原子吸收光譜測定味精中鋅元素不同前處理方法的比較

陳文彬

上海工微所科技有限公司，上海 200233

鋅是人體必需的微量元素之一,在人體生長發育、生殖遺傳、免疫、內分泌等重要生理過程中起著極其重要的作用[1-2]。人體缺鋅會引起許多疾病, 攝入過量的鋅亦有不利的影響。攝入含有過量鋅的食物和飲料會引起鋅中毒[3]。大量的鋅還能抑制吞噬細胞的活性和殺菌力，從而降低人體的免疫功能，使抵抗力減弱，對疾病易感性增加[4]。過量補鋅可降低機體內血液、腎和肝內的鐵含量，從而使人體發生頑固性缺鐵性貧血[5]。我國味精的主要制作工藝是將谷物淀粉水解為葡萄糖配合菌種發酵大量積累谷氨酸，再通過鋅鹽法提取發酵液中的谷氨酸，最終的谷氨酸中和液會經過硫化鈉法或樹脂法進行除鋅處理。為了驗證產品的除鋅效果，防止味精中的鋅對食用者造成危害，對成品味精進行鋅含量的測定是非常必要的。然而，目前現行的味精標準GB 2720—2015中并沒有規定味精中鋅的檢測方法。國內見于報道的味精中鋅的檢測方法有原子吸收光譜法、二硫腙比色法[6]等。

本實驗根據GB/T5009.14—2017食品中鋅的測定第一法原子吸收光譜法，并對該方法的前處理進行了改進，使其更加適合味精樣品的測定。首先，硝酸-高氯酸的濕法消解方法雖然得到廣泛的運用，但是高氯酸本身存在可能爆炸的潛在危險，業內也出現過使用高氯酸發生爆炸的事故。此外，高溫干法灰化雖然對于破壞樣品中有機質是很好的手段，并且能降低酸污染，但灰化溫度過高易造成金屬元素的揮發或吸附于坩堝上；溫度太低又會因為灰化不徹底而影響測定結果[7]。因此，本文嘗試改變常規干法消解使用的酸和加入酸的時機、以及嘗試使用不同的酸進行濕法消解和微波消解，對樣品消解時間、消解效果和實驗結果的精密度和回收率的影響進行分析，最終得出較可靠和高效率的消化方法。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與試劑

味精：1號品牌99%細晶味精，1號品牌80%粉狀味精，2號品牌99%味精。

標準溶液和試劑：水中鋅0.100 g/L標準品(上海市計量測試技術研究院)，鹽酸，硝酸，高氯酸，實驗所用試劑均為優級純，實驗用水為去離子水。

1.2 試驗儀器與設備

原子吸收分光光度計(Agilent Technologies 200 Series AA)，ECH-II微機控溫加熱板(上海新儀微波化學科技有限公司)，MDS-6微波消解儀(上海新儀微波化學科技有限公司)，立式萬用電爐(上?；厶﹥x器制造有限公司)，SX2-410馬弗爐(上海實研電爐有限公司)。

1.3 試驗方法

消解用酸的選擇，事先擬定三種不同的消解用酸，混合酸：硝酸+高氯酸(4+1)；硝酸 ；鹽酸。

1.3.1試樣前處理

(一) 先灰化再加酸的干法消解

準確稱取0.5 g樣品置于50 mL瓷坩堝中，小火炭化至無煙后移入馬弗爐中，500 ℃±25 ℃灰化約8 h后，取出坩堝，再加入5 mL硝酸或鹽酸，小火加熱，不使干涸，如此反復處理，直至殘渣中無炭粒，待坩堝稍冷，用鹽酸(1+11)溶解洗滌移入25 mL容量瓶中[8]，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗。

(二) 先加酸再灰化的干法消解

準確稱取0.5 g樣品置于50 mL瓷坩堝中，加入5 mL消解用酸，放置0.5 h，小火蒸干，繼續加熱炭化，移入馬弗爐500 ℃±25 ℃灰化約1 h后，取出，加1 mL消解用酸，小火蒸干，再移入馬弗爐500 ℃±25 ℃灰化約1 h，取出，用鹽酸(1+11)溶解洗滌移入25 mL容量瓶中，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗。

