原子吸收光谱法测定花椒中铁含量的前处理条件优化

常自强，范润月，邓 波，饶安举，刘 环

（川北医学院 预防医学系，四川 南充 637007）

花椒是我国的特产，不仅可用于烹饪，还可用于医疗保健[1]。花椒中铁元素含量丰富，过多会造成中毒表现。因此，对花椒中的铁含量进行测定是非常重要的。目前，常见的检测金属元素的方法有原子吸收光谱法、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光光谱法等[2]，我们本次拟采用原子吸收光谱法对花椒中的铁元素进行检测。在样本的前处理方法上，微波消解是近年来新兴且高效的一种样品前处理方法，是保证检测结果可靠性的关键环节[3]。在食品检验中，这种方法可以实现样品处理过程的高效、快速及安全[4]，并且具有准确性。但影响微波消解效率的因素较多，而微波消解条件的设定是否恰当，直接影响样品前处理效果以及样品中金属元素测定结果准确性[5]。因此，本文利用正交试验设计对实验条件优化，采用微波消解～原子吸收光谱法测定花椒中铁的含量，并对结果进行分析，得出花椒的最佳前处理条件，使得到的数据更具有准确性，并对花椒质量控制和合理开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

仪器：微波消解仪（Titan MPS，铂金埃尔默仪器有限公司）；原子吸收光谱仪（PinAAcle 900T，铂金埃尔默仪器有限公司）；酸蒸清洗仪（德国安东帕）；

试剂：硝酸（UPS级，苏州晶瑞化学股份有限公司）；铁标准液（1000μɡ/ml，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；纯净水。

1.2 实验方法

1.2.1 溶液的配制

（1）铁标准系列溶液的配制：

准确吸取1000μɡ/mL的铁标准溶液2.5ml，用纯净水定容至50ml容量瓶中，配制成浓度为50mg/L的标准应用液。临用时，取铁的标准应用液配制成浓度分别为0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L的标准系列溶液。

（2）混和加标液的配制：

准确吸取1000μɡ/ml的铁标准溶液10ml，加入100ml容量瓶中，定容，制得加标混合液，备用。

1.2.2 正交试验设计

以硝酸量（A）、消解压力（B）、消解温度（C）和保持时间（D）为试验因素，每个因素分别确定三个水平，根据正交试验设计表L9（34）来设定消解程序组合，优化测定花椒中铁含量的前处理条件。按照正交表L9（34）共进行9次实验，每次做3个平行样本，3个平行加标样本，1个空白对照，最后得到63个样液。

1.2.3 样品前处理

取6个消解罐，称取0.3000g左右花椒粉末置于其内，再取1个消解罐作为空白对照。在7个消解罐中加入所需硝酸和2ml双氧水，然后在其中3个加有样品的消解罐中加入混和加标液，并对这7个消解罐做好标记，静置10-20分钟，加盖，放入微波消解仪中进行消解。

按照设定的微波消解程序（见表1）进行消解，微波消解程序共分为3步，本实验固定第1步和第3步，以第2步待定的硝酸量、消解压力、消解温度、保持时间为试验因素，分别设定3个水平（见表2），依据表2来设定表1中的待定数据。

表1 微波消解程序

表2 正交试验设计试验因素和水平表

微波消解结束后，取出消解罐，待冷却后将消解液移入聚四氟乙烯烧杯中，然后置于石墨电热平板上加热，赶酸处理，待烧杯中的消解液蒸发减少，至黄豆样大小，此时取下烧杯，冷却后，将残留的消解液转移到50mL容量瓶中，再用纯净水多次少量洗涤烧杯，并移入容量瓶中，定容，备用。

1.3 测定方法

利用火焰原子吸收光谱仪依次吸取铁的标准系列溶液，测定各标准液浓度下的吸光度，最后得到铁的标准曲线。依次吸取消解处理后的花椒样液，测定样液中的铁元素含量，通过计算得出加标回收率。吸取标准系列溶液的中间浓度，连续7次测定吸光度，得出花椒中铁的相对标准偏差值。用原子吸收光谱仪对试剂空白连续测定11次，得到铁的检出限值。

2 结果

2.1 正交试验结果

吸取花椒样液，测定出花椒中铁元素的吸光度，再利用制得的铁的标准曲线回归方程，算出花椒中的铁含量，从而计算出加标回收率。本实验共进行9次，每次做3组平行样本，最后计算加标回收率的均值。结果见表3。

表3 正交试验结果

根据极差分析，在花椒中铁的条件优化中，微波消解效率的影响因素依次是：硝酸量、消解压力、保持时间、消解温度。四因素的最优组合为：A3B1C3D3，即优化的消解条件是硝酸量8ml，消解压力40bar，消解温度190℃，保持时间25min。

2.2 精密度和检出限值

为了验证本实验的可靠性，连续7次测定铁标准系列溶液的中间浓度的标准溶液，得出花椒中铁测定的精密度为0.21%；用火焰原子吸收光谱仪对空白试剂连续测定11次，得到铁测定的检出限值为0.011mg/L。

3 讨论

3.1 结果分析

实验结果表明，影响微波消解法测定花椒中铁含量效率的因素依次是：硝酸量、消解压力、保持时间、消解温度，加标回收率为84%～92%，铁测定优化条件是硝酸量8ml，消解压力40bar，消解温度190℃，保持时间25min；本实验测得的铁测定的精密度为0.21%，检出限值为0.011mg/L。在国家相关标准范围内[6]，说明本法具有良好的精密度，符合检测分析铁元素的要求。

3.2 方法分析

孙长霞[7]等比较不同预处理方法对测定荠菜中金属元素含量的影响实验中，测得干性消解后荠菜中铁的回收率为98.17%，精密度为3.74%；湿性消解后铁的回收率是99.17%，精密度为4.19%；微波消解后铁的回收率为100.17%，精密度为2.85%。比较后发现与干性和湿性消解相比，微波消解对铁元素的测定更具有准确性。通过查阅文献[8-10]，表明湿性消解和干性消解容易造成本底高、耗时长、易损失、且不安全，而微波消解很好的克服了这些问题，并具有密闭自动化、消解彻底、不易污染与损失、准确性高等优点。

正交试验是一种高效处理多因素优化问题的科学计算方法，常用于研究多因素多水平优化问题[11]，利用正交表进行试验，并对结果进行分析，可找出优化方案。如果根据传统方法进行全面实验，全面考察每个试验因素，虽然也可以得出最佳条件，但工作量较大，对四因素三水平进行实验，需进行34=81次实验方可获得结果，而采用正交实验设计法的L9（34）正交表，仅需9次实验[12，13]。

因此，正交试验设计的应用节省了大量的人力、物力，缩短了实验周期，并明确了试验因素对试验结果影响的重要程度，迅速找到最优方案[14]。本实验以4个因素（硝酸量、消解压力、消解温度、保持时间）为实验因素，确定3个水平进行正交试验，通过9次实验得到结果，并获得了回收率较高的消解条件，为优化测定花椒中的铁元素提供了依据。