微波消解-连续光源火焰原子吸收光谱法测定中华绒螯蟹腹部和腿部肌肉中8种金属元素

张政权，黄冬梅，杨光昕，韩 峰，田良良，伍 姿

(1.上海海洋大学 食品学院，上海 201306；2.中国水产科学研究院 东海水产研究所 农业部远洋与极地渔业创新重点实验室，上海 200090)

中华绒螯蟹俗称河蟹、大闸蟹，主要分布在亚洲北部和我国的东部沿海省份[1]，中华绒螯蟹肉质鲜嫩，营养丰富，深受国内消费者的喜爱[2]。随着中华绒螯蟹需求量的迅速增加，我国的东南沿海省份开始大规模人工养殖，2017年我国的中华绒螯蟹产量达到了812 103 t[3]，基本上能够满足广大消费者的需求，但优质蟹的数量还远远不足。

目前针对中华绒螯蟹的研究主要集中在其脂肪酸及其风味物质组成方面[3-5]，对其矿物元素方面的研究较少，中华绒螯蟹的风味主要由其体内的醇类、酮类、呋喃类、含氮类和芳香类物质决定[6]，而矿物元素则直接参与中华绒螯蟹体内复杂的生化反应，对中华绒螯蟹的肉质起到重要的调节作用。中华绒螯蟹体内的元素种类较多，根据占其体重的比率不同可分为常量元素和微量元素。蟹肉四大常量元素为钾、钙、钠、镁，其中含量最多的元素是钾和钠，两者在蟹肉干重中质量分数分别为12 580，7 845 mg·kg－1，钾和钠是维持生物体细胞内外渗透压平衡的主要元素，在肌肉组织中广泛存在[7]，在肌肉组织中含量最高；钙是构成生物体骨骼和外壳的主要元素，在肌肉组织中含量相对较少；镁在肌肉组织中的含量仅次于钾、钠、钙，是生物体内第四大金属元素，在细胞内主要参与钾和钠离子的转运，另外还对细胞的增殖和分化有重要的调控作用。铁、锰、锌、铜是生物体内的微量元素，在蟹肉组织中含量较少，但却是生物体维持正常的生命活动必不可少的元素[8]，生物体内微量元素的含量一定程度上反应了生物体的营养健康状况。生物体内这些元素的含量分析可以为其正常的生长发育提供良好的科学指南。

本工作通过微波消解-连续光源火焰原子吸收光谱法测定了中华绒螯蟹的腹部和腿部肌肉中钾、钙、钠、镁、锰、锌、铜、铁等8种金属元素的含量，以期能为中华绒螯蟹养殖条件的优化和品质的鉴定提供技术参考。

1 试验部分

1.1 仪器与试剂

Contr AA-700型原子吸收光谱仪；Milli-Q ELEMENT 型超纯水机；FreeZone 型真空冷冻干燥机；JA5000C型精密电子天平；ETHOS 1型微波消解仪；HP-H35SC型电加热板。

钾、钙、钠、镁、锰、锌、铜、铁元素单标准储备溶液:100 mg·L－1，介质为1%(体积分数，下同)硝酸溶液。

钾、钙、钠、镁、锰、锌、铜、铁元素标准溶液系列:取适量的8种金属元素单标准储备溶液，用1%硝酸溶液配制成0.1，0.2，0.4，0.8，1.0 mg·L－1的钾标准溶液系列、1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mg·L－1的钙标准溶液系列、0.03，0.06，0.1，0.2，0.3 mg·L－1的钠标准溶液系列、0.05，0.1，0.2，0.4，0.5 mg·L－1的镁标准溶液系列、0.3，0.6，1.0，2.0，3.0 mg·L－1的锰标准溶液系列、0.2，0.4，0.8，1.0，1.5 mg·L－1的锌标准溶液系列、0.5，1.0，2.0，3.0，4.0 mg·L－1的铜标准溶液系列、1.0，2.0，4.0，6.0，8.0 mg·L－1的铁标准溶液系列。

钾、钙、钠、镁、锰、锌、铜、铁元素单标准溶液:1.0 g·L－1。

硝酸、过氧化氢为分析纯；试验用水为超纯水。

1.2 仪器工作条件

原子吸收光谱仪工作条件见表1。微波消解条件见表2。

表1 仪器工作条件Tab.1 Instrumental working conditions

表2 微波消解条件Tab.2 Microwave digestion conditions

1.3 试验方法

2018年11月份于兴化养殖塘采集中华绒螯蟹12只，质量为72～149 g，取其腹部及腿部肌肉，用超纯水冲洗后放入－50 ℃冰箱冷冻12 h，随后放入真空冷冻干燥机中干燥24 h，干燥后的样品研磨均匀放入干燥器中保存。称取0.5 g干燥后的样品于消解罐中，加入5 mL硝酸和1 mL过氧化氢后进行酸解并放置过夜，酸解后，将样品放入微波消解仪中，按表2的消解条件进行消解，消解结束后将消解罐放在加热板上赶酸，待消解罐中的液体至澄清透明后取出冷却至室温，加入适量水稀释，用水定容至25 mL(测定钙时，用5 g·L－1硝酸镧溶液稀释定容)，在仪器工作条件下测定。

2 结果与讨论

2.1 消解方法的选择

目前关于食品消解方法的研究很多[9-14]，主要分为干法灰化和湿法消解等2种方式。干法灰化法虽然避免了试剂的使用，但灰化过程中温度较高，有可能造成待测元素的损失，且消解所用坩埚可能造成待测元素的吸附；另外钾、钙、钠、镁等4种常量元素在实验室中无处不在，长时间暴露在开放环境中极可能造成样品污染，从而对这4种元素的测定结果产生影响。综合考虑，试验选择酸消解加以微波密闭辅助加热的方法对样品进行前处理。

