(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院,國家食品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(上海),上海 200233)

鉬是人體所必須的微量元素之一,是黃嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亞硫酸鹽氧化酶的組成成分,進入人體后主要留存于人腦、肝和腎等器官中,其攝入過多或過少都影響人體健康。鉬在體內(nèi)可以以無機鹽的方式與其他營養(yǎng)物質(zhì)相互絡合,同時也是構成含鋁酶的輔助因子,參與多種生化反應[1],如抑制亞硝胺類致癌物質(zhì)在體內(nèi)的合成,也可提高血管壁的彈性,降低患心腦血管疾病的風險。鉬元素攝入不足會降低黃嘌呤氧化酶活性,而鉬攝入過量又會導致生長發(fā)育遲緩和痛風等癥狀。因此,膳食中鉬的含量直接影響機體健康。中國居民膳食營養(yǎng)參考攝入量中推薦,成年人每天鉬元素推薦攝入量為0.1 mg,孕婦推薦攝入量為0.11 mg[1-3]。近年來對于鉬的研究多集中于礦藏、地質(zhì)、材料、環(huán)境等領域,而以食品為樣本進行鉬元素測定研究的報道相對較少。文獻[4]采用天然花青素-分光光度法測定豆類中的痕量鉬(Ⅵ),文獻[5]采用微波消解-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定堅果中釩、鈷、鉬含量,文獻[6]采用微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定蔬菜中痕量鉬。中國是稻米食用大國,特別是人口稠密的南方地區(qū),人們大多以稻米為主食,近些年關于稻米中鉬含量的測定報道較為鮮見,因此建立測定稻米中鉬含量的方法具有非?，F(xiàn)實的意義。

元素檢測常見的前處理方法有濕法消解、干法消解、高壓罐消解和微波消解。濕法和干法消解是較為傳統(tǒng)的前處理方法,由于其操作過程是敞口處理,樣品易受外界環(huán)境影響,且消解效率較為低下。而高壓罐消解和微波消解均為密閉消解,相較傳統(tǒng)方法消解效率更高,且可有效降低試驗污染,其中微波消解安全性更高,時間和溫度也更易控制,在食品、材料、環(huán)境等諸多領域應用良好,已成為元素測定的優(yōu)選前處理方式[7-9]。鉬元素的檢測方法主要有原子吸收光譜法、分光光度法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-AES)、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等,ICP-AES是常見的元素檢測方法,具有靈敏度高、檢測速度快、方法可靠、設備費用相對較低等優(yōu)點[7-13]。本工作通過試驗選擇最佳的樣品處理及檢測條件,建立了利用微波消解-ICP-AES測定稻米中鉬元素的含量的方法,具有靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點,實現(xiàn)稻米中鉬元素快速準確的測定,為監(jiān)管部門提供了技術支持。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Agilent VDV5110型電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀;CEM Mars6型微波消解儀;DuoPUR 型酸純化系統(tǒng);BHW-09C型精控電熱爐。

鉬單元素標準溶液[GBW (E)080597]:1.000 g·L-1,使用時用水稀釋配制至所需質(zhì)量濃度。

硝酸為優(yōu)級純;試驗用水為超純水(電阻率不小于18.2 MΩ·cm);米粉為生物成分分析標準物質(zhì),標準品號為GBW(E)10010。

1.2 儀器工作條件

射頻發(fā)射功率1 400～1 500 W;霧化氣流量0.55～0.60 L·min-1,冷卻氣流量12 L·min-1,輔助氣流量0.3 L·min-1;樣品提升速率1.5 mL·min-1;檢測波長202.03 nm;觀測方式為軸向觀測。

1.3 試驗方法

樣品經(jīng)均勻混合后,稱取約0.500 0 g于微波消解罐中,加入5 mL經(jīng)酸純化儀純化的硝酸,再置于電爐上于100 ℃預反應20 min,放入微波消解儀中,按照表1微波升溫程序進行消解。待冷卻后取出,將消解罐置于150 ℃電熱爐上將酸液揮發(fā)至0.5 mL左右,冷卻后轉(zhuǎn)移至10 mL 容量瓶中,用水定容,作為待測液。同時做試劑空白試驗。

表1 微波消解升溫程序Tab.1 Temperature program of microwave digestion

2 結果與討論

2.1 消解條件的選擇

考察硝酸、硝酸-鹽酸、硝酸-過氧化氫這3種消解體系對乳粉樣品的消化能力,試驗發(fā)現(xiàn):經(jīng)過消解后,3種酸液均可將樣品完全消化至澄清,均沒有沉淀和懸浮物,考慮到試驗的便捷性和降低多種酸帶來的污染,故選擇硝酸作為消解液對樣品進行前處理。

試驗考察消解溫度分別為185,190,195,200℃和保持時間分別為20,25 min時對消解效果的影響,結果見表2。

結果表明:在195 ℃保持25 min的條件下,可保證乳粉基質(zhì)充分消解完全,并考慮到微波消解儀的使用消耗和試驗效率,試驗選擇微波消解程序見表1。

2.2 ICP-AES條件的選擇

ICP-AES主要考慮的工作條件有檢測波長、觀測方式、霧化氣流量、冷卻氣流量、射頻發(fā)射功率、輔助氣流量等。試驗對這些工作條件進行了選擇和優(yōu)化。

表2 微波消解溫度和保持時間對結果的影響Tab.2 Effect of microwave digestion temperature and holding time on the results

