微波消解—火焰原子吸收光谱法测定大米中6种金属元素的含量

黄冬兰，温春艳

（韶关学院 化学与环境工程学院， 广东 韶关 512005）



微波消解
—火焰原子吸收光谱法测定大米中6种金属元素的含量

黄冬兰，温春艳

（韶关学院 化学与环境工程学院， 广东 韶关 512005）

摘要：建立了微波消解-火焰原子吸收光谱法测定大米中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn六种金属元素含量的方法.通过单因素考察及正交试验优化确定了消解试样的最佳条件为：HNO3与H2O2的体积比是3∶2，消解液用量为7.00 mL，消解功率为低火，消解时间为5 min.实验结果表明：大米中含有较丰富的Mg、Ca，而Fe、Mn、Cu、Zn含量较低.方法的相对标准偏差（n=3）介于0.10%～4.5%之间，平均加标回收率在90.0%～110.0%之间.

关键词：微波消解；火焰原子吸收光谱法；大米；金属元素

大米是我国的主要粮食作物，在膳食中所占的比重较大.其具有补中益气、健脾养胃、益精强志、和五脏、通血脉、聪耳明目止烦、止渴、止泻的功效，称誉为“五谷之首”.研究发现，大米不仅含有碳水化合物、蛋白质、脂肪和维生素等多种营养成分，还含有较为丰富的人体必需的金属元素［1］.大米中的金属元素主要来源于土壤环境，因此研究大米中金属元素的含量对研究环境中金属元素的分布有重要意义，且能为水稻育种和栽培提供参考［2］.

目前，消解样品常用的方法有干灰化法［2］、湿消解法［3］、微波消解法［4］等.其中，微波消解法因具有消化效率高、试剂用量少、操作简单安全、无挥发性元素损失、测定结果重现性好及准确度高等优点［5］，现已被广泛用于原子吸收光谱、原子发射光谱和原子荧光光谱等样品的消解研究中［6-11］.本文通过单因素考察及正交试验优化确定了消解大米样品的最佳条件，大米样品经消解后采用火焰原子吸收光谱法测定其中Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、Zn的含量，为大米的进一步开发利用提供参考数据.

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

AA-7000原子吸收分光光度计：日本岛津公司；P70D20P-TF微波炉：广东格兰仕集团有限公司；电热板：江苏金坛市佳美仪器厂；电子天平：梅特勒-托利多仪器上海有限公司；DFT-50中药粉碎机：温岭市林大机械有限公司；超纯水机：砾鼎水处理设备有限公司；聚乙烯消解罐等.

Ca、Mg、Fe、Mn和Cu的标准溶液：北京有色金属研究总院；浓硝酸（GR），过氧化氢（GR）；实验用水为超纯水.

大米：原产于广东省韶关市各地区.

1.2 实验方法

将大米样品用去超纯水洗净，在60～70℃条件下烘干，粉碎机粉碎，于干燥器中保存备用.准确称取1.500 0 g大米样品于聚四氟乙烯消解罐中，加入7.00 mL体积比为3:2的HNO3-H2O2混合液，再摇匀，静置20 min，然后在80℃水浴中加热，至大量NO2气体冒尽，消解液清亮.待溶液冷却后，放入微波炉中消解，过滤，用超纯水定容于25.00 mL比色管中作为待测液，同时备一份空白溶液做对照.

在仪器的最佳工作条件下，测定各标准溶液的吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线.在相同实验条件下，测定样品的吸光度.各元素的测定条件如表1所示.

表1 元素测定条件

2 结果与讨论

2.1 单因素试验

2.1.1 样品处理方法的选择

大米样品处理方法一般采用干灰化法和湿法消解，但存在费时、消耗试剂量大、劳动强度大、易损失等不足.微波消解具有简单、快速、省试剂、不污染环境、劳动强度低等优点.因此，本实验采用微波消解法处理样品.

2.1.2 消解体系的确定

样品经消化后呈无色透明液为消化完全.本实验选择了单纯用浓硝酸，硝酸+高氯酸（V/V：1/1），硝酸+高氯酸（V/V：3/2），硝酸+过氧化氢（V/V：1/1），硝酸+过氧化氢（V/V：3/2）等消解液处理样品并进行测定.结果表明，选用3:2的硝酸-过氧化氢混酸作为消解液可达到良好的消解效果.