(三) 濕法消解

準確稱取1 g樣品于高腳燒杯中，加入10 mL消解用酸加蓋浸泡過夜，在電熱板上加熱消解至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，放冷，用去離子水轉移洗滌至25 mL容量瓶，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗。

(四) 微波消解

準確稱取0.5 g樣品置于微波消解罐中，加入5 mL消解用酸，置于電熱板上120 ℃預消化45 min(防止在微波消解時反應，短時間內罐內壓力過大，造成安全裝置自動放氣減壓，使微量元素損失[9])，放冷，視溶液體積補加1 mL～2 mL消解用酸，放入微波消解儀中逐步加壓 消解(消解儀設定參數見表1)，消解完全后，取出，放電熱板上趕酸，放冷，用去離子水轉移洗滌至25 mL容量瓶，定容。并且按同一操作方法做試劑空白試驗。

表1 微波消解儀設定參數

1.3.2樣品測定

準確吸取0 mL，0.50 mL,1.00 mL,2.00 mL,3.00 mL和4.00 mL鋅標準使用液(5 μg/mL)，分別置于25 mL容量瓶中，以1 mol/L鹽酸稀釋至刻度，混勻(各容量瓶中每毫升分別相當于0 μg，0.1 μg，0.2 μg，0.4 μg，0.6 μg，0.8 μg鋅)。

將處理后的樣液、試劑空白液和各容量瓶中的鋅標準溶液分別導入調至最佳條件的火焰原子化器(火焰原子吸收分光光度計測定工作條件見表2)，先測定標準系列的吸光度，得到鋅元素標準系列回歸方程，再將樣品測定吸光度代入回歸方程，計算出味精樣品中鋅元素的含量。

表2 火焰原子吸收分光光度計測定工作條件

2 結果與討論

對三種不同味精進行上述方法的測定，發現三種味精中鋅含量均小于定量限。因此對幾種消解方法做如下實驗：(1)對空白樣品吸光度進行20次平行測定，計算方法檢出限。(2)在三種不同的味精樣品中分別加入0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL鋅使用液(5 μg /mL)，分別為2.5 μg、5.0 μg、10 μg鋅進行加標實驗，每個濃度做6個平行。(3)對三種味精加入2.5 μg鋅的樣品重復測定6次，驗證精密度。

(一) 先灰化再加酸的干法消解

前文提到高氯酸具有加熱易爆的特性，而干法消解的加熱溫度較高，所以本文試驗了用擬定的硝酸和鹽酸兩種酸來進行實驗，測定該方法的檢出限，精密度，和加標回收率。結果見表3和表4。

表3 先灰化再加硝酸的干法消解(n=6)

表4 先灰化再加鹽酸的干法消解(n=6)

從表中數據可以看出干法消解的精密度較好，但是由于高溫加熱和灰化時間過長，容易導致鋅的損失，回收率勉強滿足分析要求但是不穩定，高溫加熱味精還會生成有輕微毒性的焦谷氨酸鈉。因此，干法消解可以用硝酸和鹽酸來代替高氯酸，但過程繁瑣，消耗時間長，效率低。

(二) 先加酸再灰化的干法消解

由于干法消解耗時很長，所以本文試驗了先在1號品牌99%味精中加入擬定的三種酸再灰化來加快反應速率，并測定該方法的檢出限，精密度，和加標回收率。干法消解完全后樣品如圖1，測定結果見表5。

圖1 從左到右依次為硝酸+高氯酸(4+1)，硝酸，鹽酸

表5 1號品牌99%味精先加酸再灰化的干法消解(n=6)

從圖1和表5數據中可以看出，以上三種酸可以將樣品消解完全，其中混合酸酸消解效果最佳，但是味精加入酸后小火加熱反應劇烈，從結果來看混合酸和鹽酸回收率很低，說明樣品中鋅在劇烈反應中大量損失，硝酸回收率偏差大，說明用硝酸消解的穩定性不好。此外，雖然該方法在電爐炭化過程比前法節省了時間，但是三種酸的灰化過程都要進2次馬弗爐，由于馬弗爐升溫和冷卻時間較長，導致該方法總體消耗的時間與前法相比沒有顯著減少，實驗效率也沒有提升。證明該方法不適用于味精的鋅的消解。

