不同消解方法测定苦菜中12种无机元素含量的比较

张小敏，王 强，王淑静，王 洁

（宁夏医科大学医学科学技术研究中心，银川 750004）

苦菜，别名山苦菜、苦荬、苦苣菜、小鹅菜等，是药食两用植物。苦菜性寒，可以清热去火、解毒，长期食用有助于排出体内毒素，增强人体解毒系统功能；还含有丰富的氨基酸，可以促进体内抗体的形成，常食，可以增强机体抗病能力；苦菜还有很好的降血压、降血脂、降血糖的功效，可以调节血糖，同时，预防心脑血管疾病的发生。苦菜含有丰富的胡萝卜素、维生素C、多种微量元素等营养成分。越来越多的医学研究[1-5]证明，无机元素尤其是许多微量元素与人体健康关系十分密切，在维持人体正常的新陈代谢、健康发育以及抵御疾病、延缓机体衰老等方面有着非常重要的作用。苦菜中富含各种矿物质，其中Cu、Mg、Mn、Fe和Zn这5种元素的含量明显高于常规普通蔬菜[6]，这也使其在药用、食用方面得到了广泛应用。近年来，苦菜也因其清热解毒、富含矿物质元素而走入蔬菜市场，走上餐桌，成为了大众喜爱的养生蔬菜。

在开展元素测定实验时，依据不同的样品性质需要对样品进行前处理，目前植物类样本常用的消解方法有干法、湿法和微波消解法。乔爱香等[7]采用干法和微波消解法处理多种植物样品，陈伟华等[8]采用压罐密闭加热消解、电炉消解和冷凝管回流3种方法消解油菜花，徐珑珀等[9]采用电热板敞开消解、高压罐密闭加热消解和微波密闭消解3种方法对富硒荞麦的籽粒进行前处理，王传岭等[10]采用干法灰化消解、湿法消解及高温水热消解法完成了沙田柚不同部位元素含量测定，此类研究都表明采用不同的消解方法来处理植物样品，其元素含量会因消解方法的不同而有差别。本文采用干法、湿法和微波消解3种方法预处理，比较3种消解方法对苦菜中12种无机元素含量测定结果的影响，从而进一步探究不同消解方法对植物样品微量元素检测的影响。

1 材料与方法

1.1 实验仪器与材料

样品：苦菜，于2019年6月购置于银川农贸市场。

仪器：美国瓦里安710-ES电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES），上海心仪MASTER 40高通量微波消解仪，上海心仪ECH-20微机控温加热板，洛阳宏达HDX-4-10高温电炉，北京化工研究所AED-自控石墨电热消化器，上海一恒科技DHG-9 140A电热恒温鼓风干燥箱，梅特勒AE100电子分析天平，成都优普UPT-I-40 L超纯水器。

化学试剂：硝酸、高氯酸均为国药市售优级纯；实验中配制试剂所用水均为电阻率18.25 MΩ·cm的超纯水；待测元素混合标准储备液，浓度均为100 mg·L-1，购自上海市计量测试研究院，使用时根据需要进行稀释。

1.2 方法

1.2.1 样品预处理 将购买的苦菜用流动水冲洗干净后，使用超纯水冲洗2～3次，在阴凉处自然风干后，使用粉碎机将样品粉碎后过80目筛，存放于干燥器中备用。

1.2.2 干法消解 称取0.2 g苦菜样品置于瓷坩埚中，加入3～5 mL硝酸，室温静置0.5 h后在电加热板上炭化至无烟冒出，将瓷坩埚移入马弗炉中，温度设定为（550±25）℃，灰化3 h，将坩埚冷却至室温后，继续加入3～5 mL硝酸于电加热板上加热蒸干，于马弗炉中在（550±25）℃温度进一步灰化至无黑色碳颗粒。如果出现有样品灰化不彻底即灰化后仍有黑色碳颗粒现象，可以在瓷坩埚中加入1 mL混合酸（V硝酸∶V高氯酸=4∶1，下同），重复上述操作。消解结束后，用少量硝酸溶解上述灰分，无损失地转移到10 mL容量瓶中，超纯水定容，即得样品储备液，同时做空白对照实验。

1.2.3 湿法消解 称取苦菜样品0.2 g，置于50 mL消解管中，加入10 mL硝酸，放置过夜。利用石墨消解炉加热，采用程序升温方式消解，升温程序为：60℃（60 min）-90℃（60 min）-120℃（120 min）-180℃（120 min）。若硝酸已蒸至较少但样品出现消解不完全情况时，如有少量絮状物或样品残渣，可补加一定量的混合酸液，直至溶液变为无色透明溶液，待赶酸至1～2 mL时，停止消解。将消解管中样品无损失地转移至10 mL上样管中，超纯水定容，即得样品储备液，同时做空白对照实验。

1.2.4 微波消解 称取样品0.2 g，置于洁净的聚四氟乙烯消解内罐中，在消解内罐中加入10 mL硝酸，放置于加热板上加热至150℃进行预消解，至不再有黄烟生成后，冷却至室温，套入消解外套，放入微波消解仪中进行微波消解，依据微波消解条件，消解至溶液呈无色透明液体，待赶酸至1~2 mL时，将样品无损失地转移到10 mL上样管中，超纯水定容，即得样品储备液，同时做空白对照实验。微波消解条件见表1。

