微波消解-电感耦合等离子体原子发射光谱法测定稻米中钼元素含量

(上海市质量监督检验技术研究院,国家食品质量监督检验中心(上海),上海 200233)

钼是人体所必须的微量元素之一,是黄嘌呤氧化酶、醛氧化酶和亚硫酸盐氧化酶的组成成分,进入人体后主要留存于人脑、肝和肾等器官中,其摄入过多或过少都影响人体健康。钼在体内可以以无机盐的方式与其他营养物质相互络合,同时也是构成含铝酶的辅助因子,参与多种生化反应[1],如抑制亚硝胺类致癌物质在体内的合成,也可提高血管壁的弹性,降低患心脑血管疾病的风险。钼元素摄入不足会降低黄嘌呤氧化酶活性,而钼摄入过量又会导致生长发育迟缓和痛风等症状。因此,膳食中钼的含量直接影响机体健康。中国居民膳食营养参考摄入量中推荐,成年人每天钼元素推荐摄入量为0.1 mg,孕妇推荐摄入量为0.11 mg[1-3]。近年来对于钼的研究多集中于矿藏、地质、材料、环境等领域,而以食品为样本进行钼元素测定研究的报道相对较少。文献[4]采用天然花青素-分光光度法测定豆类中的痕量钼(Ⅵ),文献[5]采用微波消解-电感耦合等离子体质谱法测定坚果中钒、钴、钼含量,文献[6]采用微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定蔬菜中痕量钼。中国是稻米食用大国,特别是人口稠密的南方地区,人们大多以稻米为主食,近些年关于稻米中钼含量的测定报道较为鲜见,因此建立测定稻米中钼含量的方法具有非常现实的意义。

元素检测常见的前处理方法有湿法消解、干法消解、高压罐消解和微波消解。湿法和干法消解是较为传统的前处理方法,由于其操作过程是敞口处理,样品易受外界环境影响,且消解效率较为低下。而高压罐消解和微波消解均为密闭消解,相较传统方法消解效率更高,且可有效降低试验污染,其中微波消解安全性更高,时间和温度也更易控制,在食品、材料、环境等诸多领域应用良好,已成为元素测定的优选前处理方式[7-9]。钼元素的检测方法主要有原子吸收光谱法、分光光度法、电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-AES)、电感耦合等离子体质谱法等,ICP-AES是常见的元素检测方法,具有灵敏度高、检测速度快、方法可靠、设备费用相对较低等优点[7-13]。本工作通过试验选择最佳的样品处理及检测条件,建立了利用微波消解-ICP-AES测定稻米中钼元素的含量的方法,具有灵敏度高、稳定性好等优点,实现稻米中钼元素快速准确的测定,为监管部门提供了技术支持。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Agilent VDV5110型电感耦合等离子体原子发射光谱仪;CEM Mars6型微波消解仪;DuoPUR 型酸纯化系统;BHW-09C型精控电热炉。

钼单元素标准溶液[GBW (E)080597]:1.000 g·L-1,使用时用水稀释配制至所需质量浓度。

硝酸为优级纯;试验用水为超纯水(电阻率不小于18.2 MΩ·cm);米粉为生物成分分析标准物质,标准品号为GBW(E)10010。

1.2 仪器工作条件

射频发射功率1 400～1 500 W;雾化气流量0.55～0.60 L·min-1,冷却气流量12 L·min-1,辅助气流量0.3 L·min-1;样品提升速率1.5 mL·min-1;检测波长202.03 nm;观测方式为轴向观测。

1.3 试验方法

样品经均匀混合后,称取约0.500 0 g于微波消解罐中,加入5 mL经酸纯化仪纯化的硝酸,再置于电炉上于100 ℃预反应20 min,放入微波消解仪中,按照表1微波升温程序进行消解。待冷却后取出,将消解罐置于150 ℃电热炉上将酸液挥发至0.5 mL左右,冷却后转移至10 mL 容量瓶中,用水定容,作为待测液。同时做试剂空白试验。

表1 微波消解升温程序Tab.1 Temperature program of microwave digestion

2 结果与讨论

2.1 消解条件的选择

考察硝酸、硝酸-盐酸、硝酸-过氧化氢这3种消解体系对乳粉样品的消化能力,试验发现:经过消解后,3种酸液均可将样品完全消化至澄清,均没有沉淀和悬浮物,考虑到试验的便捷性和降低多种酸带来的污染,故选择硝酸作为消解液对样品进行前处理。

试验考察消解温度分别为185,190,195,200℃和保持时间分别为20,25 min时对消解效果的影响,结果见表2。

结果表明:在195 ℃保持25 min的条件下,可保证乳粉基质充分消解完全,并考虑到微波消解仪的使用消耗和试验效率,试验选择微波消解程序见表1。

2.2 ICP-AES条件的选择

ICP-AES主要考虑的工作条件有检测波长、观测方式、雾化气流量、冷却气流量、射频发射功率、辅助气流量等。试验对这些工作条件进行了选择和优化。

表2 微波消解温度和保持时间对结果的影响Tab.2 Effect of microwave digestion temperature and holding time on the results

