微波消解-原子吸收光谱法测定山西老陈醋中微量元素

赵欣，杨庆文，韩建欣，杨宇霞，李慧，彭晓光*

（1.山西省生物研究所，山西太原030006；2.山西农业大学农学院，山西太谷030801）

微波消解-原子吸收光谱法测定山西老陈醋中微量元素

赵欣1，2，杨庆文1，韩建欣1，杨宇霞1，李慧1，彭晓光1*

（1.山西省生物研究所，山西太原030006；2.山西农业大学农学院，山西太谷030801）

以山西老陈醋为原料，微波消解法处理样品，采用原子吸收光谱法对Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素含量进行测定。通过混酸体系、混酸体积比、样液与消解液体积比和消解时间单因素试验，利用正交试验确定微波消解处理样品的最佳条件。结果表明，在以HNO3-H2O2为消解试剂的混酸体系中，Zn、Fe、K、Ca四种微量元素最佳消解条件为混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为20 min；微量元素Mg最佳消解条件为混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为25 min，在此条件下，测得样品回收率在95.0%～106.0%，精密度试验结果相对标准偏差为0.42%～1.13%。优化后的微波消解法具有反应快、消解彻底、精密度好、准确度高等特点，为进一步研究和分析山西老陈醋的营养价值提供参考。

山西老陈醋；微量元素；微波消解；原子吸收光谱法

山西老陈醋是我国四大名醋之一，且位列四大名醋之首，素有“天下第一醋”的盛誉，具有悠久历史及独特地方特色，几百年来凭“选料上乘、工艺独特、品质优良、营养丰富、色香味俱佳”而著称[1]。现代科学研究证明，微量元素在人体中起着极其重要的作用，山西老陈醋中含有许多对人体有益的微量元素，能够促进钙、镁、锌、钾及微生物的代谢。因此，准确测定山西老陈醋中微量元素的含量具有重要意义。近年来，国内对食醋中微量元素测定已有了比较成熟的分析检测方法[2]，主要有原子吸收法（atomic absorption spectrophotometry，AAS）[3]、电感耦合等离子体-原子发射光谱法（inductively coupled plasma-atomic emission spectrom etry，ICP-AES）[4]、原子荧光光谱法（atomic fluorescence spectrometry，AFS）[5]、电位溶出分析法[6]和电感耦合等离子体-质谱法（inductively coupled plasma-mass spectrometry，ICP-MS）[7]。除分析检测方法外，样品处理也是检测分析的重要方面[8]，直接影响分析结果的准确度、精密度及检出限的确定。国家标准中规定的样品前处理方法大多采用普通高压消解法、湿法消化法和干式灰化法[9]。但这些方法易造成被测成分的损失，且试剂用量大，空白值高，产生酸雾多且费时[10]，微波消解通过对样品密闭增压，使样品在高温高压下与酸更有效的接触[11]，不仅加快了反应速率，而且消解完全、彻底，同时由于试剂用量少，减少了污染，降低了空白值[12]，因此越来越多的被应用于检测分析领域[13]。

本研究利用微波消解法处理醋样，通过正交试验确定最佳消解方案，并利用原子吸收光谱法测定山西老陈醋中Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素的含量，以期为进一步研究和开发山西老陈醋营养成分提供科学的检测手段和参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

山西老陈醋：山西老陈醋集团有限公司；东湖、水塔、紫林、宁化府4个品牌的山西老陈醋：市售；硝酸、过氧化氢、盐酸、硫酸（均为优级纯）：天津市光复科技发展有限公司；Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素的系列标准溶液：环境保护部标准样品研究所；实验用水为超纯水。

标准溶液的配制：Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素的系列标准溶液均由质量浓度为500 mg/L的标准储备液，分别用质量分数为5‰硝酸溶液稀释而成的。