消解酸体系主要有高氯酸-硝酸体系、硝酸体系等，硝酸是唯一一种可以单独使用的消解用氧化性酸[15]，硝酸体系在消解含脂肪较少的生物样品时相对比较温和、缓慢、安全。试验所用样品为脂肪含量较少的蟹肉干粉，试验发现，用5 mL 硝酸-1 mL 过氧化氢体系酸解样品并放置过夜，即可达到将样品完全酸解的目的，酸解后的样品几乎完全溶于酸解体系中，其中过氧化氢在酸解过程中起催化作用。消解完成后，金属元素均以易溶于水的硝酸盐形式存在于溶液中，由于消解过程在密闭容器中进行，样品与外界隔绝从而避免了样品被污染，且微波消解只需要提前设置好消解条件即可自行完成消解过程，实现了整个消解过程的自动化[16]。

2.2 仪器工作条件的优化

在选择待测元素吸收波长时，应尽量选择灵敏度最高的谱线，且保证各元素特征谱线之间没有干扰。可通过调节燃烧头的高度来调节光束通过火焰时的温度，对于易电离的元素，光束通过火焰温度较低的位置能一定程度上减弱电离效果；而对于难电离的元素，光束通过火焰温度最高的位置能增强电离效果。

增加光谱带宽可以一定程度上增强仪器的稳定性、提高测定结果的精密度，但如果待测元素谱线附近有其他谱线存在时，则会产生光谱干扰，使测定结果的灵敏度降低，标准曲线线性变差，所以，在保证测试灵敏度的前提下，应选择较宽的光谱通带，仪器工作条件见1.2节。

2.3 仪器干扰的排除

在测定钙元素时，样品溶液中PO43－会与其形成难原子化的化合物，从而影响钙元素的测定，而镧盐可起到释放剂的作用[17]，消除PO43－的干扰。试验考察了不加硝酸镧和添加3个浓度水平的硝酸镧溶液时对样品溶液中钙元素吸光度的影响，结果见图1。

图1 钙元素吸光度随硝酸镧溶液质量浓度的变化Fig.1 Changes of calcium absorbance with mass concentrations of lanthanum nitrate solution

由图1可以看出:当硝酸镧溶液的质量浓度为5 g·L－1时，钙元素的吸光度最高；增加或降低硝酸镧溶液的质量浓度，吸光度均呈下降趋势，这与文献[18]结果一致。试验选择5 g·L－1的硝酸镧溶液稀释样品溶液。

在测定钾、钠时容易发生电离效应，一般选择在样品溶液中加入铯盐抑制其电离。试验考察了5 g·L－1氯化铯和不加氯化铯对样品溶液中钾、钠吸光度的影响，结果发现，两种情况下钾、钠吸光度几乎没有差异，推断原因主要有2种:①铯是通过自身的电离抑制钾、钠的电离，而试验样品中元素种类复杂，在一定程度上能抑制钾、钠的电离；②试验样品中的钾、钠元素含量很高，发生电离的元素只占其中很少一部分，对测定结果的影响可以忽略不计。

2.4 标准曲线

由于试验测定的8种金属元素在样品中的含量差别较大，要使原子吸收光谱仪能够同时测定这8种元素，除了需要对样品定容体积进行调整，还需要对各元素的标准曲线的线性范围进行优化，使样品和标准曲线的吸光度都位于原子吸收光谱仪的线性范围内，各元素标准曲线的线性范围、线性回归方程和相关系数见表3。

表3 线性参数Tab.3 Linearity parameters

2.5 检出限

按照试剂空白吸光度的3倍标准偏差比标准曲线斜率计算检出限，钾、钙、钠、镁、锰、锌、铁、铜的检出限(3s/k)分别为118，18.5，101.4，89.0，0.06，0.68，0.44，0.096 mg·kg－1，均低于国家标准GB/T 13885－2017《饲料中钙、铜、铁、镁、锰、钾、钠和锌含量的测定 原子吸收光谱法》的规定。

2.6 精密度和回收试验

在向空白样品中添加已知含量的标准溶液进行加标回收试验，每种元素设置3个加标平行样，每个加标平行样重复测试3次，计算回收率和测定值的相对标准偏差(RSD)，结果见表4。

表4 精密度和回收试验结果(n＝9)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝9)

由表4 可知:8 种金属元素的回收率为96.0%～107%，满足实验室检测要求。RSD 为1.1%～5.4%，说明该方法的精密度较高，测量结果稳定，单次测定结果真实可靠。

2.7 样品分析

按照试验方法对样品进行测定，钾、钙、钠、镁、锌、锰、铜、铁的质量分数分别为12 580，2 196，7 845，1 536，190，10.42，87.0，31.25 mg·kg－1。

本工作采用微波消解-连续光源火焰原子吸收光谱法测定了中华绒螯蟹腹部和腿部肌肉中的钾、钙、钠、镁、锌、锰、铜、铁等8种金属元素含量，该方法的准确度高，回收率好，且该方法的前处理过程简单，原子吸收光谱采用的连续光源可同时测定多种元素；相较于传统的单元素灯省去了换灯步骤，节省了测定时间，并且比传统的原子吸收光谱仪的灵敏度高，检出限低；比电感耦合等离子体质谱仪测量成本更低，是一种非常经济高效且可以多元素同时测定的方法。