微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定蛋白质粉中镉*

刘全德，刘恩岐，陈尚龙，郑毅，王锋，黄小冬

(徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州，221008)

微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定蛋白质粉中镉*

刘全德，刘恩岐，陈尚龙，郑毅，王锋，黄小冬

(徐州工程学院食品工程学院，江苏徐州，221008)

建立了采用微波消解，基体改进剂辅助石墨炉原子吸收光谱法测定蛋白质粉中镉的方法。研究了样品中磷酸二氢铵的质量浓度，灰化温度以及原子化温度对吸光度的影响。在单因素试验的基础上，通过响应曲面法优化确定了最佳测定条件为:磷酸二氢铵的质量浓度为3.51 mg/mL、灰化温度为564℃、原子化温度为1 893℃。在此条件下，测定蛋白质粉中镉的含量为0.238μg/g，精密度为2.77%，检出限为0.21 ng/mL，加标平均回收率为99.5%，相对标准偏差为2.82%。

微波消解，基体改进剂，石墨炉原子吸收光谱法(GFAAS)，蛋白质粉，镉

微波消解是利用微波能使消解体系中的极性分子在微波电磁场的高频作用下做极性运动，从而引起化学键的振动、断裂及微粒的相互摩擦、碰撞，产生大量的热，达到快速、完全消解的目的［1］。与常用的湿法消解和干法灰化［2－5］相比，微波消解具有快速、准确、省试剂、污染少、空白低等优点［6－9］。

镉是对人体有害的蓄积性毒物，其污染通过食物链传递、富集和放大。进入人体内的镉大部分会蓄积在肾脏和肝脏，可引起肾脏慢性中毒，高血压和动脉粥样硬化，甚至产生致畸致突变作用［10］。

1 材料与方法

1.1 原料与试剂

纽崔莱蛋白质粉(产品编号20007)，安利(中国)日用品有限公司;浓硝酸、磷酸二氢铵，均为优级纯;柠檬酸，抗坏血酸、十二烷基硫酸钠、硫酸铵，酒石酸、30%过氧化氢，均为分析纯;镉标准溶液(质量浓度为1 mg/mL)，购于国家化学试剂质检中心;实验用水皆为超纯水(电阻率:18.2Ω·cm);玻璃器皿均用5%硝酸浸泡＞24 h。

1.2 仪器与设备

TAS-990原子吸收分光光度计，北京普析通用仪器有限责任公司;氩气＞99.99%;XT-9900型智能微波消解仪和XT-9800多用预处理加热仪，上海新拓微波溶样测试技术有限公司;CascadaTM实验室超纯水系统。FA-2004B电子天平，上海越平科学仪器有限公司;eppendorf移液器，德国艾本德公司。

1.3 方法

1.3.1 仪器工作条件和石墨炉加热程序

石墨炉原子吸收分光光度计工作条件见表1，石墨炉加热程序见表2。

表1 石墨炉原子吸收分光光度计工作条件

表2 石墨炉加热程序

1.3.2 基体改进剂溶液的配制

分别称取2.50g柠檬酸，磷酸二氢铵，抗坏血酸，十二烷基硫酸钠，硫酸铵，酒石酸于50 mL容量瓶中，用0.15 mol/L HNO3定容至刻度，配制成质量浓度为50 mg/mL的基体改进剂溶液。

1.3.3 标准工作曲线的配制

用0.15 mol/L HNO3将镉标准溶液逐级稀释至质量浓度为50 ng/mL的镉标准使用液。取6只10 mL容量瓶，分别加入0.702 mL磷酸二氢铵溶液，然后在各容量瓶中依次加入镉标准使用液0.1，0.2，0.4，0.8，1.2，1.6 mL，用0.15 mol/L HNO3定容至刻度，得到质量浓度为0.5、1、2、4、6、8 ng/mL 的镉标准系列溶液，按试验方法配制空白溶液。