镧溶液（50 g/L）的配制：称取29.32 g氧化镧，用25 mL去离子水湿润后，缓慢添加125 mL盐酸使氧化镧溶解后，用去离子水稀释至500 mL。

1.2 仪器与设备

AA-800型原子吸收光谱仪：美国PerkinElmer公司；ECH-1型电子控温加热板：上海顿克仪器科技有限公司；MilestoneETHOS微波消解仪：北京莱伯泰科仪器股份有限公司；NW150V超纯水系统：上海康雷分析仪器有限公司。

1.3 方法

1.3.1 样品处理

微波消解：取2 mL待测样品于消解罐内筒，加入一定量的硝酸和过氧化氢，将消解罐置于微波消解仪中，按表1中设定好的程序进行微波消解，同时做空白对照。消解完毕后，赶酸，将消解罐内液体转移至容量瓶用5‰硝酸溶液定容至25mL容量瓶中。其中锌、铁待测液：将上述消解液直接上机测定；钙待测液：从25 mL消解液中准确吸取5 mL定容至100 mL容量瓶中，加2.0 mL 50 g/L镧溶液，用5‰硝酸溶液定容至25 mL，同样方法处理空白溶液；镁待测液：从25 mL消解液中准确吸取5 mL定容至25 mL容量瓶中，加0.5 mL 50 g/L镧溶液，用5‰硝酸溶液定容至25 mL，同样方法处理空白溶液；钾待测液：从25 mL消解液中准确吸取5 mL至50 mL容量瓶中，用5‰硝酸溶液定容，同样方法处理空白溶液。

表1 微波消解程序Table 1 Program of microwave digestion

1.3.2 仪器工作条件

用原子吸收光谱仪测定Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素，仪器工作条件见表2。

表2 原子吸收光谱仪工作参数Table 2 Working parameters of atomic absorption spectrometry

1.3.3 标准曲线的绘制

Zn、Fe、K、Ca、Mg系列标准溶液质量浓度分别为：Zn质量浓度为0、0.5 μg/mL、1.0 μg/mL、1.5 μg/mL、2.0 μg/mL、2.5μg/mL；Fe质量浓度为0、2.0μg/mL、4.0μg/mL、6.0μg/mL、8.0μg/mL、10.0μg/mL；K质量浓度为0、1.0μg/mL、2.0μg/mL、3.0μg/mL、4.0μg/mL、5.0μg/mL；Ca质量浓度为2.0μg/mL、5.0μg/mL、10.0μg/mL、15.0μg/mL、20.0μg/mL；Mg质量浓度为0、0.5 μg/mL、1.0 μg/mL、2.0 μg/mL、3.0 μg/mL、4.0 μg/mL、5.0 μg/mL。

1.3.4 微波消解条件的确定

分别以HNO3及混酸体系（HNO3-H2O2、HNO3-H2SO4）、混酸体积比（3∶1、5∶1、7∶1、9∶1、11∶1）、样液体积比（样品与消解溶液体积的比例）（1∶2、1∶3、1∶4、1∶5、1∶6）、消解时间（10 min、15 min、20 min、25 min、30 min）进行单因素试验，分析对Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素微波消解的影响。

在单因素试验结果的基础上，以混酸体积比（A）、样液体积比（B）、消解时间（C）为影响因素，以吸光度值（Y）为考察指标，采用L9（33）正交设计，确定各微量元素最佳微波消解条件。正交试验因素与水平见表3。

表3 微波消解条件优化正交试验因素与水平Table 3 Factors and levels of orthogonal experiments for microwave digestion conditions optimization

2 结果与分析

2.1 各微量元素标准曲线

利用原子吸收光谱仪分别测定各质量浓度微量元素的吸光度值，以吸光度值（y）为横坐标，质量浓度（x）为横坐标，绘制标准曲线，结果见表4。

由表4可知，测定的5种微量元素的相关系数R均在0.999以上，线性良好，表明该方法能够满足这5种微量元素的检测分析要求。

表4 5种微量元素的线性回归方程和相关系数Table 4 Linear regression equation and relative coefficients of 5 kinds of trace elements

