微波消解-石墨炉原子吸收法测定黄豆样品中的硒

铁　梅，李宝瑞，韩　杰，刘　阳，李华为（.辽宁大学环境学院，辽宁沈阳0036；.沈阳师范大学化学与生命科学学院，辽宁沈阳0034）

检测分析

微波消解-石墨炉原子吸收法测定黄豆样品中的硒

铁梅1，李宝瑞1，韩杰1，刘阳1，李华为2
（1.辽宁大学环境学院，辽宁沈阳110036；2.沈阳师范大学化学与生命科学学院，辽宁沈阳110034）

摘要：以黄豆为研究对象，建立了微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定黄豆中总硒含量的方法，研究不同微波消解溶剂和消解条件对含硒黄豆消解效果的影响，优化石墨炉原子吸收光谱法测定条件。测定结果显示，最佳消解剂：HNO3-H2O2；最佳微波消解条件为第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最适基改剂为3 μL 1%硝酸镍，石墨炉最佳灰化温度和原子化温度分别为800℃和2 300℃。在优化试验条件下，该方法测定硒的线性范围为0～250 μg/L，检出限为1.20 μg/L，空白样品的相对标准偏差（n=10）为3.86%，回收率为96.46%～103.7%。

关键词：微波消解；石墨炉原子吸收；基体改进剂；硒；黄豆

黄豆又称大豆，具有很高的营养价值，脂肪含量在豆类中居首位，富含多种维生素及矿物质，黄豆不但可以降低人体胆固醇，减少动脉硬化的发生，预防心脏病，而且还含有一种抑胰酶，它对糖尿病有一定的疗效，所以黄豆被人们美誉为“豆中之王”。硒（Se）是人和动物的必需微量营养元素，具有重要的生理功能，大量资料证实或提示，硒具有广泛的生物学作用，在预防克山病、某些癌症和延缓衰老中发挥着重要作用[1-5]。随着人们生活水平的提高，对膳食结构与人体健康的重视，富硒产品应运而生。运用生物富硒技术生产的富硒黄豆无疑是营养、安全的理想补硒食品[6-8]。

食品中硒的测定，关键问题莫过于前处理及测定过程中硒的易挥发损失，因此很少采用敞开体系进行消化。常见的密闭消解方法包括高温高压密闭消解法和微波消解法[9]，区别在于前者采用在烘箱中外加热消解罐，使样品消解，而后者是利用微波的穿透性和激活能力，内加热密闭容器中的试剂和样品。而对于大豆中硒的测定，在前处理过程中除了考虑硒的损失外，其高蛋白、高脂肪的特性对于常规的消解方法很难消化完全。高压密闭法耗时长，消化温度难以准确控制，硒的高温损失不可避免；而微波消解法简单、快速，温度压力可同步控制，能实现通过优化消化条件最大限度的减少硒的损失的同时有效提高消解效率[10-11]。

食品中硒的测定方法主要有荧光法、电化学法、氢化物发生-原子荧光光谱法及原子吸收光谱法等[12]。氢化物发生-原子荧光光谱法虽具有较高的灵敏度,但前处理需多次萃取提纯，存在操作繁琐、费时、易污染等不足。石墨炉原子吸收法具有高灵敏、操作方法简单、快速的特点,适于痕量元素的测定，但在测定硒元素的过程中样品灰化和原子化温度下易造成硒的挥发损失，使得本法难以推广[13-18]。本文以自行种植的富硒黄豆为研究对象，将微波消解技术与石墨炉原子吸收方法相结合，对黄豆中的硒进行测定，以期建立快速、准确测定黄豆中硒元素的测定方法。

1　试验部分

1.1仪器与试剂

Spectr AA 220型原子吸收光谱仪：美国Varian公司；GTA110型石墨炉；自动进样器；美国热电解涂层石墨管及硒空心阴极灯；MDS-2002A型压力自控密闭微波消解系统：心仪微波化学科技有限公司；XY-1型消解罐冷却风机：上海心仪微波化学科技有限公司研制；超纯水机：美国Millipore公司。