2.1.3 消解液用量的确定

以1号样品为例，在固定消解时间为4 min，消解功率为中火时，考察了5.50、6.00、6.50、7.00、7.50 mL不同消解液用量对大米中Ca含量的影响.实验结果表明当消解液用量为6.50 mL时，样品中Ca的溶出率最高，故最佳消解液用量为6.50 mL，见图1.

图1 消解液用量的影响

2.1.4 消解时间的确定

在消解液用量为6.50 mL，消解功率为中火时，考察了3、4、5、6、8和10 min系列消解时间对大米中Ca含量测定结果的影响.实验结果表明，当消解时间低于4 min时大米样品分解不完全，存在部分固体不溶物.而当消解时间为4 min时，Ca的溶出率相对较高，同时出于对能源节省的方面考虑，故最佳消解时间为4 min，见图2.

图2 消解时间的影响

图3 消解功率的影响

2.1.5 消解功率的确定

在消解液用量为6.50 mL，消解时间为4 min时，考察了低火、中火、中高火、高火对大米中Ca含量测定结果的影响.实验结果表明当消解功率为中火时，Ca的溶出率最高，故最佳消解功率为中火，见图3.

2.2 消解条件的正交试验

由于各因子之间的相互影响，故在单因素试验的基础上，以消解液用量、消解功率、消解时间为影响因素，以Ca溶出率为指标，进行正交试验，其因素水平及正交试验结果分别见表2和表3.

表2 正交试验因素水平表

表3 正交试验测定结果

根据表3中R的数值可知，三因素对Ca溶出率的影响依次为：消解功率＞消解液用量＞消解时间，从各水平的总提取率来看，最优组合为B1A3C2，即消解功率为低火，消解液用量为7.00 mL，消解时间为5 min.在此最佳条件下，大米中Ca的含量为119.3 μg·g-1.

2.3 标准曲线和检出限

用各元素的标准储备液配制成实验所需的一系列标准溶液依次进行分析，以吸光度A对质量浓度C （μg·mL-1）进行线性回归；按照表1的工作条件对11次空白溶液进行测定，检出限（LOD）按S/N=3分别估算；结果见表4.

表4 线性方程、相关系数和检出限

2.4 准确度与精密度

为了考察方法的准确性，在已知含量的样品中分别加入一定量Ca、Mg、Fe、Mn、Cu、、Zn的标准溶液测定其回收率及精密度，结果见表5.实验结果表明，加标回收率为90.0%～106.0%，RSD为0.14%～4.5%，说明该方法准确、可靠.

表5 回收率与相对标准偏差 （n=3）

2.5 样品测定结果

按选定的最佳的实验条件，对9个韶关不同产地大米样品中六种金属元素的含量进行测定（每一份样品液平行测定5次），由标准曲线方程计算各样品中金属元素的含量，结果见表6.

从表6的测定的结果可知，大米中含有丰富的Mg 、Ca，而Fe、Mn、Cu、Zn含量较低，这一结论与文献是一致的［12］.对于相同品种的大米，不同地区种植的大米所含的各种微量元素的含量差异较大，这可能与当地的土壤、水质及气候条件等有关，因为农作物在生长过程中会对土壤、灌溉水中的金属元素产生富集.

3 结论

本研究通过单因素考察及正交试验优化确定了消解试样的最佳条件为：HNO3与H2O2的体积比是3:2，消解液用量为7.00 mL，消解功率为低火，消解时间为5 min.采用火焰原子吸收测定法了韶关不同产地大米中6种金属元素的含量.结果表明，大米中含有较丰富的Ca、Mg，而Fe、Mn、Cu、Zn含量较低.各元素在实验范围内，线性关系良好，加标回收率在90.0%～110.0%，相对标准偏差（n=3）为0.10%～4.5%.不同产地大米中各金属元素的含量存在较大差异，这与植物本身对金属元素有选择性富集、当地的土壤、水质及气候条件等有关.加标回收率实验表明该实验方法简便易行.

