氢化物发生-原子荧光光谱法测定大蒜中的硒含量

2020-03-02崔宏党进进张加玲

中国调味品 2020年2期

崔宏，党进进，张加玲

(山西医科大学公共卫生学院，太原 030001)

大蒜作为一种调味品，被人们广泛使用，其不仅含有多种营养成分，还具有较强的防癌和抗癌作用，这与大蒜中的硒(Se)含量较高有关[1-3]。硒是人体必需的微量元素，有研究表明[4,5]硒缺乏与克山病、大骨节病等有关；当硒过量时，可能会发生硒中毒，并且可能出现头晕、头痛、虚弱、恶心、呕吐、腹泻和大蒜汗臭味等症状[6]，因此，测定大蒜中的硒含量很有意义。

硒的测定方法有很多，如紫外可见分光光度法、原子荧光光谱法、原子吸收光谱法、原子发射光谱法等[7-11]。氢化物发生-原子荧光光谱法测定硒具有灵敏度高、精密度好、线性范围宽等优点[12,13]，因此，本实验旨在通过氢化物发生-原子荧光光谱法测定大蒜中硒的含量，并使用正交设计优化仪器条件，为研究大蒜中的硒营养作用提供基础。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

硼氢化钾(KBH4)：天津市恒兴试剂有限公司；氢氧化钠(NaOH)：成都市科龙化工试剂厂；二氧化硒：国药集团化学试剂有限公司；硒酸钠、亚硒酸钠：均为分析纯，山东西亚化学工业有限公司；硝酸：天津市天力化学试剂有限公司；高氯酸：天津政成化学制品有限公司；盐酸：为优级纯；实验用水：为超纯水(18.25 MΩ·cm)。

1.2 仪器与设备

AFS-9700全自动注射式氢化物发生-原子荧光光度计北京海光仪器有限公司；硒空心阴极灯北京有色金属研究总院；ME104E/02电子天平梅特勒-托利多仪器(上海)有限公司；DigiBlock EHD36消解仪北京莱伯泰科仪器股份有限公司；Smart-P系列超纯水系统上海康雷分析仪器有限公司。所有玻璃器皿在20%(20∶80)硝酸中浸泡超过24 h，用超纯水冲洗干净备用。

1.3 实验方法

1.3.1 硒标准溶液的配制

准确称取0.3513 g SeO2(相当于0.2500 g Se)溶解于250 mL容量瓶中，用5%盐酸溶液(5∶95)定容，得到Se标准储备液，浓度为1 mg/mL；继续采用5%盐酸溶液稀释，得到Se标准中间液；采用25%盐酸稀释得标准应用液，浓度分别为1，2，4，5，8，10，15，20 μg/L。

1.3.2 硒酸钠(Se6+)、亚硒酸钠(Se4+)溶液的配制

分别称取0.2189 g亚硒酸钠、02407 g硒酸钠，溶解于100 mL容量瓶中，含硒(以Se6+、Se4+计)浓度1 g/L，分别稀释得100 μg/L硒酸钠(Se6+)和亚硒酸钠(Se4+)使用液。

1.3.3 样品处理

采用湿法消化处理样品，将大蒜去皮并切碎，称取2.000 g于消解管中，加入10 mL混酸(硝酸∶高氯酸为9∶1)，浸泡过夜，置于电热消解仪装置上，根据设定的温度和时间(见表1)消化，同时，做混酸消解空白。当溶液变成澄清无色并伴有白烟时，继续加热至体积1～2 mL左右，加入2 mL水，再继续加热至1～2 mL，冷却至室温。再加入5 mL 6 mol/L 盐酸，将混合溶液在沸水浴中加热20 min进行还原，然后用水定容至10 mL比色管中测定，同时配制样品空白。

表1 消解仪温度程序Table 1 Digester temperature program

2 结果与分析

2.1 仪器条件的选择

使用正交试验设计选择仪器条件，分别定义A: 负高压(260，270，280 V)、B: 灯电流(60，70，80 mA)、C: 载气流量(300，400，500 mL/min)、D:屏蔽气流量(800，900，100 mL/min)，建立4 因素3水平的L9(34) 正交试验设计表。使用10 μg/L Se标准溶液，根据试验设计进行 9 组试验，结果见表2。

表2 L9 (34)正交表试验方案、测定结果和基本计算Table 2 Scheme, determination results and basic calculation of L9 (34) orthogonal test