2.2.1 檢測波長及觀測方式

以20.0μg·L-1鉬標準溶液進樣測定,考察檢測波長分別為202.03,203.85,204.60,281.63 nm 時儀器的響應值以及干擾情況。4個波長下鉬的響應強度(I)由大到小的順序依次為:I281.63nm、I202.03nm、I203.85nm、I204.60nm,但281.63 nm 目標波長處光譜干擾較大,附近有雜峰,同時參考國家標準GB/T 35871-2018《糧油檢驗谷物及其制品中鈣、鉀、鎂、鈉、鐵、磷、鋅、銅、錳、硼、鋇、鉬、鈷、鉻、鋰、鍶、鎳、硫、釩、硒、銣含量的測定電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法》中對鉬的推薦波長,最終選擇波長為202.03 nm[14]。

考察了軸向觀測和徑向觀測兩種方式對鉬元素的檢測靈敏度的影響,由于鉬元素本身的發(fā)射光譜響應值較弱,故推薦響應值較大的軸向觀測方式。

2.2.2 霧化器流量

在檢測波長為202.03 nm 條件下,以20.0μg·L-1鉬標準溶液進樣測定,考察霧化氣流量在0.50～0.70 L·min-1內(nèi)變化對響應值的影響,同心霧化器和十字霧化器的響應值變化情況分別見圖1(a)和圖1(b)。

由圖1 可見:兩種霧化器在流量為0.55 L·min-1和0.60 L·min-1時均有較好的靈敏度,故試驗選擇霧化氣流量為0.55～0.60 L·min-1。

2.2.3 冷卻氣流量和輔助氣流量

圖1 不同霧化器的霧化氣流量對響應值的影響Fig.1 Effect of flow rate of atomization gas on response value obtained by the different atomizers

冷卻氣流量是維持炬焰的關鍵氣流因素,在保證炬焰穩(wěn)定的同時,也可以在降低樣品的基質(zhì)干擾。以20.0μg·L-1鉬標準溶液進樣測定,考察冷卻氣流量為10～14 L·min-1時對響應值的影響。試驗結果表明:冷卻氣流量增大,靈敏度稍有降低;冷卻氣流量為12 L·min-1時,可保障炬焰的穩(wěn)定又不損失太多的靈敏度。故試驗選擇冷卻氣流量為12 L·min-1。

進一步考察了輔助氣流量為0.3～0.5 L·min-1時對響應值的影響,結果表明:輔助氣流量對響應值影響不明顯,考慮輔助氣流量對中心管的保護作用和氣量的消耗,試驗選擇輔助氣流量為0.3 L·min-1。

2.2.4 射頻發(fā)射功率

以20.0μg·L-1鉬標準溶液進樣測定,考察射頻發(fā)射功率為1 100～1 500 W 時對響應值的影響,結果見圖2。

由圖2可見:隨著射頻發(fā)射功率的提高,響應值也相應提高,試驗選擇射頻發(fā)射功率為1 400～1 500 W。

2.3 標準曲線和檢出限

配制質(zhì)量濃度為10.0,20.0,40.0,60.0,80.0μg·L-1的鉬標準溶液系列,按試驗方法進行測定,以鉬的質(zhì)量濃度為橫坐標,其相應的響應值為縱坐標繪制標準曲線,結果表明:鉬的質(zhì)量濃度在10.0～80.0μg·L-1內(nèi)與其響應值之間呈線性關系,線性回歸方程為y＝16.56x＋15.31,相關系數(shù)為0.999 9,可滿足檢測需求。

圖2 射頻發(fā)射功率對響應值的影響Fig.2 Effect of RF transmitting power on response value

取樣品空白按試驗方法平行測定20次,計算測定值的標準偏差(s),以3倍標準偏差計算方法的檢出限,以10倍標準偏差計算方法的測定下限。當稱樣量0.500 0 g,定容體積10 mL 時,方法的檢出限(3s)為0.05 mg·kg-1,測定下限(10s)為0.2 mg·kg-1。

2.4 方法的準確度和精密度

取同一大米粉標準物質(zhì)[GBW(E)10010,認定值(0.53±0.05)mg·kg-1]重復測定7次,考察方法的準確度和精密度。結果表明:7次測定結果依次為0.483,0.498,0.506,0.489,0.497,0.505,0.487 mg·kg-1,可見測定值均在標準物質(zhì)的認定值范圍內(nèi),且7 次重復測定結果的相對標準偏差(RSD)為1.8%(＜2%),表明方法的準確度和精密度良好。

2.5 方法的回收率

取稻米樣品,選擇在低、中、高等3個水平進行加標回收試驗,加標量分別為0.10,0.20,0.40 mg·kg-1,按試驗方法進行測定,結果見表3。

表3 回收試驗結果Tab.3 Results of test for recovery

由表3可知:方法的回收率為93.8%～105%,根據(jù)GB/T 27404-2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》[15],加標回收率在可接受范圍之內(nèi)。

2.6 實際樣品分析

選擇市場上常見的7種稻米,按試驗方法測定其中的鉬元素含量,結果顯示,7種稻米中鉬的質(zhì)量分數(shù)依次為0.267,0.344,0.519,0.472,0.558,0.674,0.381 mg·kg-1。

本工作建立了微波消解-ICP-AES測定稻米中鉬含量的檢測方法,該方法前處理效率高,測定結果準確度、精密度良好,能夠滿足稻米中鉬元素的測定需求,以期為分析檢測稻米中鉬元素含量提供數(shù)據(jù)積累,為人們合理攝入微量元素提供理論依據(jù)。