ICP－AES法测定小米和高粱米中的金属元素

马占玲 励建荣

ICP－AES法测定小米和高粱米中的金属元素

马占玲 励建荣

(渤海大学化学化工与食品安全学院辽宁省食品安全重点实验室，锦州 121013)

用微波消解，电感耦合等离子体发射光谱法测定小米和高粱米中的金属元素。试验结果表明，2种粗粮中富含多种对人体有益的K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu等金属元素。对比发现，高粱米中各种金属元素的含量远远超过大米，8种金属元素的含量均是大米的几十至几百倍;小米中的各种金属元素的含量也超过大米。可见小米和高粱米是人们饮食中很好的矿物质来源。方法回收率在92．0%～102．0%之间，相对标准偏差小于4．8%。方法操作简单，分析速度快，准确度高，灵敏度好。

电感耦合等离子体发射光谱法 微波消解 高粱米 小米 金属元素

小米和高粱米是东北地区常见的2种粗粮。小米又称粟米(北方称谷子)，含有多种维生素、氨基酸、脂肪和碳水化合物，各种营养素比例适宜，是良好的食品营养源，中医及民间素以小米制作滋补粥，用来调养身体［1－2］。高粱米，中国杂粮重要品种之一，也是一种营养较丰富，含有粗纤维，粗蛋白质，碳水化合物，维生素B族等营养成分［3－4］。小米和高粱米历史上曾是东北城乡人民的2种主要粮食。但是，随着人们生活水平的提高，人们吃的米越来越精，吃的面越来越白，小米和高粱米已慢慢地淡出人们的餐桌。因此了解小米和高粱米的矿物质的含量，对引导人们健康饮食具有重要的意义。

粮食中金属元素的测定多采用湿法消解或干法灰化，用紫外－可见分光光度计或原子吸收分光光度计测量［5－6］，这些方法存在消解时样品损失严重，测定速度慢，灵敏度低等缺点。微波消解技术是目前较先进的样品处理技术，不仅可以在高温高压下迅速破坏其中的有机物，节约时间，而且还能减少试剂消耗量，降低污染，［7－8］。电感耦合等离子体发射光谱(ICP－AES)法具有多种元素可同时测定、检测速度快，线性范围宽、灵敏度高等优点［9－10］。采用微波消解—ICP－AES法测定小米和高粱米中的金属元素，未见报道。试验证明该方法快速省时、回收率高，精密度好。

1 材料与方法

1．1 材料与试剂

小米(谷子去壳加工制得):辽宁朝阳;高粱米(高粱去皮):辽宁锦州。

K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Pb标准溶液:国家标准物质中心;浓硝酸，30%过氧化氢(优级纯):天津市大茂化学试剂厂;试验所用水均为超纯水:自制。

1．2 仪器

VISTA－MPX ICP－AES等离子体发射光谱仪:美国Variance公司;MDS－2002A压力自控密闭微波消解仪:上海新仪微波化学科技有限公司;BS110S型电子分析天平:北京赛多利斯天平有限公司。

1．3 样品处理方法

将粮食在105℃烘箱内烘干、冷却后，用粉碎机粉碎。称取一定质量粉碎后的样品用高压微波消解仪进行消解。精确称取一定量粉碎后的样品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入消解剂，预处理20 min。然后用高压微波消解仪在最佳消解程序下进行消解。取出消解罐，冷却后定容于25 mL容量瓶内。

1．4 仪器工作条件

采用ICP－AES法测定经过消解的样品中的金属元素，对试验条件进行了优化选则，结果见表1。

表1 ICP－AES仪器测定条件

2 结果与分析

2．1 样品消解条件

待测样品采用微波消解仪进行消解。首先对消解样品的质量进行探究。试验发现，样品过少，测定时灵敏度不够，样品过多会发生压力过冲现象(即压力已升到设定的压力，微波加热已经停止，但压力还在上升)，本试验选定消解样品的质量为0．5 g左右。然后对消解压力和消解时间进行探究。小米和高粱米的消解都是按5～6个工步进行的，其中最高压力的大小和消解时间直接影响消解效果，压力过低，消解不完全，压力过高，将加大事故的发生率。试验还发现若只用浓硝酸做消解剂，消解后的样品略带黄色。样品微波消解后再加入一定量的30%的H2O2溶液，在电子控温加热板上加热5 min，即可得到澄清溶液。最终选定的最佳消解条件见表2。

