微波消解ICP-AES测定7种冻干水果中13种微量元素

冯颖俊 杨理

摘要 [目的]建立微波消解结合电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定冻干水果中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13种微量元素含量的分析方法。[方法]利用微波消解法处理样品，样品中的微量元素在消解过程中稳定存在，通过ICP-AES同时测定样品中13种微量元素含量。[结果]各待测微量标准溶液质量浓度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的线性关系，决定系数（R2）在0.998 482～0.999 954，检出限为0.000 6～0.364 1 μg/mL，添加回收率在96.85%～101.28%，相对标准偏差（RSD）在0.2%～49%。[结论]该方法适用于冻干水果中微量元素的测定，可依据微量元素含量判断其矿物质营养价值，对样品进行微量元素风险监控。

关键词 微波消解;电感耦合等离子体原子发射光谱;冻干水果;微量元素;含量测定

中图分类号 TS255.7  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2022）07-0181-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.07.042

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Determination of 13 Trace Elements in 7 Kinds of Freeze-dried Fruits by Microwave Digestion with ICP-AES

FENG Ying-jun1， YANG Li2

（1.Henan Geology Mineral College， Zhengzhou，Henan 450007; 2. Henan Institute of Science and Technology， Xinxiang，Henan 453003）

Abstract [Objective] To establish a method for simultaneous determination of As， Ca， Cd， Cr， Cu， Fe， K， Mg， Mn， Na， Ni， Pb and Zn in freeze-dried fruits by microwave digestion and inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES）. [Method]Microwave digestion method was used to treat the sample， and the trace elements in the sample were stable in the digestion process. The contents of 13 trace elements in the samples were simultaneously determined by ICP-AES.[Result]The mass concentration of each trace standard solution showed a good linear relationship in the range of 0.01-8.00 μg/mL， the determination coefficient （R2） was 0.998 482-0.999 954， the detection limit was 0.000 6-0.364 1 μg/mL， the recovery was 96.85%-101.28%， and the relative standard deviation（RSD） was 0.2%-49%.[Conclusion] This method is suitable for the determination of trace elements in freeze-dried fruits. The nutritional value of minerals can be judged according to the content of trace elements， and the risk of trace elements can be monitored for the samples.

Key words Microwave digestion;Inductively coupled plasma atomic emission spectrometry （ICP-AES）;Freeze-dried fruits;Trace elements;Content determination

随着社会的发展，人们的生活质量逐步提高，越来越重视饮食健康，对水果的需求越来越高。多数新鮮水果水分占85%～90%，富含维生素、钾、镁和膳食纤维。增加摄入水果，可降低心血管疾病发病及死亡风险，降低消化道肿瘤的发病风险。受时空因素和储存条件的限制，许多盛产水果的地区都将新鲜水果制成水果干，加工技术主要有真空冷冻干燥、真空微波干燥、热风干燥和自然晾干或晒干。水果的真空冷冻干燥是将新鲜水果在低温（-50～-10 ℃）下冻结成固态，再在真空（1.3～13.0 Pa）下使其中的水分不经液态直接升华成气态，脱除水分，保留大部分营养物质。冻干水果体积小、重量轻、方便携带保存，富含果酸、氨基酸、维生素、膳食纤维，钾、镁、铁、锌等多种矿物质，花青素类抗氧化物质等，可改善贫血、滋润皮肤、保护消化道、降低胆固醇、促进血液循环、预防疾病和肿瘤[1-4]。

冻干水果成分复杂，分析其中金属元素时，受机体干扰严重，选择合适的样品预处理方法和测定方法至关重要，常用植物样品预处理方法有干法灰化法、湿法消化法、微波消解法和悬浮液进样法，常用金属元素测定方法有原子发射光谱法、原子吸收光谱法、荧光光谱法[5]。样品预处理采用微波消解法，即用微波加热封闭容器中的消解液，在高温高压下样品快速溶解，最终形成澄清的溶液以供测定[6]，该方法消解样品快速充分，密闭系统很好，能够阻止元素的挥发，误差小，成本低，回收完全[7-8]。王宝森等[9]通过原子发射光谱测定茶叶中金属元素的含量，相对标准偏差（RSD）为049%，含量较高者为好的茶叶。赵金伟等[10]用ICP-AES直接测定润滑油中磨损金属元素含量，并优化分析条件，最终测出标准偏差小于1%，回收率在90%～105%，说明该方法的稳定性较好。杨理等[11]将微波消解法和原子发射光谱法结合起来测定蜂胶等食品中常微量元素的含量，检测结果显示，对于微量和痕量元素而言，其线性范围广，灵敏度和准确度高。