2.2 微波消解条件的确定

2.2.1 各微量元素混酸体系的确定

考察HNO3、HNO3-H2O2、HNO3-H2SO4三种消解体系对5种微量元素微波消解吸光度值的影响，结果见表5。

表5 不同混酸体系对5种微量元素吸光度值的影响Table 5 Effect of different mixed acid system on absorbance value of 5 kinds of trace elements

由表5可知，与HNO3直接消解相比，5种微量元素在HNO3-H2O2混酸体系中消解液吸光度值最高，在HNO3-H2SO4混酸体系中吸光度值最低。硝酸不仅能分解样品基体，同待测金属离子形成可溶盐，还具有强氧化性，能在微波能量激发下使有机质消解更完全[14]，过氧化氢的氧化性也较强，且在消解完成后易分解除去，同时反应较为温和，能够避免使用高氯酸而引起爆炸的危险，但直接利用硝酸消解样品，可能由于硝酸体积过大，消解完毕后剩余酸较多，不易分解除去，从而影响或干扰各微量元素的测定。而HNO3-H2SO4混酸体系中硫酸根与其中某些金属离子易形成微溶性盐[15]，因此各微量元素吸光度值较其他两种混酸体系较低。故选用HNO3-H2O2混酸体系作为微波消解试剂。

2.2.2 各微量元素混酸体积比的确定

考察混酸体积比对5种微量元素微波消解吸光度值的影响，结果见图1。

由图1可知，随着混酸体积比的增加，5种微量元素微波消解吸光度值呈逐渐上升趋势，当硝酸与过氧化氢体积比为7∶1时，测得的吸光度值最高，说明此时消解效果最好，随着硝酸体积增大，吸光度值又逐渐开始下降，这可能是由于硝酸体积过大，导致消解完后剩余酸较多，从而影响各微量元素的测定，吸光度值降低。因此，选择HNO3-H2O2混酸体积比7∶1为宜。

图1 不同混酸体积比对各微量元素吸光度值的影响Fig.1 Effect of mixed acid volume ratio on absorbance value of 5 kinds of trace elements

2.2.3 各微量元素样液与消解液体积比的确定

考察样液体积比对5种微量元素微波消解吸光度值的影响，结果见图2。

图2 不同样液体积比对各微量元素吸光度值的影响Fig.2 Effect of simple-digestion liquid volume ratio on absorbance value of 5 kinds of trace elements

由图2可知，在其他影响因素固定不变时，随着样液体积比的增加，5种微量元素微波消解吸光度值呈逐渐上升趋势，当样品与混酸消解液体积比为1∶4时，测得的吸光度值最高，说明此时消解效果最好。随着样液比升高，吸光度值不再有明显变化。因此，选择样液与消解液体积比1∶4为宜。

2.2.4 各微量元素消解时间的确定

考察消解时间对5种微量元素微波消解吸光度值的影响，结果见图3。

图3 不同消解时间对各微量元素吸光度值的影响Fig.3 Effect of digestion time on absorbance value of 5 kinds of trace elements

由图3可知，随着微波消解时间的延长，5种微量元素吸光度值逐渐升高，当微波消解时间为20 min时，消解效果最佳。随着消解时间的增加，吸光度值又呈逐渐下降趋势。微波消解过程中，消解时间过长或过短都会对测定结果造成影响。若时间过长会使罐内压力过大，造成安全装置自动放气、减压，从而使微量元素损失；若时间过短，则会使样品消化不彻底[16]。故确定20 min为最佳微波消解时间。

2.2.5 微波消解条件优化正交试验结果

表6 5种微量元素微波消解条件优化正交试验结果与分析Table 6 Results of orthogonal experimental of trace elements