硒标准液（1 000 mg/L）：购自国家环保总局标准样品研究所；硝酸、过氧化氢、硝酸镍均为优级纯；试验用水均为电阻率≥18.2 MΩ·cm的超纯水。

1.2方法

1.2.1样品处理

黄豆样品采收后，先用大量自来水冲洗，再以超纯水洗涤3次，沥干，装入塑料袋中，置于-85℃冷冻冰柜冷冻24 h后，再移至真空冷冻干燥系统中，在真空度3.5 Pa，温度为-55℃条件下冷冻干燥。粉碎干燥好的样品，装入塑料自封袋中，置干燥器中保存备用。

称取0.5g黄豆样品干粉于聚四氟乙烯消化罐中，加入5 mL HNO3和1 mL H2O2，放入微波消化仪，按设定程序进行消解（微波消解程序见表1），消解完成后，在可调试电热板上加热赶酸30 min，自然冷却后用超纯水定容至50 mL容量瓶中待测，同时做试剂空白。

1.2.2测定条件

表1　微波消解程序Table 1　Microwave digestion procedure

测定波长195.9 nm，灯电流为7.0 mA，氘灯扣背景，记录峰面积。采用与标准溶液共进基体改进剂方式加入3 μL 1%Ni（NO3）2，进样总量为20 μL。石墨炉升温程序见表2。

表2　石墨炉升温程序Table 2　Temperature rising process of graphite furnace

2　结果与讨论

2.1微波消解样品量的选择

由于黄豆脂肪含量比较高，取样量太多难以消化完全，太少又缺乏代表性，所以选择样品取样量为0.5 g。

2.2微波消化试剂的选择

微波消解中常以强酸为消解试剂，考虑到本方法采用石墨炉原子吸收光谱仪，选择HNO3为消解试剂能更好地降低样品溶液对检测仪器产生的干扰，另外加入H2O2可以缩短反应时间和提高消化效果，故选用HNO3-H2O2混合体系进行消解。

微波消化过程中如果消解剂过量会导致产生大量气体产生，会使消解罐压力过大，可能造成泄压，产生危险；如果消解剂过少，则难以保证消化效果。根据消解罐的规格和样品量的多少，如表3所示观察消解效果，进行HNO3和H2O2用量的选择。微波运行条件设为：第一工步：1min、0.5MPa；第二工步：1min、1.0MPa；第三工步：1 min、1.5MPa。结果见表3。

表3　消解试剂用量的选择Table 3　Digestion Reagent selection

结果表明，消解剂为5mLHNO3+1mLH2O2和6mL HNO3+1 mL H2O2时，黄豆样品能够消化完全，但为了减少后期赶酸过程中的时间消耗和元素损失，选择5 mL HNO3+1 mL H2O2为合适消解剂。

2.3微波消解压力与时间的选择

微波消解样品时压力和消解时间是两个重要的参数。压力过低，样品中的有机物难以消解完全，需较长的消解时间；压力过高，有机物与酸反应剧烈，易引起酸的泄露，造成硒的损失。所以，选择适当的消解条件非常重要。消解程序中，选择梯度升压、增加时间的方式，可以有效地避免反应剧烈和瞬间压力过大所带来的样品损失。第一工步设为0.5MPa、保持1min，是为了使样品和消化液进行预消化。当压力上升为1.0 MPa、保持2 min时，样品中大部分有机物和无机物能够较好的消化，而压力升为1.5 MPa、保持3 min后，样品能够完全消化。

2.4基体改进剂的选择

基体改进剂可以有效地提高被测物的热稳定性，将其保留到较高温度，能够采用较适宜的灰化温度除去基体化合物，减轻基体干扰。本试验选用硝酸镍为基体改进剂，在150、200、250 μg/L的硒溶液中分别加入1、2、3、4、5 μL的1%Ni（NO3）2，进样总量为20 μL，观察不同基体改进剂添加量对吸光度的影响。结果如图1。

