ICP-OES法测定坚果中微量元素的研究

聂西度，符 靓

（1.湖南工学院材料与化学工程系，湖南衡阳 421002；2.长江师范学院化学化工学院，重庆涪陵 408100）

ICP-OES法测定坚果中微量元素的研究

聂西度1，符 靓2，*

（1.湖南工学院材料与化学工程系，湖南衡阳 421002；2.长江师范学院化学化工学院，重庆涪陵 408100）

采用微波辅助消解样品，建立了轴向观测电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法同时测定坚果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16种微量元素的分析方法。 样品采用硝酸+双氧水混合酸微波辅助消解，优化了仪器的最佳测定条件，确定了各待测元素合适的分析谱线。采用国家一级标准物质（芹菜，GBW10048）进行方法验证，测定结果与标准物质所提供的参考值一致，所有待测元素的检出限为0.31～18.38μg/L，方法具有良好的精密度和准确度。

电感耦合等离子体发射光谱，微波辅助消解，坚果，微量元素

Abstract：A simple and reliable analytical procedure for the determination of 16 selected elements，namely B，Na，Mg，Al，Si，S，K，Ca，Mn，Fe，Ni，Cu，Zn，Sr，Mo and Ba in nuts by axially viewed inductively coupled plasma optical emission spectrometry（ICP-OES） after microwave digestion of samples was validated in this work.HNO3+H2O2were used to achieve the complete decomposition of the organic matrix in a closed-vessel microwave oven.The working parameters of the instrument were optimized.Appropriate analysis line of various elements was selected.The accuracy of the entire proposed method was confirmed by standard reference material analysis（celery，GBW10048）.The results showed a good agreement between measured and certified values for all analytes.The method was shown to be very sensitive with limits of quantification in the range of 0.31～18.38μg/L for all investigated elements.This method was simple，sensitive and precise and could perform simultaneous multi-elements determination of nuts.

Key words：inductively coupled plasma optical emission spectrometry；microwave assisted digestion；nuts；trace elements

坚果又称壳果，为植物种子的子叶或胚乳，是植物的精华部分，营养价值很高。坚果含有大量碳水化合物、优质蛋白质、脂肪等，还含有矿物质、维生素、氨基酸、膳食纤维等营养成分。在食物的分类中，坚果被归类为脂肪类食物，高热量高脂肪是坚果的特性，富含单、多不饱和脂肪酸，包括亚麻酸、亚油酸等人体的必需脂肪酸，对人体的生长发育、增强体质、预防疾病均有极好的功效，是补脑、益智的佳品。坚果种类繁多，一般分为树坚果和种子两类。树坚果主要包括榛子、腰果、核桃、杏仁、开心果、松子、板栗、白果、夏威夷果等；种子则主要包括葵花子、花生、西瓜子、南瓜子等。坚果中微量元素的测定已有相关文献报道，研究对象多集中于国产和种子类坚果[1-2]，而研究方法则主要采用原子吸收法[3-4]，分析速度较慢，不适合批量产品的分析，具有一定的局限性。多元素的同时测定主要采用电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法，该法具有线性范围宽、灵敏度高、检出限低、分析速度快等特点已广泛用于食品加工领域[5-7]。本文采用微波辅助消解制样，建立了ICP-OES法同时测定榛子、腰果、杏仁、开心果、松子等5种坚果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16种微量元素分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

标准溶液：1000μg/mL的B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba单元素标准溶液 购自国家标准物质研究中心，然后根据元素测定的需要，配制成不同浓度的单元素标准溶液和多元素混合标准溶液，并贮存于聚四氟乙烯瓶中；内标溶液：1000μg/mL的Y标准溶液 购自国家标准物质研究中心，使用时用超纯水稀释至5μg/mL；HNO3、H2O2均为优级纯；实验用水 超纯水（电阻率≥18.2MΩ·cm）。

Optima 2100 DV电感耦合等离子发射光谱仪 美国PerkinElmer公司，本文选用的工作条件为：射频功率1200W，冷却气流量15.0L/min，雾化气流量0.75L/min，辅助流量0.2L/min，观测高度12mm，溶液提升量1.5mL/min；Milli-Q超纯水机 美国Millipore公司；MARS-X微波消解系统 美国CEM公司。