表6 大米样品六种金属元素含量测得结果 （n=5，mg·kg-1）

参考文献:

［1］ 王小平， 李柏. ICP-OES和ICP-MS测定中日两国大米中27种矿质元素含量［J］. 光谱学与光谱分析， 2010， 30（8）： 2260-2264.

［2］ 黄冬兰， 陈小康， 徐永群， 等. 溪黄草及其近缘种中微量元素含量的测定与分析［J］. 光散射学报， 2013， 25（1）： 104-108.

［3］ 黄勇， 郭东锋， 骆翔， 等. 寄生植物肉苁蓉及寄主微量元素含量研究［J］. 光谱学与光谱分析， 2011， 31（4）： 1030-1032.

［4］ 张东军， 陈思顺. 微波消解-原子吸收法测定葛粉中8种微量元素［J］. 食品研究与开发， 2009， 30（7）： 128-130.

［5］ 于元松， 张慧， 刘玉华. 家用微波炉消化-石墨炉原子吸收法测定稻谷中铅、镉的含量［J］. 粮食加工， 2012， 37（1）： 82-83.

［6］ 李满秀， 刘晓琴. 微波消解-火焰原子吸收光谱法测定黄芪中八种金属元素的含量［J］. 分析科学学报， 2009， 25（5）： 605-608.

［7］ 孙长霞， 黄广远， 张柏林. 微波消解-原子吸收法测定液态奶中微量元素的含量［J］. 食品研究与开发， 2009， 30（11）： 119-121.

［8］ 刘冬莲， 客绍英， 叶荣， 等. 微波消解-CTAB增敏-HG-ICP-AES法测定中药黄芪中的痕量铅［J］. 光谱学与光谱分析， 2007，27（11）： 2337-2340.

［9］ 徐润生， 毛程鹏， 虞锐鹏， 等. 微波消解ICP-AES法测定不同生长年限白芍的微量元素［J］. 光谱学与光谱分析， 2008， 28（3）： 671-674.

［10］ 刘春涛， 侯海鸽， 杨景林， 等. 微波消解-原子荧光法测定不同种类中药中的痕量汞［J］. 光谱学与光谱分析， 2009， 29（11）： 3144-3146.

［11］ 李萍， 马志峻， 王晓云. 微波消解-原子荧光光谱法测定生活垃圾中砷和汞［J］. 环境卫生工程， 2009， 17（5）： 38-39.

［12］ 丁宝君， 赖亚辉， 卢钢. ICP-OES法测定吉林省部分地区大米中常量元素和微量元素的含量［J］. 北华大学学报， 2009， 10（6）：539-541.

（责任编辑：邵晓军）

中图分类号：O657.3

文献标识码：A

文章编号：1007-5348（2016）02-0027-05

［收稿日期］2015-12-23

［基金项目］韶关市科技计划项目（201009）；韶关学院大学生创新创业训练计划项目（sycxcy2012-098）.

［作者简介］黄冬兰（1983-），女，广东韶关人，韶关学院化学与环境工程学院讲师，硕士；研究方向：光谱分析.

Determination of Six Metal Elements in Rice by Microwave Digestion-Flame Atomic Absorption Spectrometry

HUANG Dong-lan， WEN Chun-yan
（College of Chemistry and Environmental Engineering ， Shaoguan University， Shaoguan 512005，Guangdong， China）

Abstract:The microwave digestion-flame atomic absorption spectrometry method was established for the determination of six metal elements （Ca， Mg， Fe， Mn， Cu， Zn） in rice. The optimal conditions of microwave digestion was found as HNO3:H2O2（V/V）= 3:2， microwave power of low fire， and the digestion time of 4 minutes. The experimental results showed that rice was rich in Mg， Ca， and contained only small amount of Fe， Mn， Cu and Zn. The relative standard deviation of the method was between 0.2% and 3.7%， and the addition standard recovery was in the ranges of 89.3%～100.0%.

Key words:microwave assisted digestion； flame atomic absorption spectrometry； rice； metal elements