微波消解—火焰原子吸收光谱法测定大米中微量锌

宫博 蓝图 李崇江等

[摘要]探索微波消解一火焰原子吸收光谱法测定大米中微量锌的效果。采用微波消解仪微波消解大米样品，火焰原子吸收光谱法测定大米中锌元素的含量。选定硝酸和过氧化氢（2：1）消解体系，微波消解仪最佳消解程序为：120℃，5min，600W；200℃，10min，1200W。优化仪器条件，标准曲线线性相关优于0.999，加标回收率为98.3%～101.5%，相对标准偏差为3.1%～4.2%，最小检出限为0.009mg/L。结果表明，该法具有操作简便、快速、准确、减少环境酸雾污染特点，可作为大米中微量锌的测试方法。

[关键词]微波消解；火焰原子吸收光谱法；大米；锌

中图分类号：S511 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20180216

大米又称“稻米”，是稻谷经清理、砻谷、碾米、成品整理等工序后制成的成品。大米是我国人民的主要粮食之一，营养成分十分丰富，含碳水化合物75%左右，蛋白质7%～8%，脂肪1.3%～1.8%，并含有丰富的B族维生素以及人体必需的微量元素等。人体必需的微量元素有铁、锌、硒、铬、铜、碘等21种。而在这微量元素中，锌被世界卫生组织和中华医学会定为21世纪继碘后必补的第二大营养保健元素，更被医学界、营养界誉为人体的“生命之花”，对人体有着重要的生理功能和营养作用。锌是人体内很多酶的主要组成成分或酶的激活剂，而且参与了能量代谢，激素的作用和维生素A的运转等，儿童缺锌可能导致生长障碍和智力发育迟缓等。随着生活水平的提高，微量元素锌与健康的关系日益受到人们的广泛关注。近年来，我们经常在市场或者超市里看到售卖的大米上，粘贴着“富锌大米”的标牌，可见锌对人体的健康很关键的。

那么，对于普通大米和富锌大米中锌的含量到底差别多大呢？这需要我们理性的进行分析和测定。锌测定方法有：双硫腙比色法、阳极溶出伏安法、极谱法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法以及电感耦合和离子体质谱法等。从操作简便，检测效率以及成本上考虑，笔者采用原子吸收光谱法进行测定，在样品处理上，选择密闭一高压条件，微波消解处理大米样品，避免酸雾对实验环境以及操作人员的危害。优化测定条件下，本测定方法对大米样品中锌的检测，取得较为满意的结果。

1实验原理

原子吸收光谱法（AAS）是利用气态原子可以吸收一定波长的光辐射，使原子中外层的电子从基态跃迁到激发态的现象而建立的。由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长。当光源发射的某一特征波长的光通过原子蒸气时，即入射辐射的频率等于原子中的电子由基态跃迁到较高能态（一般情况下都是第一激发态）所需要的能量频率时，原子中的外层电子将选择性地吸收其同种元素所发射的特征谱线，使入射光减弱。火焰原子吸收光谱法测定锌的原理结构图如图1所示。

2材料与方法

2.1主要仪器与试剂

火焰原子吸收光谱仪：GGX-600，北京海光仪器有限公司；锌空心阴极灯：北京有色金属研究院；微控数显加热板：EG37Aplus型，北京莱伯泰科有限公司；电子天平：最小分值0.0001g，赛多利斯科学仪器（北京）有限公司；锌元素标准储备液：100mg/L，国家标准物质研究中心；浓硝酸、过氧化氢：优级纯；纯水机：UPW-10N，北京历元电子仪器有限公司；微波消解仪：MDS-6，上海新仪微波化学科技有限公司；实验用水：高纯水；实验用器皿需经50%（体积比）硝酸溶液浸泡12h以上，然后用高纯水冲洗干净，晾干备用。研究对象：市售大米。

2.2标准溶液的配制

取6支50mL比色管，分别依次加入10mL高纯水，0.5mL浓硝酸。接着，依次加入0mL，0.1mL，0.25mL，0.5mL，0.75mL，1.0mL锌标准母液。最后，采用高纯水定容至刻度，摇匀。得出锌标准溶液点分别0mg/L，0.2mg/L，0.5mg/L，1.0mg/L，1.Smg/L，2.0mg/L。

2.3样品的选取和制备

于市场和超市购买普通大米和富锌大米。分别取大米样品20g，高纯水清洗3遍并沥干水，摊开放置于干净的玻璃表面皿。接着，电热板上100℃烘烤6h至彻底干燥，再将大米分别采用研钵多次研磨成粉末。最后，过100目尼龙筛，制成待测样品，并用塑封袋密封保存。

