ICP-OES 法測定飲用天然礦泉水中4 種陽離子和4 種界限指標(biāo)元素

姜華軍，魏 敏，張 羽

（威海市食品藥品檢驗(yàn)檢測研究院，山東威海 264210）

飲用天然礦泉水是從地下深處自然涌出的或經(jīng)人工采集的、未受污染的地下水，含有一定量的礦物質(zhì)鹽和微量元素。《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）中規(guī)定了礦泉水的7 項(xiàng)界限指標(biāo)，包括鋰、鍶、鋅、硒、偏硅酸、游離二氧化硫、溶解性總固體[1]。多種界限指標(biāo)元素與人的身體健康和發(fā)育密切相關(guān)。例如，鋰能夠調(diào)節(jié)中樞神經(jīng)系統(tǒng)，并改善造血功能；鍶有促進(jìn)骨骼生長以及防治心血管疾病的作用；鋅是核酸、蛋白質(zhì)合成的要素，能夠影響組織再生，促進(jìn)生長發(fā)育；硒具有一定的抗氧化作用，還可以調(diào)節(jié)免疫功能，提高機(jī)體抵抗力[2-4]。鉀、鈉、鈣、鎂是礦泉水中4 種主要的陽離子，也是人體必需的礦物質(zhì)元素，對于維持機(jī)體酸堿平衡和正常滲透壓、維持神經(jīng)和肌肉興奮性、促進(jìn)骨骼和牙齒形成等具有重要作用。陽離子和界限指標(biāo)元素的測定對于飲用天然礦泉水的品質(zhì)評價和質(zhì)量控制有重要意義。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）因具有準(zhǔn)確度高、線性范圍寬、可同時分析檢測多種元素等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域[5-7]。本實(shí)驗(yàn)采用ICP-OES法同時測定飲用天然礦泉水中鉀、鈉、鈣、鎂4 種陽離子和鋰、鍶、鋅、硒4 種界限指標(biāo)元素，考察線性范圍、檢出限、定量限、加標(biāo)回收率和精密度，并對多份市售礦泉水樣品進(jìn)行測定，為市售礦泉水的品質(zhì)鑒別提供方法和數(shù)據(jù)參考。

1 材料與方法

1.1 試劑和材料

硝酸（優(yōu)級純）：德國Merck 公司；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）：實(shí)驗(yàn)室自制；鉀、鈉、鈣、鎂、鋰、鍶、鋅、硒單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg·L-1）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 儀器和設(shè)備

Optima 8000 電感耦合等離子發(fā)射光譜儀：美國PerkinElmer 公司；Milli-Q Direct 8 超純水系統(tǒng)：德國Merck Millipore 公司。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

吸取各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用2%硝酸溶液逐級稀釋，配制成混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液系列，各元素的濃度見表1。

1.4 樣品處理

飲用天然礦泉水樣品清潔無污染，因此在測定前無須進(jìn)行消解，只需進(jìn)行酸化處理。取一定量的礦泉水樣品，加入終濃度為2%的硝酸進(jìn)行酸化，待上機(jī)檢測。若水樣中某一元素含量超出標(biāo)準(zhǔn)系列濃度范圍，則用2%硝酸溶液將水樣進(jìn)行適當(dāng)稀釋后檢測。

1.5 儀器工作條件

射頻功率1 300 W；等離子氣流量12 L·min-1；輔助氣流量0.2 L·min-1；霧化器氣體流量0.55 L·min-1；樣品提升流量1.5 mL·min-1；高濃度元素K、Na、Ca、Mg、Sr 采用徑向觀測方式，觀測高度15 mm；Li、Zn、Se 采用軸向觀測方式。

1.6 分析譜線選擇

對上述待測元素各選擇多條不同的分析譜線進(jìn)行測定，最終選擇干擾少、信號強(qiáng)度高且穩(wěn)定性好的譜線作為分析譜線，見表2。

表2 待測元素的分析譜線選擇

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

在上述儀器工作條件下，按濃度由低到高依次對混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液中各元素進(jìn)行測定，根據(jù)各元素濃度和相應(yīng)譜線強(qiáng)度建立標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，結(jié)果見表3。各元素在其相應(yīng)的濃度范圍內(nèi)均有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均大于0.999。

表3 各元素測定的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線

2.2 方法檢出限和定量限

以2%硝酸溶液作為空白試樣，平行測定20 次，計算各元素譜線強(qiáng)度值的標(biāo)準(zhǔn)偏差。3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度為方法檢出限[8]，10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差對應(yīng)的濃度為方法定量限，結(jié)果見表4。8 種元素測定的方法檢出限在0.000 082 ～0.025 000 mg·L-1，方法定量限在0.000 270 mg·L-1～0.083 000 mg·L-1。

表4 各元素測定的方法檢出限和定量限

2.3 加標(biāo)回收和精密度實(shí)驗(yàn)

按上述方法測定某一礦泉水試樣中8 種元素的含量，記為本底值。向這一礦泉水試樣中加入3 個不同濃度水平的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，制備加標(biāo)試樣，重復(fù)測定6 次，計算各元素的加標(biāo)回收率和RSD，見表5。8 種元素的平均加標(biāo)回收率在96.0%～107.0%，表明準(zhǔn)確度較高；平均相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.1%～4.8%，表明精密度良好。

表5 加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.4 實(shí)際樣品測定

利用所建立的方法對5 份不同品牌的市售飲用天然礦泉水樣品進(jìn)行檢測，結(jié)果見表6。所有被測礦泉水樣品中均含有較高水平的鉀、鈉、鈣、鎂4 種陽離子，其含量在不同品牌之間有差異，均在產(chǎn)品標(biāo)簽標(biāo)示的范圍內(nèi)。5 份樣品中的鍶元素均達(dá)到了GB 8537—2018 中規(guī)定的界限指標(biāo)含量要求（≥0.20 mg·L-1），表明5 份被測礦泉水樣品均為鍶型礦泉水。只有1 份樣品檢出了鋰和鋅元素，但含量均不在GB 8537—2018 規(guī)定的范圍內(nèi)。

表6 不同品牌市售礦泉水樣品中8 種元素測定結(jié)果

3 結(jié)論

陽離子和界限指標(biāo)元素含量是評價飲用天然礦泉水品質(zhì)的重要指標(biāo)。GB 8537—2018 中規(guī)定了7 種界限指標(biāo)的含量要求，且規(guī)定礦泉水產(chǎn)品標(biāo)簽應(yīng)標(biāo)示達(dá)標(biāo)的界限指標(biāo)以及主要陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）的含量范圍[1]。本實(shí)驗(yàn)采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測定飲用天然礦泉水中鉀、鈉、鈣、鎂4種陽離子和鋰、鍶、鋅、硒4 種界限指標(biāo)元素，樣品經(jīng)酸化處理后直接上機(jī)檢測，操作過程簡單，檢測速度快。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，對于8 種元素的測定，該方法線性關(guān)系良好，方法檢出限、加標(biāo)回收率和精密度等各項(xiàng)指標(biāo)均符合要求，可以滿足礦泉水類型和品質(zhì)快速檢測鑒別的需要。