表2 样品的消解条件

2．2 分析线的选择

各种元素分析线的选择依据各元素含量的高低，应该选择干扰小、检测限低、信噪比高的谱线作为最佳分析线。综合以上因素本试验选择的各种元素的测定波长见表3。

表3 测定元素的分析线

2．3 标准曲线、线性范围和检出限

配制一系列K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Pb 9种金属元素的标准溶液，在最佳分析线下进行测定。得到9种元素的线性方程，相关系数(R2)和线性范围。然后将空白溶液连续测定11次，根据试验结果计算各元素的检出限，结果见表4。

由表4可见，各种元素在线性范围内呈现良好的线性关系，相关系数均不小于0．995 7。其中K、Na、Mg、Ca 4种元素的线性范围在0～50 mg/L之间，Fe、Zn、Al、Cu的线性范围在0～10 mg/L之间，Pb的线性范围在0～1．0 mg/L之间。各种元素在测定波长下检出限都比较低，所测样品中9种元素的含量只有铅元素低于检出限。

表4 测定元素的线性方程、线性范围和检出限

2．4 样品测定结果

在最佳仪器条件和分析线下，对处理后的样品进行测定。测得的结果见表5。

表5 小米和高粱米中各种金属元素含量mg/kg

由表5可见小米和高粱米中都富含对人体有益的金属元素K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu。高粱米中各种金属元素的含量远远超过小米和大米。其中Na元素的含量约是大米的59倍，钾元素的含量是大米的74倍，镁元素的含量是大米的606倍，钙元素的含量是大米的343倍，铁元素是大米的152倍，锌元素是大米的26倍，铝元素是大米的65倍，铜元素是大米的40倍，可见高粱米中含有较丰富的金属元素。

小米中各种金属元素的含量(除铁外)也均高于大米，约为大米中各种金属元素含量的2～7倍。另外小米和高粱米中均未检测出铅元素，说明铅元素的含量较低，低于检出限。

2．5 精密度

按照样品的处理方法，制得6份小米的平行样品，用ICP－AES分别测定，得到各元素的平均含量，计算其相对标准偏差RSD，结果见表6。结果表明相对标准偏差RSD的范围在0．7%～4．8%之间，说明试验方法重现性较好，精密度较高。

表6 测定元素方法的精密度

2．6 加标回收率

平行称取2份小米样品置于四氟乙烯消解罐中，其中一份加入一定量的标准溶液，另一份不加，在相同的条件下进行消解、定容。进行加标回收试验，计算回收率，试验结果见表7。抗癌作用［12－13］。所以，不要让高粱米远离餐桌，尤其是心血管疾病的病人，正在生长发育期的儿童，妇女更应该多食用高粱米。

表7 测定元素的回收率

小米中的8种金属元素的含量(除铁)外，均高于大米，但低于高粱米。由于其中各种营养比例适宜，因此被称为谷类中“营养之王”。所以建议，人们为了摄取均衡的无机金属元素，饮食中应该注意常吃些小米、高粱米;最好各种米混合食用，有利于人们身体健康。

试验采用微波消—ICP－AES测定小米和高粱米中的金属元素，微波消解速度快，损失少，完全彻底。用ICP－AES进行能够多元素同时测定，方法操作简单，分析速度快，精密度好，灵敏度高。

