电感耦合等离子体发射光谱法测定功能农业农产品中钾、钙、铁、镁、锌的研究

崔海峰，朱传翔，杜金凤，程 琳，宋鉴达

(延边朝鲜族自治州产品质量检验所·吉林 延吉·133000)

引言

功能农业的概念首先是由赵其国在2009年提出的[1]。他认为[2]，农业分为4个阶段，分别为农业1.0阶段、2.0阶段、3.0阶段和4.0阶段。1.0阶段的农业为最基本的农业，仅需吃饱即可，满足人民对热量的摄入；2.0阶段的农业状态满足人民吃的好，改善营养结构，提高蛋白质、碳水化合物和脂肪等营养物质的摄入；3.0阶段要吃的安全，减少农药、化肥的投入，降低污染物和抗生素的残留，如绿色农业；4.0阶段为高级阶段，吃的健康，调整并改善微量元素的合理摄入，而功能农业即为农业4.0阶段。吃的健康已经成为我国乃至世界农业产业发展的必然趋势。

目前我国普遍存在铁、锌、钾、钙、镁的缺乏[3]，大大阻碍了人口健康素质的提升，导致我国每年损失3%～5%的国内生产总值[4-5]，因此发展功能农业，从农业产品中补充微量元素的摄入是当前农业产业发展的重要内容，相应的建立一种检测功能农业产品的方法显得尤为重要[6-7]。

电感藕合等离子体-原子发射光谱法（ICP-OES）的特点和优点就是检测速度快[8]、灵敏度高[9]、线性范围宽[10]、多元素同时测定等[11-13]，恰好满足功能农业产品在质量控制方面的无机元素分析[14]。本研究致力于建立一种高效、准确、稳定的功能农业产品的部分无机元素（钾、钙、铁、镁、锌）分析法。

1 材料与方法

1.1 试剂及样品

硝酸、盐酸（优级纯，北京化工厂）；高氯酸（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；30%过氧化氢（优级纯，天津市科密欧化学试剂有限公司）；多元素标准溶液（100μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）；钾、钙标准溶液（1000μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心）。

样品为吉林大学功能农业试验基地提供的大米、小米、藜麦、稻谷、黑米、玉米渣、黄豆、黑豆、绿豆、红豆、花生、高粱米等60批次试验样品。

1.2 仪器

7300DV型电感耦合等离子体发射光谱仪（ICPOES）（美国铂金埃尔默PE公司）；万分之一电子天平（梅特勒-托利多仪器有限公司）；超纯水系统（北京祥顺公司）；电加热板（北京莱伯泰科仪器有限公司）和微波制样（消解）系统（美国CEM公司）。

1.3 仪器工作条件

电感耦合等离子体发射光谱仪主要工作参数详见表1。微波消解仪工作条件详见表2。

表1 电感耦合等离子体发射光谱仪主要工作参数Table 1 The main instrument parameters of inductively coupled plasma-optical emission spectrograph

表2 微波消解仪工作条件Table 2 Working conditions of microwave digester

1.4 实验方法

1.4.1 样品前处理

样品打粉后放入电热恒温鼓风干燥箱内，设置40℃放置24h后，准确称取麦类、米类、花生以及稻谷0.500g于微波消解罐中，加入8ml浓硝酸和2ml高氯酸，过夜后进入微波消解系统进行消解；取0.500g豆类样品于50ml烧杯中，加入12ml浓硝酸、3ml高氯酸和2ml30%过氧化氢进行湿法消解。这两种不同的消解过程均需过夜后再加热充分消解至1ml以内。完毕后用超纯水定容至100ml容量瓶中，上机待测。

1.4.2 元素检测波长

实验中各元素的检测波长见表3。

表3 各元素检测波长Table 3 Detection wavelength of each element

2 结果

2.1 校准曲线与线性范围

将钾、钙以及多元素标准溶液依次稀释为0.100、0.200、1.000、2.000、10.00mg/L。

实验结果表明，在上述仪器条件下，钾、钙、铁、镁、锌校准曲线在0.100mg/L至10.00mg/L浓度范围内呈现良好的线性，标准曲线和相关系数r见表4。

表4 标准曲线和相关系数Table 4 Standard curve and correlation coefficient

2.2 精密度、回收率与检出限

为评价方法的可靠性，在质控样品大米（标准物质GBW10010a）中进行了加标回收实验，并计算相对标准偏差。经计算发现各元素的平均回收率在97.5%～101.4%之间，相对标准偏差RSD在2.5%左右，检出限在0.017～0.305mg/L之间。结果见表5。

表5 方法精密度、回收率和检出限Table 5 The precision,recovery and detection limit of the method

2.3 样品测定结果

按照本实验方法对6类共64批次功能农业样品进行测试分析，结果见表6。

表6 样品测试结果Table 6 Sample test results *注：单位为mg/kg

3 讨论

3.1 样品前处理

本实验选择用了传统湿法消解和微波消解，本人在多年的工作中较为习惯使用湿法消解，湿法消解的优点是高效便捷[15]，缺点是需要投入一定的人力，再就是消解过程中易造成损失，影响测试结果[16]；而微波消解安全性和稳定性较高，缺点是消化时间较长[17]，且需要二次赶酸。两者各有千秋，本实验在工作当中也将质控样本分别采用不同的消解法进行比较，数据重合程度较高[18]，因此，两种前处理方法均适用于功能农业试验样本。

3.2 实验条件的设定

本实验在ICP工作时采用的功率、辅助气流量和雾化气流速这三大基本条件，并没有按照国标的方法进行设定，原因是我们功率过大则易将矩管烧坏；辅助气流速大小其实关系不算太大，只是考虑到人参样品中含有机成分，燃烧后会破坏热平衡；雾化器流速过低，不灵敏信号弱，流速过快一定程度后信背比会下降，综合考虑，三大条件选择1300W、0.2 L/min和0.8 L/min。

3.3 实验结果分析

从实验结果看出，豆类中的钾、钙含量较高；麦类和豆类的镁、铁、锌含量较高。其中337黄豆样本和7-4黄豆样本中所检测的5种元素含量都均衡高出其他样本。

表7 样品测试分析图Table 7 Sample test analysis diagram

4 小结

发展功能农业将是未来农业领域的重要方向，其生产出来的功能农业产品也必将覆盖高端农产品市场，检测功能农业产品中无机元素的含量也会是产品质量检验行业的工作重点。相信本研究建立的检测方法能够对未来功能农业产品在普及市场之时做出良好的质量评价，希望也能为致力于无机元素分析的同行们提供一项参考。