图1　1%Ni（NO3）2对吸光度的影响Fig.1　Effect of 1%Ni（NO3）2on absorbance

如图1所知，选用3μL1%Ni（NO3）2为基改剂时，吸光度较高，故3 μL 1%Ni（NO3）2为最适基改剂加入量。2.5灰化温度和原子化温度的选择

固定原子化温度在2 200℃，在500℃～900℃范围间确定最佳灰化温度，结果见图2。

确定灰化温度为800℃后，在2 100℃～2 500℃范围内进行最佳原子化温度的选择，结果见图3。

如图2、图3可知，最佳灰化温度和原子化温度分别为800℃和2 300℃。

2.6方法的标准曲线和检出限

图2　灰化温度对吸光度的影响Fig.2　Effect of ashing temperature on absorbance

图3　原子化温度对吸光度的影响Fig.3　Effect of atomisation temperature on absorbance

将硒标准溶液逐级稀释成硒标准工作母液（250 μg/L），利用自动进样器软件稀释系统将其配成50、100、150、200、250 μg/L浓度，绘制标准工作曲线。硒的吸收峰面积（A）与硒浓度（μg/L）在0～250 μg/L范围内呈线性关系，线性方程为A=0.003 1C+0.014 6（r= 0.9942），对空白溶液进行10次平行测定，RSD=3.86%，检出限为1.20 μg/L。

2.7黄豆样品的测定及回收率

用本方法对施硒肥浓度为10、20、40、60 mg/kg的黄豆样品进行测定，结果表明，待测样品均富含硒。分别称取相同质量的黄豆样品数份，加入一定量的硒标准溶液，按试验方法处理后，每份样测定3次，测得加标回收率为96.46%～103.7%，表明微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定黄豆中的痕量硒是可行的。结果见表4。

表4　样品中硒含量的测定结果Table 4　Determination results of seleniumin in samples

3　结论

本文以HNO3-H2O2为消解剂，采用微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定了自行种植黄豆中硒的含量。研究了不同微波消解溶剂和消解条件对含硒黄豆消解效果的影响，考察了不同基体改进剂、灰化温度和原子化温度对测定结果的影响，结果表明，最佳消解剂：HNO3-H2O2；最佳微波消解条件：第一工步：1 min、0.5 MPa；第二工步：2 min、1.0 MPa；第三工步：3 min、1.5 MPa；最适基改剂为3 μL 1%硝酸镍，石墨炉最佳灰化温度和原子化温度分别为800℃和2300℃。在优化试验条件下，该方法测定硒的线性范围为0～250 μg/L，检出限为1.20 μg/L，空白样品的相对标准偏差（n=10）为3.86%，回收率为96.46%～103.7%。本研究建立了一种快速、稳定测定痕量硒的方法，适用于黄豆中痕量硒的测定。

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DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.033

收稿日期：2014-04-20

基金项目：国家自然基金项目（31371085）

作者简介：铁梅（1964—），女（汉），教授，博士，研究方向：土壤、农作物、食品中微量元素的检测方法、形态分析、迁移转化规律等。

Determination of Selenium in Soybean by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

TIE Mei1，LI Bao-rui1，HAN Jie1，LIU Yang1，LI Hua-wei2
（1.College of Environment，Liaoning University，Shenyang 110036，Liaoning，China；2.College of Environmental and Life Sciences，Shenyang Normal University，Shenyang 110034，Liaoning，China）

Abstract：The selenium content in soybeans were determined by Microwave Digestion-Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry（GF-AAS）.The effects of digestive reagent and digestion conditions on sample preparation were discussed and the determination conditions by GF-AAS were optimized.The sample was ingested with high-pressure closed vessel using nitric acid-hydrogen peroxide as solvent.The best Microwave Digestion procedure：（1）1 min，0.5 MPa；（2）2 min，1.0 MPa；（3）3 min，1.5 MPa；3 μL 1%Ni（NO3）2were selected as chemical modifiers to increasing the thermostability of selenium，and the pyrolysis temperature and the atomization temperature were seted at 800℃and 2 300℃，respectively.under the optionmal condition，the calibration curve showed a good linear relationship between the adsorption peak area and selenium concentration in the range of 0-250 μg/L with a detection limit of 1.20 μg/L.The relative standard deviation（n= 10）of blank sample was 3.86%and recoveries varied from 96.46%to 103.7%.

Key words：microwave digestion；graphite furnace atomic absorption spectrometry；chemical modifiers；selenium；soybean