1.3.4 样品处理方法

准确称取0.300 0 g左右的蛋白质粉于干燥的聚四氟乙烯微波消解罐中，加入5 mL浓HNO3、1 mL 30%过氧化氢，于多用预处理加热仪中敞口消解1h后(温度:40～100℃逐步加热)。取出再加入1 mL 30%过氧化氢，按表3中微波消解条件进行消解，微波消解完成后得到无色透明溶液，转移至50 mL小烧杯中，将小烧杯放到电子电炉上，调节电炉功率至1 000 W，在通风橱内加热赶酸至近干，用0.15 mol/L HNO3多次冲洗小烧杯中的样液，并将冲洗液转移至25 mL容量瓶中，用0.15 mol/L HNO3定容至刻度，摇匀备用。按试验方法做空白试验。

表3 微波消解条件

在1只10 mL容量瓶中，加入5 mL微波消解溶液和 0.702 mL磷酸二氢铵溶液，用 0.15 mol/L HNO3定容至刻度，摇匀待测。按试验方法配制空白溶液。

2 结果与分析

2.1 单因素试验

2.1.1 基体改进剂的选择及其质量浓度对吸光度的影响

在石墨炉原子吸收光谱法测定微量元素过程中，基体改进剂及其质量浓度的选择非常重要［11］。比较柠檬酸，磷酸二氢铵，抗坏血酸，十二烷基硫酸钠、硫酸铵和酒石酸这6种基体改进剂对吸光度的影响后，发现磷酸二氢铵的增敏效果最显著，同时对吸收峰的峰形也有改善。在固定其他条件下，只改变样品中磷酸二氢铵的质量浓度，测定其吸光度，结果如图1。

图1 磷酸二氢铵的质量浓度对吸光度的影响

由图1可知，当样品中磷酸二氢铵的质量浓度低于3.0 mg/mL时，吸光度随质量浓度的增加逐渐升高;当样品中磷酸二氢铵的质量浓度为3.0 mg/mL时，吸光度达到最大值，此后随着质量浓度的增加逐渐降低。

2.1.2 灰化温度对吸光度的影响

在石墨炉原子吸收光谱法测定微量元素过程中，灰化温度是影响测定结果比较明显的因素之一。在固定其他条件下，只改变灰化温度，测定其吸光度，结果如图2。

图2 灰化温度对吸光度的影响

由图2可知，当灰化温度低于600℃时，吸光度随灰化温度的增加逐渐升高，灰化温度低于600℃时，灰化不完全，导致吸光度偏低;当灰化温度为600℃时，吸光度达到最大值，此后随着温度的增加逐渐降低。

2.1.3 原子化温度对吸光度的影响

在石墨炉原子吸收光谱法测定微量元素过程中，原子化温度也是影响测定结果比较明显的因素之一。在固定其他条件下，只改变原子化温度，测定其吸光度，结果如图3。

图3 原子化温度对吸光度的影响

由图3可知，当原子化温度低于1900℃时，吸光度随原子化温度的增加逐渐升高;当原子化温度为1 900℃时，吸光度达到最大值，此后随着温度的增加逐渐降低。

2.2 Box-Behnken试验

根据 Box-Benhnken 试验设计原理［12－13］，在单因素试验基础上，选择磷酸二氢铵的质量浓度、灰化温度、原子化温度为影响因素，以吸光度为响应值，采用三因素三水平的响应曲面法进行试验设计，共15个试验点，其中12个为分析因子(1～12)，3个中心试验点(13～15)，试验因素水平见表4，试验设计与结果见表5。

表4 Box-Benhnken试验因素水平表

2.2.1 模型的建立及其显著性检验

利用Design expert.8.05b统计软件通过逐步回归对表5中试验数据进行回归拟合，得吸光度对以上3个因素的二次多项式回归方程的预测模型:

吸光值 =0.19+4.5×10－3x1－7.125×10－3x2－8.750×10－4x3－4.250×10－3x1x2+1.750×10－3x1x3+2.0×10－3x2x3－5.750 ×10－3x12－0.013 x22－5.0×10－3 x32对该模型进行方差分析，结果见表6。

表5 Box-Benhnken试验设计与结果

表6 响应曲面二次回归方程模型方差分析结果

由表6可知，该模型具有高度的显著性(P＜0.01)，失拟项不显著(P=0.060 9 ＞0.05)，R2Adj=0.907 9和Adeq.Precision(信噪比)为10.296远大于4，可知回归方程拟合度和可信度均很高，试验误差较小，故可用此模型对微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定蛋白质粉中镉的最佳测定条件进行分析和预测。