注：k1、k2、k3为同一水平相对荧光强度值总和/实验次数(3次)；R 表示极差，为每列k1、k2、k3数据中最大值与最小值之差。

由表2可知，第9组为较优条件。通过R值可得出影响 Se荧光强度测定结果的因素由大到小排列顺序为：负高压>灯电流>载气流量>屏蔽气流量。

根据表2的试验结果，绘制出荧光强度随负高压(A)、灯电流(B)、载气流量(C)、屏蔽气流量(D)变化的趋势图，见图1。

图1 仪器条件对硒荧光强度的影响Fig.1 Effect of instrument conditions on fluorescence intensity of selenium

注：A为负高压；B为灯电流；C为载气流量；D为屏蔽气流量。

由图1可知，负高压(280 V)、灯电流(80 mA)、载气流量(300 mL/min)、屏蔽气流量(800 mL/min)，即A3B3C1D1为测定Se的较优条件。

在正交试验表2中9组试验中未列出A3B3C1D1实验条件，因此，比较和测定A3B3C1D1组与表2中第9组。最终选出仪器最优条件：负高压(280 V)、灯电流(80 mA)、载气流量(300 mL/min)、屏蔽气流量(800 mL/min)，同时考虑到灯电流过大会缩短灯的寿命，故将灯电流调整为70 mA。仪器工作参数结果见表3。

表3 仪器工作参数Table 3 Instrument operating parameters

2.2 试剂条件的选择

2.2.1 介质盐酸浓度的选择

用10 μg/L Se标准溶液测定，分别考察了2.5%～20%盐酸稀释Se标准溶液对荧光强度的影响，结果见图2。

图2 介质盐酸浓度对荧光强度的影响Fig.2 Effect of hydrochloric acid concentration in medium on fluorescence intensity

由图2可知，当盐酸浓度大于5%时，荧光强度大且基本保持稳定，但因在样品进行消解后还原过程中，加入5 mL 6 mol/L的盐酸，定容至10 mL，其酸性介质浓度相当于25%盐酸，因此实验选用25%盐酸作为酸性介质。

2.2.2 载流盐酸浓度的选择

用10 μg/L Se标准溶液进行测定，分别考察了2.5%～12.5%盐酸作为载流对荧光强度的影响，结果见图3。

图3 载流盐酸浓度对荧光强度的影响Fig.3 Effect of current-carrying hydrochloric acid concentration on fluorescence intensity

由图3可知，当盐酸浓度大于5%时，荧光强度大且稳定，故选择5%盐酸作为载流。

2.2.3 硼氢化钾浓度的选择

采用20 μg/L Se标准溶液进行测定，分别考察了5.5～16.5 g/L KBH4作为还原剂对荧光强度的影响，结果见图4。

图4 硼氢化钾浓度对荧光强度的影响Fig.4 Effect of potassium borohydride concentration on fluorescence intensity

由图4可知，当KBH4浓度大于10 g/L时，信号强度有所下降，这可能是由于高浓度KBH4产生大量的氢气，稀释了待测元素氢化物，故实验选用10 g/L KBH4溶液。

2.2.4 氢氧化钠浓度对荧光强度的影响

为了保证还原剂KBH4的稳定性，需在配制KBH4溶液时加入NaOH，但NaOH的浓度应严格把控，若加入过多会与盐酸中和，从而降低反应体系的酸度以致于影响测定结果。因此，分别对NaOH浓度为2.1～6.3 g/L进行实验，以10 μg/L Se标准溶液进行测定，考察其对荧光强度的影响，结果见图5。

图5 氢氧化钠浓度对荧光强度的影响Fig.5 Effect of sodium hydroxide concentration on fluorescence intensity

由图5可知，荧光强度先上升后下降，在5 g/L时达到最大，故实验选用NaOH的浓度为5 g/L。

2.3 Se6+还原程度实验

由于样品溶液经消解处理后，其中可能含有的Se6+很难被KBH4还原，故需在测定前将Se6+还原为Se4+。分别取2 mL 100 μg/L硒酸钠(Se6+)和亚硒酸钠(Se4+)使用液，分别加入5 mL 6 mol/L盐酸，进行沸水浴加热还原，定容至10 mL测定。研究了加热时间对Se6+还原效果的影响，结果见图6。

图6 还原反应时间对荧光强度的影响Fig.6 Effect of reduction reaction time on fluorescence intensity

实验结果表明，在沸水浴中用5 mL 6 mol/L 盐酸溶液还原Se6+，反应大约15～30 min时，Se6+可全部定量转化为Se4+，且Se4+在该条件下不会发生浓度变化，故实验选择在沸水浴中加入5 mL 6 mol/L盐酸，并加热20 min进行还原。将该还原条件应用到样品大蒜消解后还原过程中。