電感耦合等離子體發射光譜法直接測定 純牛奶中鈣、鉀、鎂

◎ 孫 藝，羅小寶，黃志芬，馮梓君

（1.廣東省食品工業研究所有限公司，廣東 廣州 511442；2.廣東省食品工業公共實驗室，廣東 廣州 511442；3.廣東省食品質量監督檢驗站，廣東 廣州 511442）

牛奶是最古老的天然飲料之一，被譽為“白色血液”。牛奶中含有豐富的蛋白質、脂肪、維生素和礦物質等營養物質，其中鈣、鉀、鎂是人體必須的常量元素，缺鈣會導致成人骨質疏松，容易骨折；缺鉀可引起肌肉、消化、心血管、泌尿和中樞神經等系統發生功能性或病理性改變；缺鎂可影響神經肌肉的興奮性，表現為肌肉震顫、手足抽搐等[1]，而牛奶及其制品是膳食補充鈣、鉀、鎂的最好來源，因此多喝牛奶可以補充體內礦物質元素含量[2]。

目前，測定礦物質元素含量的方法主要有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質譜法、原子熒光光譜法及電感耦合等離子體發射光譜法等[3]。而前處理的水平直接影響牛奶測定的準確性，并且前處理時間都比較久，檢測時間比較長。原子吸收光譜法不能同時對多種元素進行測定，檢測效率較低；電感耦合等離子體質譜法使用的儀器價格昂貴，檢測成本較高；而電感耦合等離子體發射光譜儀直接進樣法無前處理操作，檢測速度快，并可對多元素同時進行測定，且準確度高，檢測成本較低。

本研究選取了國內最著名的兩個品牌的純牛奶A、B，和廣州市銷量靠前的品牌C，采用電感耦合等離子體發射光譜儀直接測定3種品牌純牛奶中鈣、鉀、鎂含量，省去了煩瑣的樣品消化前處理過程，同時也避免了污染元素的引入，快速準確得出牛奶中鈣、鉀、鎂的含量。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

Agilent 5110 VDV電感耦合等離子發射光譜儀ICP-OES（安捷倫科技有限公司）、ETHOS UP微波消解儀（Milestone公司）、HT-300可調式電熱板（廣州格丹納儀器有限公司）。

1.2 材料與試劑

市面購買不同品牌的純牛奶（A、B、C）。

標準溶液：鈣（1 000 μg·mL-1），由國家有色金屬及電子材料分析測試中心提供；鉀（1 000 μg·mL-1）、鎂（1 000 μg·mL-1），由中國計量科學研究院提供；優級純硝酸，由蘇州晶瑞化學股份有限公司提供；一級水：由Milli-Q純水系統提供（電阻率 18.2 MΩ·cm，Millipore公司）。

1.3 前處理方法

1.3.1 直接取樣法

取1 mL樣品，用1%硝酸溶液直接定容至25 mL，過濾。取1 mL樣品，用5%硝酸溶液直接定容至25 mL，過濾。取1 mL樣品，用去離子水直接定容至25 mL。

1.3.2 微波消解法

取1 mL樣品，加入5 mL硝酸溶液，按普通微波標準操作步驟進行消解；升溫程序：①升溫10 min到溫度130 ℃，1 800 W。②130 ℃保持5 min，1 800 W。③升溫10 min到150 ℃，1 800 W。④升溫10 min到180 ℃，1 800 W。⑤180 ℃保持15 min，1 800 W；泄壓排氣，冷卻后取出，打開蓋子，將消化液轉移至 25 mL容量瓶中，用少量一級水沖洗內管3次，合并洗滌液并用一級水定容至刻度線，混勻備用，同時做空白實驗[4]。

1.3.3 濕法消解法

取1 mL樣品，加入10 mL硝酸溶液，蓋上三角漏斗，置于可調式電熱板上加熱消解，設置消解溫度200 ℃，消解至樣液澄清透明，并伴有白色煙霧冒出，待樣液體積剩余約2 mL左右，取下冷卻。用一級水沖洗漏斗外壁，再放置溫度為150 ℃的電熱板上加熱趕酸，待消化液體積為2 mL左右，取下冷卻后轉移至25 mL比色管，并用少量一級水沖洗3次，合并洗液于比色管中并用一級水定容至刻度線，混勻備用，同時做空白實驗。

1.4 電感耦合等離子體發射光譜儀工作條件

儀器工作參數為：射頻功率1.20 kW，雙通道玻璃氣旋霧室，輔助氣流量1.0 L·min-1，等離子體流量12.0 L·min-1，霧化氣流量0.7 L·min-1；測量方式為軸向模式和徑向模式；軸向：測量時間7 s，沖洗時間20 s；徑向：測量時間5 s，沖洗時間20 s。

2 結果與分析

2.1 直接取樣法溶劑確定

由表1可知，相比用去離子水和1%的硝酸作為溶劑定容，用5%和10%的硝酸定容后，測定結果更高，說明5%和10%硝酸作為溶劑定容效果更好，但考慮到設備的耐用性會受酸度的影響，酸度越高對設備壽命的影響越大，最終選擇5%的硝酸作為溶劑定容更為妥當。

表1 不同溶液定容測定結果的比較表

2.2 直接測定純牛奶中3種元素的可行性

對不同品牌純牛奶3種元素采用直接測定法（選用5%硝酸作為溶劑）、微波消解法和濕法消解 法3種前處理方法，用電感耦合等離子發射光譜儀（ICP-OES）測定，得出的數據進行對比。由表2可知，用直接測定法測定3種元素的結果與微波消解法、濕法消解法作為前處理方法的測定結果無明顯差異。

表2 不同品牌純牛奶運用不同前處理方法對各元素含量測定表（單位：mg/100 mL）

2.3 線性與檢出限

用5%的硝酸作為溶劑配制標準曲線各個濃度點得出表3線性參數及檢出限。由表3可知，該方法的檢出限均小于國家標準方法要求（國標要求檢出限：鈣為2 mg·L-1，鉀為3 mg·L-1，鎂為2 mg·L-1），線性范圍較寬，相關系數都在0.999以上。

表3 線性參數和檢出限表

2.4 精密度和準確度

用5%的硝酸作為溶劑，對純牛奶樣品進行直接連續6次的測量，得出各元素的RSD[5]。按照標準加入法對各種純牛奶進行加標回收試驗，樣品中各元素的回收率，結果如表4所示。

由表4可知，各元素相對標準偏差均小于1%，說明實驗方法的精密度較高，符合分析要求；回收率為94.7%～104.0%，表明方法準確、可靠。

表4 不同品牌純牛奶各元素相對標準偏差和回收率表

3 結論

通過選取A、B、C純牛奶為研究對象，采用電感耦合等離子體發射光譜儀同時測定純牛奶中鈣、鉀、鎂的含量，采用直接進樣法測定。結果表明，線性相關系數達到0.999以上，方法檢出限在0.060 7～0.287 0 mg·L-1，RSD低于1%，回收率為94.7%～104%。分別采用直接進樣與微波消解、濕法消解后進樣，3種元素含量測定結果無顯著差異，表明直接進樣法可作為測定純牛奶中元素含量的一種快速、環保、便捷、高效的方法。