2.2.2 响应曲面分析与优化

根据回归方程，作响应曲面图，考察所拟合的响应曲面的形状，分析磷酸二氢铵的质量浓度、灰化温度和原子化温度对吸光度的影响。响应曲面及其等高线如图4～图6，3组图直观地反映了各因素对吸光度的影响。

等高线的形状反映因素之间交互效应的强弱，椭圆形表示两因素交互作用显著，而圆形则与之相反。为了进一步确定最佳测定条件，对所得回归方程求一阶偏导，并令其为0，得优化后的最佳测定条件为:磷酸二氢铵的质量浓度为3.51 mg/mL、灰化温度为564℃、原子化温度为1 893℃，此时理论预测吸光度为0.194。

图4 磷酸二氢铵的质量浓度和灰化温度对吸光度影响的响应面和等高线

图5 磷酸二氢铵的质量浓度和原子化温度对吸光度影响的响应面和等高线

图6 灰化温度和原子化温度对吸光度影响的响应面和等高线

2.2.3 验证试验

为了检验Box-Behnken试验设计所得结果的可靠性，在2.2.2优化出的最佳测定条件下测定6次，实际测得的平均吸光度为0.196，相对标准偏差为1.71%，与理论预测值相比，其相对误差为1.03%。表明基于Box-Behnken试验设计所得的最佳测定条件准确可靠，具有实用价值。

2.3 标准工作曲线和检出限

按最佳测定条件，测定镉标准系列溶液的吸光度，以质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标绘制标准工作曲线，得线性回归方程见表7。对空白溶液进行连续12次测定，计算标准偏差(σ)，再根据标准工作曲线的斜率(b)，由3σ/b计算出检出限［14］见表7。

表7 标准工作曲线和检出限

由表7可知，在确定的质量浓度范围内，镉的质量浓度与吸光度呈现良好的线性关系，仪器的检出限为0.21 ng/mL，满足测定蛋白质粉中镉的要求。

2.4 样品测定和精密度

按1.3.4方法平行配制6个样品溶液，在最佳测定条件下测定，结果见表8。

表8 蛋白质粉中镉含量

由表8可知，蛋白质粉中镉含量为0.238μg/g，本法的精密度(RSD)=2.77%，表明用本法测定蛋白质粉中镉，结果有较好的稳定性，满足测定蛋白质粉中镉的要求。

2.5 加标回收率实验

表9 加标回收率测定［15］

由表9可知，加标回收率在97.6% ～102.8%之间，平均值为99.5%，相对标准偏差为2.82%，表明用本法测定蛋白质粉中镉，准确可靠。

3 结论

在单因素试验的基础上，根据Box-Behnken试验设计原理，利用响应曲面法优化蛋白质粉中镉的测定条件。优化后得到最佳测定条件为:磷酸二氢铵的质量浓度为3.51 mg/mL、灰化温度为564℃、原子化温度为1 893℃。在此条件下，测定蛋白质粉中镉的含量为0.238μg/g，精密度为2.77%，检出限为0.21ng/mL，加标平均回收率为99.5%，相对标准偏差为2.82%。

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Determination of Cadmium in Protein Powder by Microwave Digestion-GFAAS

Liu Quan-de，Liu En-qi，Chen Shang-long，Zheng Yi，Wang Feng，Huang Xiao-dong
(College of Food Engineering，Xuzhou Institute of Technology，Xuzhou 221008，China)

An effective method was developed for determination of cadmium in protein powder by microwave digestion －GFAAS with matrix modifier．The effects of NH4H2PO4mass concentration in tested sample，ashing temperature and atomizing temperature on absorption was discussed．The optimal determination conditions were found by response surface methodology as follows:NH4H2PO4mass concentration 3．51 mg/mL;ashing temperature 564℃;and atomizing temperature 1 893℃．Under the above conditions，the content of cadmium in protein powder was 0．238 μg/g，the precision relative standard deviation was 2．77%，the detection limit was 0．21 ng/mL，and the average recovery of cadmium in protein powder was 99．5%with a relative standard deviation of 2．82%．

microwave digestion，matrix modifier，graphite flame atomic absorption spectrophotometry，protein powder，cadmium

学士，副教授。

*江苏省高校自然科学基金项目(10KJD550004)

2011－06－20，改回日期:2011－09－01