由表7可见，9种金属元素的回收率在92．0%～102．0%之间，方法回收率较高，准确度较好。

3 讨论与结论

高粱米由于含有单宁，单宁有涩味，妨碍人体对食物的消化吸收，容易引起便秘。同时高粱米中人体必需的赖氨酸、苏氨酸、精氨酸等又含量很少，因此被认为其营养价值不高［11］。但是通过试验发现，高粱米中含有丰富的矿物质，其中K、Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn、Ca 8种金属元素的含量远远超过大米。微量元素Fe、Cu、Zn、Ca的含量尤为突出，这几种金属元素的存在对人体的健康以及治疗疾病具有重要的生理意义。其中镁元素具有调节人体心肌活动，促进人体纤维蛋白的溶解，抑制凝血酶的生成，减少心血管病的发病率的功效。钙是构成人体骨骼和牙齿的主要成分，在维持人体循环、呼吸、神经、内分泌、消化、血液循环、肌肉组织、骨骼组织、泌尿、免疫等系统的正常生理功能中有着重要的调节作用。尤其是对生长发育期的儿童更是一种必不可少的微量元素。Fe参与合成血红蛋白和肌红蛋白，具有运载氧和储存氧的作用，同时构成人体必需的酶而发挥多种生理作用，并能促进免疫和生长发育。若体内缺铁会抑制DNA、蛋白质合成，影响能量利用，并且免疫力降低，生长发育受阻。同时这几种元素还具有

［1］卢庆善．高粱营养品质研究的新进展［J］．世界农业，1997，7:29－30

［2］肖海军．高粱籽粗的营养品质及其改良对策［J］．辽宁农业科学，1989，5:56－58

［3］王海滨，夏建新．小米的营养成分及产品研究开发进展［J］．粮食科技与经济，2010，35(4):36－38

［4］刘丽萍．小米营养及小米食品的开发［J］．粮油加工与食品机械，2003，1:48－49

［5］张勇，潘景浩．石墨炉原子吸收法测定粮食中的镉、钴、镍［J］．光谱学与光谱分析，1997，17(2):94－96

［6］刘立行，齐娜．非完全消化—火焰原子吸收法测定粮食中微量元素［J］．华南师范大学学报:自然科学版，2006，1:65－68

［7］田龙，王庆林，王小立，等．微波消解法测定小麦胚芽中磷的含量［J］．中国粮油学报，2007，22(2):130－131

［8］金成国，鲁立强．微波消化面粉的关键步骤［J］．中国粮油学报，2006，21(6):31－33

［9］卢钢，黄越，高锦枫，等．ICP－AES法测定大米中的金属元素［J］．北华大学学报:自然科学版，2009，10(3):230－233

［10］彭玉魁，李菊英，刘拉平．微波酸消解－氢化物发生－ICP发射光谱法测定粮食及制品中砷、汞含量［J］．中国粮油学报，1997，22(2):59－61

［11］王红育，李颖．高粱营养价值及资源的开发利用［J］．食品研究与开发，2006，27(2):91－93

［12］杜利成，宋开平．微量元素与人体健康［J］．中国食物与营养，2000，28(5):37

［13］陈梅梅，刘晓庚，李萍．试论粮食中的微量元素及其抗癌作用［J］．粮油食品科技，1997，4:31－34．

Determination of Metal Elements in Millet and Sorghum Rice by ICP－AES

Ma Zhanling Li Jianrong
(College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety of Bohai University Food Safety Key Lab of Liaoning Province，Jinzhou 121013)

The metal elements content in millet and sorghum rice were determined using microwave and ICPAES．The results showed that sorghum rice and mille contain rich variety of human useful mental elements，such as K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu，etc．．The trace elements contents in sorghum rice were greatly higher than in rice．The contents of K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu are tens to hundreds of times as much as in rice;and the contents of mental elements in millet are higher than in rice too．So millet and sorghum rice are good mineral sources in people's diet．The relative standard deviations(RSD)were less than 4．8%，and standard recoveries of these elements were in the range of 92．0%～102．0%．The method is simple，quick analysis，higher accuracy and good sensitivity for the determination of elements in sorghum rice and millet．

ICP － A ES ，microwave digestion，sorghum rice，millet，mental element

TS207．3

A

1003－0174(2012)06－0120－04

时间:2012－05－31 16:45

网络出版地址:http://www．cnki．net/kcms/detail/11．2864．TS．20120531．1645．002．html

国家科技支撑计划(2012BAD29B06)，辽宁省食品安全重点实验室开放课题(LNSAKF2011024)

2011－12－13

马占玲，女，1969年出生，副教授，食品及精细化学品检验

励建荣，男，1964年出生，博士，教授，博导，果蔬、水产品贮藏加工与质量安全控制