準确称取大米粉末样品0.1g，引入聚四氟乙烯消解罐中，加入4mL浓硝酸和2mL过氧化氢，同时用少许高纯水淋洗消解罐内壁，确保所有样品与消解液充分接触，混合均匀。盖上消解罐盖子，静置过夜。次日，将消解罐依次放入微波消解仪的转盘上，设置梯度消解升温程序，等待程序结束后，取出消解罐，于通风橱中进行冷却。打开盖子，观察消解液颜色应呈淡黄绿色，若呈深黄绿色可再次重复以上消解程序，消解一至两次。高纯水多次清洗消解罐内壁，将消解液转移至50mL容量瓶，并定容待测，同时做空白试验。

2.4仪器工作条件

仪器工作条件如表1所示。燃烧头高度为8.0mm，燃烧火焰为乙炔空气焰，氘灯扣背景校正。

微波消解仪消解程序参数如表2所示。经过优化，试验了最佳的消解程序。

2.5样品的测定

打开原子吸收光谱仪电源，设置条件参数，预热30min。用高纯水进样测试基体信号，待读数稳定之后，进行自动增益和清零操作，去除水中元素造成的影响，然后用标准空白溶液进样，自动扣除本底，依次测定标准系列。测试样品溶液之前，再次进入样品空白测定状态，以样品空白溶液进样并扣除本底，随后依次测定样品溶液。

3结果与讨论

3.1微波消解条件的选择

消解试剂以及消解方式的选择，考察硝酸和过氧化氢的用量对消解效果以及效率的影响。分别做了以下几种消解方案：8mL硝酸+6mL过氧化氢；6mL硝酸+4mL过氧化氢；4mL硝酸+2mL过氧化氢；2mL硝酸+2mL过氧化氢；2mL硝酸+1mL过氧化氢。由于大米属于高蛋白有机物，直接高温高压消解会导致反应过于剧烈甚至爆炸，所以笔者选择静置过夜冷消解后，再进行微波消解。从硝酸和过氧化氢的用量，以及消解效果和效率考量，4mL硝酸+2mL过氧化氢消解试剂组合最佳，满足消解要求。

微波消解作为目前新颖的一种高效率样品前处理方式，主要原理为密闭微波溶样，将样品和氧化性消解剂在极短的时间内，高温高压的作用下氧化分解，并且防止样品的污染和损失。实验将消解时间固定，选择高温和高压作为研究对象，梯度设定相对应的高温以及高压。实验发现，高压其实是微波消解仪的一个最高耐压值，对消解的影响不大；然而，温度却是很关键的因素，当最高消解温度低于150℃，经过多次重复消解流程，很难消解彻底。最后，选择最优条件，最高消解温度选择200℃，保持时间为10min，可确保一次性彻底消解大米粉样品。

3.2原子吸收光谱仪的参数优化

火焰原子吸收光谱法作为一种成熟的仪器分析方法，目前大量的研究工作验证并结合经验得出，如锌的最灵敏吸收线为213.85nm，还有负高压和灯电流等等。根据本实验所用GGX-600仪器，综合优化参数条件如表1所示。

3.3干扰实验

常规地，大米中K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺等含量較高。按试验方法，在含有1.0mg/L锌的标准溶液中，依次加入不同量的共存离子进行干扰试验，以相对标准偏差≤5%为限。实验得出，850倍锌含量中的K⁺、Na⁺、Mg²⁺、Ca²⁺、Ca²⁺、Fe²⁺，对锌的检测不产生影响。

3.4线性回归方程以及检出限

移取标准溶液，逐级稀释配成试验所需标准使用液，按仪器工作条件进行测定如表3所示，在0～2.0mg/L范围，线性相关系数0.9991。检出限按公式DL=3SD/K计算（SD为11次样品空白吸光度测定结果的标准偏差，K为标准曲线斜率）。通过测试，计算得出检出限0.009mg/L。

3.5加标回收率和精密度实验

优化条件下，消解大米粉样品时，同时在消解液中加入一定浓度标准溶液，按样品处理方法进行消解与测定。加标回收率和相对标准偏差如表4所示。相对标准偏差在3.1%～4.2%，平均回收率为98.3%～101.5%，结果较为满意。从分析数据上看，富锌大米确实比普通大米在锌的含量上要更高。

3.6准确度实验

同样的方法，进行准确度验证，取生物成分分析标准物质（大米）GBW10045，经过一系列的微波消解处理，检测得出锌的测定值为14.8mg/kg，标准证书中理论值为14.4±0.8mg/kg。测定值在理论值范围，结果较佳。

4结论

通过优化条件，微波消解方式消解大米样品，消解彻底，效率高。采用火焰原子吸收光谱检测大米样品的锌，加标回收率、精密度以及准确度均满足检测要求。同时，研究了普通大米和富锌大米的锌含量，相比普通大米，富锌大米中锌的含量较高。因此，该法测定具有操作简便、快速、准确、减少环境酸雾污染等特点，可为大米中微量锌的检测，提高方法支持。