(三) 濕法消解

姚正堂等[10]的研究證實了硝酸+高氯酸(4+1)濕法消解也能運用于味精中鋅的測定，本文嘗試用擬定的硝酸和鹽酸來代替硝酸+高氯酸的混合酸，經試驗取樣5 g消解完全后燒杯底部溶液濃度過高，液體粘稠，不利于轉移洗滌，加標回收率為74.0%～84.3%。因此取樣1 g進行試驗，并測定該方法的檢出限，精密度，和加標回收率，是否能達到更好的效果。結果見表6和表7。

表6 硝酸濕法消解(n=6)

表7 鹽酸濕法消解(n=6)

從實驗數據可以看出使用硝酸和鹽酸進行濕法消解實驗結果無明顯差異，兩種酸都能將味精消解完全，兩種方法的精密度和準確度也都達到分析要求，說明在不使用高氯酸的情況下，硝酸和鹽酸本身也能勝任味精的消解，且整個實驗耗時較少，效率較高，安全可靠。

(四) 微波消解

微渡消解技術是一種嶄新的、高效的樣品消解方法[11]。本文分別用擬定的混合酸，硝酸和鹽酸來進行消解，并測定該方法的檢出限，精密度，和加標回收率，比較三種酸對結果的影響。測定結果見表8、表9和表10。

表8 混合酸微波消解(n=6)

表9 硝酸微波消解(n=6)

表10 鹽酸微波消解(n=6)

從實驗數據中可以看出三種酸均能將味精消解完全，三種酸的實驗結果無明顯差別，同時也擁有較好的精密度和加標回收率，其中唯一缺點是混合酸的樣品在經過微波后罐體溫度極高，放氣也很猛烈，具有一定危險性。其余兩種酸的消解都比較穩定。試劑用量少，減少酸的污染，操作簡單。

綜上所述，從圖2中7種消解方法的比較可以看出干法消解回收率不穩定，且過程繁瑣，消耗時間長，效率低，不能滿足味精中鋅的測定要求。對姚正堂等[10]濕法消解進行了改進，分別使用了硝酸和鹽酸來代替混合酸，其中使用硝酸相對標準偏差在1.3%～3.1%，回收率在94.8%～110.1%，鹽酸相對標準偏差在0.9%～3.8%，回收率在98.2%～106.7%結果準確可靠。嘗試了使用三種不同的酸進行微波消解，其中混合酸相對標準偏差0.44%～0.67%，回收率在91.4%～106.2%，硝酸相對標準偏差0.6%～2.6%，回收率在96.8%～111.7%，鹽酸相對標準偏差1.3%～3.3%，回收率在90.9%～101.2%。說明微波消解效果很好，唯一缺點是混合酸微波消解有一定危險性。

圖2 7種消解方法加標回收率

3 結論

本文對味精中鋅的測定方法進行了改進，使用純硝酸和純鹽酸來代替混合酸進行干法和濕法消解，并且使用三種酸進行了微波消解。標準曲線在0.1 μg/mL～0.8 μg/mL濃度范圍內線性良好，相關系數大于0.999，三種味精的鋅用幾種方法測定都小于定量限，三種方法中干法消解回收率不穩定，濕法和微波消解結果精密度和準確度則較好，同種方法測定不同的99%味精和80%味精回收率無明顯差異，說明本文嘗試的濕法和微波消解適用于不同味精中鋅的測定。在三種酸的比較中，使用鹽酸進行濕法和微波消解效果最佳，使用鹽酸進行濕法消解的加標相對標準偏差在0.9%～3.8%，回收率在98.2%～106.7%。使用鹽酸進行微波消解的加標相對標準偏差1.3%～3.3%，回收率在90.9%～101.2%。使用微波消解在少量樣品時效率高，濕法消解則適用于大批量的樣品。