硝酸浓度对火焰-原子吸收光谱法测定牛奶中钙含量的影响

李寄玮，刘传栩，邢益俊，纪坤发，杨爱君，何 瑛

广东燕塘乳业股份有限公司，广东广州 511356

0 引言

钙对人的生命活动具有重要的作用，体内充足的钙有利于全面增强人体体质[1]，缺钙将引发各种骨骼疾病，以及动脉粥样硬化、原发性高血压症等疾病[2]。在日常生活中，吃太咸的食物、挑食、长期喝咖啡浓茶、吸烟饮酒、运动过少等，均会导致身体钙的流失[3]。牛奶是人体最佳的钙源，其中的钙可以减少人体内的脂肪堆积[4，5]。从另一个角度来看，钙含量也会直接影响原料奶的质量[6]。因此，牛奶中钙含量的测定至关重要。

火焰-原子吸收光谱法作为国标食品中钙的测定的第一法[7]，该测定方法的实际应用中，因标准系列溶液与待测样品溶液硝酸浓度差距太大，存在试验结果有误差的问题。所以，为了更准确地得到检验结果，本试验展开了不同硝酸浓度对火焰原子吸收光谱法测定钙含量影响的初步研究。

1 材料与方法

1.1 试剂

硝酸（65%，优级纯），德国Merck科技有限公司；钙标准储备液（1000 mg/L），中国计量科学研究院；氧化镧（4N，高纯）国药集团化学试剂有限公司；盐酸（分析纯），广州化学试剂厂；用水为一级水。

镧溶液（50 g/L）：称取29.32 g氧化镧，先用少量水湿润后，再加入125 mL盐酸溶解，转入500 mL容量瓶中，加水定容至刻度，混匀。

钙标准中间液（100 mg/L）：准确吸取钙标准储备液（1000 mg/L）10 mL于100 mL容量瓶中，加水定容至刻度，摇匀。

本文中所指的硝酸浓度均为体积分数。

1.2 仪器设备

AA800原子吸收光谱仪（配有钙空心阴极灯），美国珀金埃尔默公司；Multiwave PRO微波消解仪，奥地利AntonPaar公司；空气压缩机、高纯乙炔（99.99%）钢瓶，广州市广气气体有限公司；Mili-Q超纯水系统，美国Millipore公司；移液枪（1 mL，5 mL），德国Brand公司；METTER TOLEDO 204T电子天平，梅特勒-托多利仪器（上海）有限公司。

1.3 试验方法

1.3.1 试验原理

样品经过微波消解处理后，加入镧溶液作为钙的释放剂，再经过火焰-原子吸收光谱仪的喷雾器形成雾粒，进入雾化器与助燃剂均匀混合形成火焰原子化，在422.7 nm处测定的吸光度与钙含量成正比，与标准系列曲线比较定量。

1.3.2 火焰原子吸收光谱仪测试条件

用火焰原子吸收光谱仪对钙元素进行测定时，燃气类型为空气-乙炔，使用空气-乙炔10 cm单缝燃烧头和钙空心阴极灯，燃烧头可通过优化找到最佳位置，具体设定参数如表1所示。

表1 火焰原子吸收光谱仪测试条件

1.3.3 微波消解仪程序升温条件

样品消解使用的是安东帕Multiwave PRO微波消解仪，配置包括有机消解转子16HF100以及全密闭消解罐，其中参比罐为压力一体式传感器，消解仪通过调整功率控制样品消解时的温度，最佳升温程序如表2所示。

表2 微波消解仪升温程序

2 结果与分析

2.1 不同硝酸浓度下标准系列曲线的信号值比较

以纯水、1% HNO3、2% HNO3、3% HNO3、4% HNO3、5% HNO3为基质，分别吸取钙标准中间液（100 mg/L）0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL于50 mL 容量瓶中，另在各容量瓶中加入2 mL镧溶液（50 g/L），此钙标准系列溶液中钙的质量浓度分别为0.0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L、5.0mg/L。按表1所列条件测定不同硝酸浓度下标准系列曲线的信号值，以标准曲线浓度为X，各点的空白校正信号为Y，绘制标准曲线进行对比，结果如图1所示。