表1 微波消解条件

1.3 仪器工作条件及分析谱线

ICP-OES工作条件：射频功率1000 W；泵进样量1.5 mL·min-1；等离子气体流量15 L·min-1；辅助气流量1.5 L·min-1；雾化气压力200 kPa，泵速15 rpm。

分析谱线：各元素分析谱线的选择结果分别为：Cu 324.754 nm、Zn 213.857 nm、Co 238.892 nm、Fe 238.204 nm、Mn 257.610 nm、Se 196.026 nm、K 766.491 nm、Ca 317.933 nm、Na 588.995 nm、Mg 279.553 nm、Pb 220.353 nm、Cd 226.502 nm。

1.4 方法学考察

1.4.1 标准曲线的绘制 精密吸取混合标准储备液，经过逐级稀释配制一系列不同浓度的标准溶液。混合标准液浓度为0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0和20.0μg mL-1。将配制好的标准溶液依次按浓度由低到高上机进行检测，得到各元素标准溶液的吸光度值，利用各元素浓度及对应的吸光度值绘制标准曲线，计算各元素回归方程和相关系数。在选定仪器工作条件下对空白溶液连续进行12次测定，以得到的标准偏差的3倍值作为样品中各元素检出限。

1.4.2 精密度测定 采用不同消解方法对苦菜样品进行消解处理后，进行电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-OES）上机测定，对各样品连续重复测定6次，计算相对标准偏差值（RSD）得到各元素精密度。

1.4.3 加标回收率实验 以0.2 g苦菜样品为基准样品，加入20μg被测元素标准品（K、Ca、Na、Mg加入200μg），经不同消解方法处理后，准 确 定溶至10 mL（K、Ca、Na、Mg测定定溶至100 mL），进行ICP-OES上机测定，计算各元素加标回收率。

2 结果与分析

2.1 各元素线性关系及检出限

按仪器工作条件对待测无机元素标准溶液系列进行测定，各元素的线性回归方程、相关系数和检出限见表2。由表2可知，在选定的浓度范围内，r≥0.9991，表明各元素线性关系良好。检出限为0.000245～0.08544 mg·L-1，说明仪器具有较好的灵敏度。

2.2 精密度

由表2可知，各元素RSD值在0.66%～4.33%，均＜5%，表明仪器具有良好的精密度。

表2 各元素回归方程、相关系数和检出限及相对标准偏差

2.3 加标回收率

由表3可知，3种样品处理方法的回收率之间存在差异，以微波消解法处理苦菜时，各元素加标回收率在81.60%～100.28%，高于干法和湿法处理结果。

表3 加标回收率实验结果（n=6）

2.4 不同消解方法下测定的各元素含量比较

由表4可知，由于对苦菜的预处理方法不同，3种消解方法处理样品后，微波消解法处理苦菜所测得各元素含量高于其他两种消解方法处理后的含量，进一步证明微波消解法优于其他两种消解方法。

表4 不同消解方法下测得元素含量（μg·g-1）

3 讨论

本实验采用干法、湿法和微波消解3种样品预处理方法，结合电感耦合等离子体发射光谱技术，开展了苦菜中多种无机元素含量测定实验，实验结果表明，经不同消解方法处理的植物样品，其金属元素含量有差异，这与之前研究结果一致[11-14]。根据测定结果，苦菜中K、Ca、Mg、Na等元素含量丰富，人体必需元素Cu、Zn、Fe、Mn、Se、Co含量均在适宜范围，对于重金属元素Pb、Cd的测定，湿法消解和微波消解法加标回收率均优于干法消解，在对植物样品重金属元素含量测定时选择这两类方法作为预处理方法较为适宜。

在开展元素含量测定实验过程中，实验结果极易受到环境、试剂等因素的影响，因此，实验过程中要避免外界污染和干扰，如在制样过程中样品的转移、定溶等操作要准确无误，所有玻璃器皿需要经稀硝酸浸泡、超纯水洗涤后使用，所用混酸试剂均为优级纯，在正式实验前进行预实验，通过对空白样、各元素回收率的计算，确定方法的可靠性，保证数据的准确性等。在采用干法消解法处理样本时，采用了550℃高温灼烧，由于温度过高极易造成易挥发元素的损失，如Se、Pb元素等，同时干法消解中用到的坩埚，在高温下通常会对样本中待测元素有一定吸附作用，这也是干法消解各元素回收率测定结果较低的一个主要原因；湿法消解法处理样本时，在酸消解及赶酸时温度通常设置在180℃以下，远远低于干法消解温度，可以减少易挥发元素的损失，同时采用的玻璃器皿对样本待测元素吸附也较小，能够进一步提高各元素回收率，但该方法消化时间较长，且为敞开体系[15]，极易受到环境中元素污染从而影响实验的准确性；微波消解法是在湿法消解的基础上，采用聚四氟乙烯消解罐，利用高温高压方式实现快速消解的一种方法，该方法测定空白值低，同时消解罐材质特殊且消解时间短，较干法消解和湿法消解对样本待测元素吸附影响可忽略，同时由于微波消解过程中密闭性较高，对样本的污染途径也较少，为该方法获得较高回收率奠定了基础。

通过对3种样品处理方法的精密度实验、回收率实验结果比较，用微波法消解样品测得的各元素含量高于干法和湿法这两种消解方法，进一步说明微波消解法可有效地提高测定结果的准确性和精密度，是一种用于植物样品元素含量测定较好的样品处理方法。为苦菜等植物无机元素及营养元素开发和利用奠定基础。