用價值。