由表6正交试验结果直观分析可得，各微量元素中Zn的试验因素主次顺序为：样液体积比（B）＞混酸体积比（A）＞消解时间（C），A2B2C2为最佳组合；Fe的试验因素主次顺序为：混酸体积比（A）＞消解时间（C）＞样液与消解液体积比（B），A2B2C2为最佳组合；K的试验因素主次顺序为：样液与消解液体积比（B）＞混酸体积比（A）＞消解时间（C），A2B2C2为最佳组合；Ca的试验因素主次顺序为：消解时间（C）＞样液与消解液体积比（B）＞混酸体积比（A），A2B2C2为最佳组合，即Zn、Fe、K、Ca四种微量元素在HNO3-H2O2混酸体系中，混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为20 min时，消解效果最佳；Mg的试验因素主次顺序为：混酸体积比（A）＞样液与消解液体积比（B）=消解时间（C），A2B2C3为最佳组合，即在HNO3-H2O2混酸体系中，混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为25 min时，消解效果最佳。

2.3 方法验证

2.3.1 回收率试验

以样品加标回收率验证方法的准确性。精确量取同一品牌山西老陈醋醋样6份，置于微波消解仪中，在最佳条件下消解处理后，分别加入各元素标准溶液，测定各元素吸光度值，计算各微量元素的质量浓度及其回收率，结果见表7。

表7 5种微量元素回收率试验测定结果Table 7 Results of recovery rate experiments of 5 kinds of trace elements

由表7可知，微波消解法所得的回收率在95.0%～106.0%，说明此方法具有较好的准确度。

2.3.2 精密度试验

精确量取同一品牌的山西老陈醋醋样6份，置于微波消解仪中，在最佳条件下进行消解处理，测定吸光度值，计算各微量元素的质量浓度及其相对标准偏差（relative standard deviation，RSD），结果见表8。

表8 精密度试验结果Table 8 Precision test results of this method

由表8可知，微波消解法所测定的5种微量元素的RSD值在0.42%～1.13%，说明此方法具有较好的精密度。

2.3.3 样品测定

取东湖、水塔、紫林、宁化府4个品牌的市售产品在选择的仪器工作条件下，以最佳消解条件进行消解，利用原子吸收光谱仪测定各元素含量。

表9 不同山西老陈醋5种微量元素测定结果比较Table 9 Results comparison of 5 kinds of trace elements in different Shanxi aged vinegar

由表9可知，对东湖、水塔、紫林、宁化府4个不同品牌的市售山西老陈醋中5种微量元素的测定结果进行比较，东湖山西老陈醋5种微量元素高，可能与陈酿时间、工艺参数等生产条件有关。

3 结论

本研究以山西老陈醋为原料，采用微波消解法处理样品，利用原子吸收光谱法测定山西老陈醋中Zn、Fe、K、Ca、Mg 5种微量元素的含量。通过正交试验对微波消解处理样品条件进行优化，确定在以HNO3-H2O2混酸体系为消解试剂中，Zn、Fe、K、Ca四种微量元素最佳消解条件为混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为20 min；微量元素Mg最佳消解条件为混酸体积比7∶1，样液与消解液体积比1∶4，消解时间为25min。在此条件下，测得样品中5种微量元素回收率在95.0%～106.0%，精密度试验结果RSD在0.42%～1.13%，因此优化后的微波消解法具有反应快、消解彻底、精密度好、准确度高等特点，适合大规模样品的快速处理，能为进一步分析山西老陈醋营养成分提供可靠的检测手段和方法学依据。

[1]敦李云，倪文杰，杨小兰.熏醅对西老陈醋抗氧化活性的影响[J].中国酿造，2015，34（2）：39-42.

[2]张萍，谢华林.食醋中多种微量元素的快速质谱分析[J].化学试剂，2012，34（9）：819-822.

[3]朱顺.火焰原子吸收光谱法测定白酒中铁、锰的方法比较[J].中国酿造，2016，35（3）：141-144.

[4]张玉玲，王松君，王璞裙，等.微波消解植物灰分与环境上壤中微量元素的ICP-AES方法研究[J].光谱学与光谱分析，2009，29（8）：2240-2243.

[5]魏家红，楚红英.微波消解-原子荧光光谱法测花椒制品中铅和砷[J].中国食品添加剂，2016，（9）：174-177.

