连续光源原子吸收光谱法测定中华绒螯蟹中8种金属元素

张政权，黄冬梅，史永富，娄晓祎，田良良，申兆栋

(1.上海海洋大学食品学院，上海 201306；2.中国水产科学研究院东海水产研究所，农业部远洋与极地渔业创新重点实验室，上海200090)

中华绒螯蟹(Eriocheirsinensis)又名河蟹、大闸蟹，主要分布在亚洲北部和中国的东部沿海省份[1]，中华绒螯蟹肉质鲜嫩，营养丰富，深受国内消费者的喜爱[2]。随着中华绒螯蟹需求量的迅速增加，中国的东南沿海省份开始大规模人工养殖，2017年中国的中华绒螯蟹产量达到了812 103 t[3]，基本上能够满足广大消费者的需求，但优质蟹的数量还远远不足。目前针对中华绒螯蟹的研究主要集中在其脂肪酸及其风味物质组成方面[4-5]，针对其矿物元素的研究较少，中华绒螯蟹的风味主要由其体内的醇类、酮类、呋喃类、含氮类和芳香类物质决定[6]，而矿物元素则直接参与中华绒螯蟹体内复杂的生化反应，对中华绒螯蟹的肉质风味起到重要的调节作用[7]。因此，通过对其矿物元素进行研究可为优化优质蟹养殖技术提供支持和借鉴。

本研究以中华绒螯蟹的腹部和腿部肌肉为共同研究对象，探讨样品消解条件和仪器测定干扰排除方法，并利用火焰原子吸收光谱仪测定了蟹肉中K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn、Cu和Fe 8种金属元素含量，建立的方法稳定、准确，可用于中华绒螯蟹中多元素的测定，相关数据可为中华绒螯蟹的养殖条件优化和品质鉴定提供参考。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

原子吸收光谱仪ContrAA-700(德国耶拿分析仪器股份公司)；超纯水机Milli-Q ELEMENT(美国Millipore公司)；真空冷冻干燥机 FreeZone(美国Labconco公司)；精密电子天平JA5000C(常州市幸运电子天平有限公司)；微波消解仪 ETHOS (意大利迈尔斯通)；电加热板 HP-H35SC(盛达杰森自动化设备有限公司)。

标准物质包括： K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn、Cu及Fe元素单标标准溶液(1 mg/mL，国家标准物质认证中心)。

硝酸、过氧化氢、硝酸镧及氯化铯(均为分析纯，国药集团化学试剂有限公司)。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液配制

将购买的各元素标准储备液用1%硝酸溶液进行逐级稀释，根据需要配制成一系列不同浓度的标准溶液。元素浓度范围：K为0.1～1.0 μg/mL，Ca为1.0～5.0 μg/mL，Na为0.03～0.3 μg/mL，Mg为0.05～0.5 μg/mL，Mn为0.3～3.0 μg/mL，Zn为0.2～1.5 μg/mL，Fe为1.0～8.0 μg/mL，Cu为1.0～5.0 μg/mL。

1.2.2 样品采集

2018年11月份于兴化养殖塘采集中华绒螯蟹12只，质量范围为102～147 g，取其腹部及腿部肌肉，用超纯水冲洗掉蟹肉中混杂的其他组织，放入-50 ℃冰箱冷冻，随后放入真空冷冻干燥机中-50 ℃干燥至恒重，干燥后的样品研磨均匀后放入干燥器中保存。

1.2.3 样品前处理

准确称取0.5 g样品于消解罐中，加入5 mL硝酸和1 mL过氧化氢后酸解放置过夜，第2天将酸解后的样品放入微波消解仪中，按设定的消解程序进行消解。消解结束后，将消解罐放在加热板上220 ℃条件下赶酸，待消解罐中的液体呈澄清透明状后，取出冷却至室温，转移至平底试管中稀释定容至10 mL或25 mL。微波消解仪器条件见表1。

表1 微波消解条件Tab.1 Microwave digestion conditions

1.2.4 仪器测定

待测溶液通过进样管进入雾化器，在雾化器中被雾化，然后进入原子化器，空气-乙炔混合气体燃烧产生的高温将气体原子化，产生的气相自由原子获取光源产生的电磁辐射能跃迁到更高能态，并成为激发态原子。在此过程中，通过控制分光器，实现仅被测金属元素对应的吸收波长的光通过，从而达到检测待测金属元素的目的。由于固定数量的基态原子跃迁到激发态吸收的电磁辐射能是一定的，因此，通过观察仪器最终测定出的吸收值可以计算出产生跃迁的基态原子数量，进而计算出溶液中待测金属原子的浓度。各元素测定时仪器条件参数见表2。

表2 各元素测定时仪器条件参数Tab.2 Instrument condition parameters for each element measurement