2.2.1 检测波长及观测方式

以20.0μg·L-1钼标准溶液进样测定,考察检测波长分别为202.03,203.85,204.60,281.63 nm 时仪器的响应值以及干扰情况。4个波长下钼的响应强度(I)由大到小的顺序依次为:I281.63nm、I202.03nm、I203.85nm、I204.60nm,但281.63 nm 目标波长处光谱干扰较大,附近有杂峰,同时参考国家标准GB/T 35871-2018《粮油检验谷物及其制品中钙、钾、镁、钠、铁、磷、锌、铜、锰、硼、钡、钼、钴、铬、锂、锶、镍、硫、钒、硒、铷含量的测定电感耦合等离子体原子发射光谱法》中对钼的推荐波长,最终选择波长为202.03 nm[14]。

考察了轴向观测和径向观测两种方式对钼元素的检测灵敏度的影响,由于钼元素本身的发射光谱响应值较弱,故推荐响应值较大的轴向观测方式。

2.2.2 雾化器流量

在检测波长为202.03 nm 条件下,以20.0μg·L-1钼标准溶液进样测定,考察雾化气流量在0.50～0.70 L·min-1内变化对响应值的影响,同心雾化器和十字雾化器的响应值变化情况分别见图1(a)和图1(b)。

由图1 可见:两种雾化器在流量为0.55 L·min-1和0.60 L·min-1时均有较好的灵敏度,故试验选择雾化气流量为0.55～0.60 L·min-1。

2.2.3 冷却气流量和辅助气流量

图1 不同雾化器的雾化气流量对响应值的影响Fig.1 Effect of flow rate of atomization gas on response value obtained by the different atomizers

冷却气流量是维持炬焰的关键气流因素,在保证炬焰稳定的同时,也可以在降低样品的基质干扰。以20.0μg·L-1钼标准溶液进样测定,考察冷却气流量为10～14 L·min-1时对响应值的影响。试验结果表明:冷却气流量增大,灵敏度稍有降低;冷却气流量为12 L·min-1时,可保障炬焰的稳定又不损失太多的灵敏度。故试验选择冷却气流量为12 L·min-1。

进一步考察了辅助气流量为0.3～0.5 L·min-1时对响应值的影响,结果表明:辅助气流量对响应值影响不明显,考虑辅助气流量对中心管的保护作用和气量的消耗,试验选择辅助气流量为0.3 L·min-1。

2.2.4 射频发射功率

以20.0μg·L-1钼标准溶液进样测定,考察射频发射功率为1 100～1 500 W 时对响应值的影响,结果见图2。

由图2可见:随着射频发射功率的提高,响应值也相应提高,试验选择射频发射功率为1 400～1 500 W。

2.3 标准曲线和检出限

配制质量浓度为10.0,20.0,40.0,60.0,80.0μg·L-1的钼标准溶液系列,按试验方法进行测定,以钼的质量浓度为横坐标,其相应的响应值为纵坐标绘制标准曲线,结果表明:钼的质量浓度在10.0～80.0μg·L-1内与其响应值之间呈线性关系,线性回归方程为y＝16.56x＋15.31,相关系数为0.999 9,可满足检测需求。

图2 射频发射功率对响应值的影响Fig.2 Effect of RF transmitting power on response value

取样品空白按试验方法平行测定20次,计算测定值的标准偏差(s),以3倍标准偏差计算方法的检出限,以10倍标准偏差计算方法的测定下限。当称样量0.500 0 g,定容体积10 mL 时,方法的检出限(3s)为0.05 mg·kg-1,测定下限(10s)为0.2 mg·kg-1。

2.4 方法的准确度和精密度

取同一大米粉标准物质[GBW(E)10010,认定值(0.53±0.05)mg·kg-1]重复测定7次,考察方法的准确度和精密度。结果表明:7次测定结果依次为0.483,0.498,0.506,0.489,0.497,0.505,0.487 mg·kg-1,可见测定值均在标准物质的认定值范围内,且7 次重复测定结果的相对标准偏差(RSD)为1.8%(＜2%),表明方法的准确度和精密度良好。

2.5 方法的回收率

取稻米样品,选择在低、中、高等3个水平进行加标回收试验,加标量分别为0.10,0.20,0.40 mg·kg-1,按试验方法进行测定,结果见表3。

表3 回收试验结果Tab.3 Results of test for recovery

由表3可知:方法的回收率为93.8%～105%,根据GB/T 27404-2008《实验室质量控制规范食品理化检测》[15],加标回收率在可接受范围之内。

2.6 实际样品分析

选择市场上常见的7种稻米,按试验方法测定其中的钼元素含量,结果显示,7种稻米中钼的质量分数依次为0.267,0.344,0.519,0.472,0.558,0.674,0.381 mg·kg-1。

本工作建立了微波消解-ICP-AES测定稻米中钼含量的检测方法,该方法前处理效率高,测定结果准确度、精密度良好,能够满足稻米中钼元素的测定需求,以期为分析检测稻米中钼元素含量提供数据积累,为人们合理摄入微量元素提供理论依据。