[6]赵东江，马松艳.电化学分析法在食品安全检测中的应用[J].绥化学院学报，2016，36（2）：141-143.

[7]杨艳春，黄仲明，张敬东.ICP-MS法测定木醋液中的微量元素[J].微量元素与健康研究，2007，24（6）：45-46.

[8]张东军李文典.FAAS法测定葛根醋中微量元素[J].中国酿造，2008，27（14）：90-92.

[9]食品安全国家标准审评委员会.GB 5413.21—2010婴幼儿配方食品和乳粉中钙、铁、锌、钠、钾、镁、铜、和锰的测定[S].北京：中国标准出版社，2010.

[10]王云，吴婷婷，蒋忠塘.石墨炉原子吸收法直接进样测定食醋中的铅[J].中国卫生检验杂志，2011，21（4）：822-823.

[11]武国华，陈艾亭，李龙.原子吸收光谱法在中草药微量元素及重金属分析中的应用[J].江苏科技大学学报：自然科学版，2012，26（6）：615-623.

[12]张剑，李银保，彭金年，等.原子吸收光谱法对赣南产乌药中六种金属元素的测定[J].湖北农业科学，2010，49（9）：2228-2229.

[13]孙琦，刘鹭，张书文，等.微波消解-火焰原子吸收光谱法测定牛奶中钙含量[J].食品科学，2012，33（14）：162-165.

[14]姜波，姜国斌，刘长建，等.微波消解-AAS法分析银杏叶中金属元素[J].光谱学与光谱分析，2010，30（3）：812-815.

[15]张玉玲，王松君，王璞裙，等.微波消解植物灰分与环境上壤中微量元素的ICP-AES方法研究[J].光谱学与光谱分析，2009，29（8）：2240-2243.

[16]李巧玲，陈则华.微波消解光度法测定奶粉中的磷[J].食品科学，2007，28（6）：302-305.

Determination of trace elements in Shanxi aged vinegar by microwave digestion-atomic absorption spectrometry method

ZHAO Xin1,2,YANG Qingwen1,HAN Jianxin1,YANG Yuxia1,LI Hui1,PENG Xiaoguang1*
(1.Biology Institute of Shanxi,Taiyuan 030006,China;2.College of Agriculture,Shanxi Agriculture University,Taigu 030801,China)

Using the Shanxi aged vinegar as the raw material,the simple was treated by microwave digestion method and the contents of Zn,Fe,K,Ca and Mg were determined by atomic absorption spectrometry method.On the basis of single factor experiments of mixed acid system,mixed acid volume ratio,simple-digestion liquid volume ratio and digestion time,the optimum conditions of microwave digestion were determined.Results showed that with HNO3-H2O2as digestion reagents in mixed acid system,the optimum digestion conditions of four trace elements(Zn,Fe,K,Ca) were mixed acid volume ratio 7∶1,simple-digestion liquid volume ratio 1∶4 and digestion time 20 min;the optimum digestion conditions of trace element(Mg)were mixed acid volume ratio 7∶1,simple-digestion liquid volume ratio 1∶4 and digestion time 25 min.Under the conditions,the recovery rate was 95.0%-106.0%,the relative standard deviation(RSD)of precision tests results was 0.42%-1.13%.After optimization,the microwave digestion method was fast,eliminate digestion,good precision,high accuracy and so on,which provided reference for further research and nutritive value analysis of Shanxi aged vinegar.

Shanxi aged vinegar;trace elements;microwave digestion;atomic absorption spectrometry method

O657.31

0254-5071（2017）03-0165-05

10.11882/j.issn.0254-5071.2017.03.033

2016-12-01

山西科技攻关项目（20150311023-1）

赵欣（1983-），女，助理研究员，博士研究生，研究方向为食品安全检测。

*通讯作者：彭晓光（1967-），男，研究员，本科，研究方向为工业微生物发酵与食品安全检测。