1.2 样品处理方法

准确称取0.5000g样品于消解罐内衬内，加入3mL HNO3、2mL H2O2，在消解罐上加上防爆膜旋紧顶盖后放入微波炉内的托盘上，微波消解程序为升温控制模式：步骤一，最大功率600W，功率100%，爬升时间10min，压力165psi（1psi=6.895kPa），温度150℃，保持时间2min；步骤二，最大功率600W，功率100%，爬升时间10min，压力195psi（1psi=6.895kPa），温度190℃，保持时间5min。消解完成后取出冷却，打开消解罐盖，将样品液置于通风橱内静置抽风至清澈后用超纯水转移至50mL容量瓶中，定容待测，同时做试剂空白实验。

2 结果与讨论

2.1 仪器测定参数的优化

影响ICP-OES工作性能的三个关键参数为高频发生器的射频功率、雾化气流量和样品的观察高度，其中射频功率和雾化气流量是主要参数。采用1μg/mL的混合标准溶液，考察了射频功率在1000～1300W范围内各待测元素谱线强度的变化情况。图1结果表明，随着射频功率的逐渐升高，各待测元素的谱线强度逐渐增强，同时背景强度也相应增大，各待测元素谱线的信背比变化也不尽相同。样品中易电离元素Na、Mg、K在射频功率为1050W时谱线强度达到最大，随后出现大幅度下降，但绝大多数元素在射频功率为1200W时谱线强度达到最大，综合考虑各待测元素的信号和背景强度，确定了本实验仪器选择的射频功率为1200W。

图1 射频功率的优化Fig.1 RF power optimization

在选定的射频功率下，采用1μg/mL的混合标准溶液，考察了雾化气流量在0.6～0.9L/min范围内变化对待测元素分析信号的影响，结果见图2。随着雾化气流量的增大，进样量增多，进入ICP的量也相应增多，待测元素的谱线强度迅速增强，信背比也会大幅度提高，当雾化气流量增至0.75L/min时，绝大多数待测元素的谱线强度达到最大值，而待测元素Na、K、Sr、Ba的谱线强度则雾化气流量增至0.8L/min时才能达到最大。随着雾化气流量的进一步加大，部分进入ICP的粒子来不及激发就被冲出ICP，同时过大流量的雾化气也会造成ICP温度降低，样品的观测高度也会相应增大，结果所有待测元素的发射强度变弱，信背比变差。本文折中选择雾化气流量为0.75L/min，样品的观测高度为12mm。

图2 雾化气流量的优化Fig.2 Nebulizer gas flow optimization

2.2 溶液酸度的影响

由于待测元素中存在挥发性元素，在样品消解中为防止挥发性元素的损失，实验采用了微波密闭消解前处理方法，在消化液中残存大量的硝酸，在进入等离子炬中会消耗大量等离子体能量，从而严重影响待测元素的电离效率，导致部分高电离能元素的离子化效率的显著降低，待测元素的谱线度也相应降低，而在分析过程中常采用5%的硝酸介质为外标进行校正，我们的前期研究表明，硝酸浓度在0%～5%浓度变化范围内，所有待测元素的谱线强度均呈现下降趋势，因此存在部分元素，特别的高电离元素的分析结果被严重低估的风险。采用标准加入法可以很好的解决此问题，但本实验待测样品种类较多，而对于不同基质的样品消化液则需要分别进行加标，操作过程过于复杂繁琐。借鉴有机试剂在等离子体分析过程中具有一定的增敏效应[8]，本实验采用在外标溶液和消解液中均加入有机试剂甲醇，结果表明，5%甲醇的加入对等离子体起到了良好的改善作用，有效地克服了酸效应。

2.3 分析线的选择及检出限

等离子体光源具有强大的激发能量，在实验中待测元素会发射大量谱线，每种待测元素受到的干扰程度也存在较大的差异。首先参考仪器所提供的各待测元素分析线的信背比以及受干扰情况，分别选择多条谱线，然后通过对每条待选谱线进行标准溶液与样品空白扫描后的光谱图进行对比，选择对待测元素干扰少、谱线强度高、灵敏度高的谱线作为分析线。各待测元素分析线的选择见表1。

在选定的工作条件下，分别配制不同浓度的各待测元素标准溶液，以各元素浓度为横坐标，发射强度为纵坐标绘制标准曲线。用空白溶液和标准溶液连续测定计算其相对标准偏差，取3倍标准偏差所对应的浓度为各元素的检出限。各待测元素标准曲线的线性范围、线性相关系数以及检出限见表1。

表1 元素的分析线、线性范围、线性相关系数及检出限Table 1 Analytical line，linear range，correlation coefficient and the detection limits of elements