该研究以葡萄干、猕猴桃干、火龙果干、话梅干、柠檬干、哈密瓜干、芒果干7种常见冻干水果为样品，先利用微波消解法进行预处理，再用电感耦合等离子体原子发射光谱法[12-13]同时测定样品中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13种微量元素的含量，通过数据分析，可判断样品营养价值，对样品进行微量元素风险监控。

1 材料与方法

1.1 仪器

MAS微波消解仪（美国）;电热鼓风干燥箱（天津市实验仪器总厂）;TJ-EHP1000电加热平板（太极计算机公司分析仪器部）;BS2240S电子天平;OPTIMA 2100 DV电感耦合等离子体原子发射光谱仪（US.PerkinElmer）。

1.2 试剂

K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、As、Ni等标准储备液，浓度均为1 000 μg/mL（德国默克公司）;硝酸（HNO 3）;超纯水（GER SG公司）;纯净水。

1.3 标准溶液的配制 将K、Na、Ca、Mg、Cu、Fe、Zn、Mn、As、Ni等标准储备液用2%的HNO 3逐级稀释，按0.01、0.50、100、2.00、4.00、8.00 μg/mL梯度进行配制。

1.4 样品及预处理方法

先将准备好的葡萄干、猕猴桃干、火龙果干、芒果干、话梅干、柠檬干、哈密瓜干7种冻干水果切好，烘箱150 ℃烘干30 min，各准确称量0.600 0 g左右，分别加入7根消化管中，再向每个消化管中加入10 mL浓HNO 3和2 mL H 2O 2，室温静置24 h后，使用微波消解仪将样品进行消化，待消化完全后，分别转移至7个100 mL烧杯中，置于170 ℃电热板上进行赶酸，酸完全被赶尽时，冷却至室温，分别转移至7个25 mL容量瓶，用2%的HNO 3溶液进行定容，静置2 h等待测定。

2 结果与分析

2.1 样品预处理试剂和微波消解参数的选择

选用硝酸作为消解剂，是因为它在分解基体和微波消解时都是反应物[14]。经多次试验对比，发现用HNO 3和H 2O 2（10+2）作消解液消解效果最好。消解完成后，观察消解液清澈透明、无杂质、无沉淀，说明样品消解完全。考虑升温功率、升温时间、运行温度、运行时间等影响，微波消解参数优化如表1所示。

2.2 光谱操作参数的确定

考虑ICP-AES测定条件对元素测定的影响[15-16]，仪器工作参数优化为功率1.3 kW、辅助气流量0.2 L/min、冷却气流量15.0 L/min、雾化气流量0.8 L/min。

2.3 元素分析波长的选择

用ICP-AES法测定元素时，可同时选择多条特征谱线，且具有校正功能[5]。检测元素分析波长的选择，直接决定检测结果的灵敏度和精确度。为得到最佳检测结果，经对比分析，得到各元素的最优分析波长，结果如表2所示。

2.4 元素的相关系数及线性方程

从表3可以看出，各待测标准溶液质量浓度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的线性关系，决定系数（R2）在0.998 482～0.999 954。

2.5 元素的检出限

经测定，得出各种待测元素检出限为0.000 6～0.364 1 μg/mL，具体见表4。

2.6 样品中元素含量测定

从表5可以看出，7种冻干水果中，对人体健康有益的K、Ca、Na、Mg等元素含量较高，Cr、Cu等含量较低，对人体有害的Cd、Pb未检出。说明这些冻干水果是健康的，矿物质营养价值较高，对人体有益，且不存在有害微量元素的风险。

2.7 精确度和回收率

从表6可以看出，用ICP-AES法测定冻干水果中各微量元素的相对标准偏差（RSD）在02%～4.9%，回收率在96.85%～101.28%，验证了方法的可行性。

3 结论

该研究建立了微波消解结合电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）同时测定冻干水果中As、Ca、Cd、Cr、Cu、Fe、K、Mg、Mn、Na、Ni、Pb、Zn共13种微量元素含量的分析方法。微波消解采用400 W升温功率，升温4 min到100 ℃运行5 min，再升温2 min到120 ℃运行15 min，完成样品预处理。ICP-AES法光谱操作功率为1.3 kW，辅助气流量0.2 L/min，冷却气流量15.0 L/min，雾化气流量0.8 L/min;各待测微量元素的最优分析波长分别选取193696、317.933、228.802、267.716、327.393、238.204、766490、285.213、257.610、589.592、231.604、220.353、213857 nm;标准溶液质量浓度在0.01～8.00 μg/mL呈良好的线性关系。该方法操作简单、检测快速、测定灵敏度高、分析范围宽、结果可靠，适用于冻干水果中多种微量元素的同时测定，依据检测结果可判断冻干水果的矿物质营养价值，同时可监控样品的有害微量元素风险。

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