2 结果与讨论

2.1 消解条件的选择

目前关于食品消解方法的选择已经有很多研究[8-13]。样品消解主要分为干法灰化和湿法消解两种方式，干法灰化法相较于湿法消解虽可避免使用试剂，但由于灰化过程中温度过高，有可能造成待测元素的损失，且消解所用坩埚可吸附部分待测元素，另外K、Na、Ca及Mg这4种常量元素在实验室中无处不在，长时间暴露在开放环境中极有可能造成样品污染而对实验结果产生影响。综合考虑样品本身的性质和环境污染因素，本实验选择湿法消解结合微波密闭辅助加热的方法对样品进行消解。消解采用的酸解体系主要有高氯酸-硝酸体系、单硝酸体系，硝酸是唯一一种可以单独使用的消解用氧化性酸[14]，单硝酸体系在消解含脂肪较少的生物样品时反应相对温和、缓慢、安全。实验所用样品为脂肪含量较少的蟹肉干粉，试验比较了3 mL硝酸+1 mL过氧化氢、5 mL硝酸+1 mL过氧化氢、7 mL硝酸+1 mL过氧化氢3种配比下的消解效果，将酸解样品放置过夜后，发现当硝酸用量为5 mL时即可达到将样品完全酸解的目的。酸解后的样品几乎完全溶于酸解体系中，金属元素均以易溶于水的硝酸盐形式存在于溶液中。由于消解过程在密闭容器中进行，样品与外界隔绝从而避免了样品被污染，且微波消解只需要提前设置好微波消解仪的参数，整个消解过程基本上实现自动化[15]。

2.2 仪器干扰的排除

2.3 标准曲线的制作

本研究测定的8种金属元素中有些元素在样品中的含量差别较大，要使原子吸收光谱仪能够同时测定8种元素，除了对样品定容体积进行调整外，还需要对各元素的标准曲线浓度范围进行优化，使样品和标曲的吸光度值位于原子吸收光谱仪的线性范围内，通过结合仪器生产厂家的推荐参数和多次实验结果最终确定了各元素的标准曲线浓度范围，见表3。

表3 线性范围、回归方程和相关系数Tab.3 Linear range, regression equation and correlation coefficients

2.4 方法的检出限

根据仪器的检出限、称样量及定容体积计算方法的检出限，仪器的检出限由试剂空白吸光度值的3倍标准偏差与标准曲线斜率比值所得，根据仪器的检出限、称样量及定容体积计算得到方法的检出限，然后再以3倍的检出限计算得到方法的定量限。各元素的检出限和定量限见表4。

2.5 方法的精密度和回收率

为验证方法的可行性，本研究对方法的精密度和回收率进行了测试。通过向空白样品中添加适量已知浓度的标准溶液检验方法的回收率。每种元素设置了3个加标水平，每个加标平行测定3次，测得的平均加标回收率为73.5%～111.5%，满足实验室检测要求。精密度用RSD表示，各元素测定的RSD为1.19%～12.00%，说明该方法的精密度较高，测量结果稳定，单次测定结果真实可靠。

表4 方法的检出限和定量限Tab.4 Limit of detection and limit of quantitation mg·kg-1

表5 样品加标回收率测定结果Tab.5 Results of the spiked recovery rate n=3

2.6 质控样品测定结果

为了验证方法的准确性，研究测定了国家标准物质GBW10050(GSB-28)大虾成分中的8种金属元素含量，测定结果见表6，8种元素的测定值均在标准真值允许误差范围内，表明该方法测定结果准确。

表6 质控样品测定结果Tab.6 The results of quality control sample measurements mg·kg-1

2.7 实际样品测定结果

使用本方法对兴化地区采集的12个样本进行测定，平均测定结果见表7。由表7可知，蟹肉中含量最多的元素是K和Na，两者在蟹肉干重中含量分别为12 580 和7 845 mg/kg。K和Na是维持生物体细胞内外渗透压平衡的主要元素，在肌肉组织中广泛存在[18]，K还在氧化还原调节、酸碱平衡和新陈代谢过程中扮演着关键的角色[19]，Ca是构成生物体骨骼和外壳的主要元素，在肌肉组织中含量相对较少。Mg在肌肉组织中的含量仅次于K、Na和Ca，是生物体内第四大金属元素，在细胞内主要参与K和Ca离子的转运，还对细胞的增殖和分化有重要的调控作用[20]。Fe、Mn、Zn及Cu作为生物体内的微量元素虽然在蟹肉组织中含量较少，但也是生物体维持正常的生命活动必不可少的元素，其中，Fe是人体中合成血红蛋白的原料[21]，而血红蛋白是血红细胞输送氧气的载体；Mn除了参与骨骼形成，还在生物体大分子合成和生殖代谢中扮演重要的角色[22]；Zn对青少年的生长发育至关重要，Zn含量严重不足将会导致青少年侏儒症和智力低下[23]；Cu参与中枢神经系统的发育，骨和结缔组织的形成[24]。本研究表明，中华绒螯蟹中富含8种微量元素，具有很好的营养价值。利用本实验建立方法可同时检测不同养殖模式、不同品系的蟹中微量元素，可为改进养殖技术、培育优质蟹提供良好的科学指导。

表7 实际样品测定结果Tab.7 The results of actual sample measurements

3 结论

本方法可用于测定中华绒螯蟹肌肉中的K、Ca、Na、Mg、Mn、Zn、Cu和Fe 8种金属元素含量，方法的准确度高，回收率好。且该方法的前处理过程简单，原子吸收光谱采用的连续光源可在不需要更换灯源的情况下同时测定多种元素，相较于传统的单元素灯省去了换灯步骤，节省了成本和测定时间；相较于传统的原子吸收光谱仪，灵敏度更高，检出限更低；相较于电感耦合等离子体质谱仪，不仅能满足多元素同时测定，且测量成本较低，是一种非常经济高效的多元素测定方法。本研究测得的生物样本数据还可用于中华绒螯蟹的养殖条件优化及蟹产品的综合利用开发。