表2 标准物质分析结果Table 2 Analytical results of standard material

表3 样品分析结果（μg/g）Table 3 Analytical results of samples（μg/g）

2.4 内标元素的选择

样品溶液中盐类浓度的变化以及实验过程环境温度、湿度等因素引起仪器波动的影响会给实验带来误差，加入内标元素可以有效地控制这些影响[9-10]。内标元素不仅可以补偿等离子体激发过程中的波动，还可以校正待测溶液引入等离子体的速率以及待测元素在等离子体中空间分布所带来的影响。内标元素的选择需遵循谱线灵敏度高、稳定性好、干扰少并且样品中含量极低的原则[11]。本实验通过比较加内标和不加内标元素各待测元素的加标回收率和相对标准偏差，确定了加入Y内标元素可显著提高待测元素的回收率，并改善测量的精密度。本实验选择加入5μg/mL Y内标元素10mL。

2.5 标准物质GBW10048的分析

按上述优化的分析条件和选定的实验步骤，对国家一级标准物质芹菜（GBW10048）样品重复测定11次，分析结果见表2，待测元素的测定值与标准物质所提供的参考值一致，方法具有良好的准确度和精密度。

2.6 样品分析

应用上述方法对市场购买的榛子、腰果、杏仁、开心果、松子等5种坚果进行分析，表3结果表明，坚果中含有丰富的钾、钙、镁、铁、锌等微量营养元素，重金属元素的含量极低，食用安全，是补脑、益智的佳品。

3 结论

本文应用ICP-OES法测定了坚果中B、Na、Mg、Al、Si、S、K、Ca、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Sr、Mo、Ba等16种微量元素。详细地研究了仪器工作参数射频功率和雾化气流量对测定结果产生的影响，确定了各待测元素的分析线，采用国家一级标准物质进行方法验证，样品测定值与标准物质所提供的参考值一致，所有待测元素的检出限为0.31～18.38μg/L。采用本法对榛子、腰果、杏仁、开心果、松子5种坚果样品进行分析，数据表明，坚果中含有丰富的钾、钙、镁、铁、锌等微量营养元素，是补脑、益智的佳品。

[1]王梅艳，白洁，马木提·库尔班，等.核桃隔膜总黄酮和微量元素的测定[J].食品科学，2007，28（10）：477-479.

[2]任雪峰，吴冬青，王永生，等.FAAS法测定苦杏仁和甜杏仁中的13种金属元素[J].光谱实验室，2009，26（3）：403-406.

[3]许景秀，李尚德.FAAS法测定豫南板栗中的微量元素[J].广东微量元素科学，2009，16（5）：56-59.

[4]李志洲.甜杏仁中微量元素的光谱测定[J].光谱实验室，2008，25（4）：584-588.

[5]刘小芳，薛长湖，王玉明，等.两种海胆矿质元素的ICP-MS法测定分析[J].食品工业科技，2012，33（3）：313-316.

[6]覃毅磊，赖毅东，何雪芬.微波消解/ICP-AES法测定面制食品中五种常量元素的含量[J].食品工业科技，2010，31（2）：329-331.

[7]Lante A，Lomolino G，Cagnin M，et al.Content and characterisation of minerals in milk and in Crescenza and Squacquerone Italian fresh cheeses by ICP-OES[J].Food Control，2006，17（3）：229-233.

[8]聂西度，何晓梅，李立波，等.有机酸在电感耦合等离子体质谱中基体效应的研究[J].光谱学与光谱分析，2007，27（7）：1420-1423.

[9]Suleiman J S，Hu B，Peng H，et al.Separation/preconcentration of trace amounts of Cr，Cu and Pb in environmental samples by magnetic solid-phase extraction with Bismuthiol-II-immobilized magnetic nanoparticles and their determination by ICP-OES[J].Talanta，77（5）：1579-1583.

[10]聂西度，符靓.高岭土化学组成的ICP-AES和ICP-MS的准确测定[J].武汉理工大学学报，2010，32（8）：33-36.

[11]Harmse M J，McCrindle R I.The determination of antimony in lead-antimony alloys using ICP-OES and internal standardisation[J].J Anal At Spectrom，2002，17（10）：1411-1414.

Determination of trace elements in nuts by inductively coupled plasma optical emission spectrometry

NIE Xi-du1，FU Liang2，*
（1.Department of Material and Chemical Engineering，Hunan Institute of Technology，Hengyang 421002，China；2.College of Chemistry and Chemical Engineering，Yangtze Normal University，Fuling 408100，China）

O657.63

A

1002-0306（2012）20-0066-04

2012-05-23 *通讯联系人

聂西度（1964-），男，博士，教授，主要从事光谱和质谱分析方法的研究与应用。

重庆市自然科学基金资助项目（cstc2012jjA0108）；重庆市教委科学技术研究项目资助（KJ121311）。