由图1可知，以纯水和1% HNO3为基质的标准系列曲线，空白校正信号明显高于其他标准曲线，并且钙离子浓度越高，信号差异越明显，说明硝酸浓度对钙离子的测定有负干扰的作用，随着硝酸浓度的增大，作用逐渐加强，但是达到一定浓度（2%）之后，负干扰作用不再加强，相同钙离子浓度的空白校正信号强度基本不变。

图1 不同硝酸浓度的标准系列曲线空白校正信号比较

2.2 硝酸浓度对加标回收率的影响

准确吸取钙标准中间液（100 mg/L）于50 mL 容量瓶中，分别加入镧溶液（50 g/L）和硝酸，最后加水定容至刻度，摇匀，配制成表3所示的钙标准系列溶液。按表3所列条件测定以不同硝酸浓度为介质的加标样品（钙浓度3.00 mg/L），各样品按2 g/L的浓度加入镧溶液，重复测定三次，计算加标回收率均值和RSD值，结果如表4所示。

表3 标准系列溶液的配制

由表4可知，不同硝酸浓度下的加标样品，RSD值差距不大，但是回收率均值有明显差异，由于硝酸浓度对钙离子测定的负干扰作用，在2% HNO3为介质的标准曲线中，当硝酸浓度小于1%，回收率明显偏高，当硝酸浓度大于2%时，回收率基本保持不变。与孙琦[8]的试验方法对比，他通过正交试验确定最佳消解条件，最终待测样品溶液的硝酸浓度约为0.4%，标曲系列曲线不加硝酸，平均加标回收率为96.9%，而本试验通过补加硝酸的方法，平均回收率可达101.50%，RSD ＜ 2%，说明该方法的回收率好，精密度高。

表4 硝酸浓度对加标回收率的影响

2.3 硝酸浓度对测定牛奶中钙含量的影响

准确称取牛奶样品1.000 g于微波消解罐中，加入5 mL 硝酸，按照微波消解的操作步骤消解牛奶样品，消解的升温程序按照表2所示，冷却后取出消解罐，将消化液转移至50 mL容量瓶，用少量水冲洗2～3 次合并于容量瓶中，用水定容至刻度。根据实际测定的需要，分别吸取5 mL上述溶液于两个不同的50 mL容量瓶中，其中一个加入0.5 mL硝酸使其浓度大约为2%，并在稀释液中加入2 mL镧溶液（50 g/L），使其在最终稀释液中的浓度为2 g/L，用水定容至刻度，混匀备用，此为待测样品溶液。使用硝酸浓度为2%，镧溶液浓度为2 g/L，钙的质量浓度分别为0.0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L、5.0 mg/L钙标准系列溶液制作标准曲线，在相同试验条件下，分别吸入补加硝酸和不补加硝酸的待测样品溶液，重复测定三次，比较两者的试样浓度差距，结果如表5所示。

表5 硝酸浓度对测定牛奶中钙含量的影响

从表5中可以看出，4 个牛奶样品不补加硝酸直接测定试样中的钙含量，结果均高于补加硝酸后的测定结果，牛奶样品经过微波消解会有少量的硝酸损失忽略不计，补加硝酸之后待测试样的硝酸浓度约为2%，与钙标准系列溶液的硝酸浓度大致相等，根据文中2.2加标回收试验结果可知，补加硝酸后的检测结果更接近真实值，而不补加硝酸的待测样品硝酸浓度约为1%，检测结果的误差＞5%。

3 结论

综上所述，硝酸浓度对于火焰—原子吸收光谱仪测定钙离子具有负干扰的作用，当硝酸浓度＜2%时，钙离子浓度越高，负干扰作用越明显，反之，负干扰作用不再增强，相同钙离子浓度的空白校正信号强度基本不变，因此不能因为信号值下降就将硝酸浓度控制在0.80%～2.00%[9]，牛奶中钙的含量通常较高，如果按照国标GB 5009.92—2016[7]的方法，标准系列曲线硝酸浓度为5%，而样品微波消解后需要赶酸，再稀释后硝酸浓度偏低，最终导致检测结果回收率偏高。因此，为了提高试验结果的准确性和回收率，样品消解后，无需进行赶酸，直接将消解液转移至容量瓶定容，可以节省样品前处理的时间，再根据需要稀释，通过补加一定量的硝酸使待测溶液最终浓度≥ 2%，可以有效地消除钙离子测定中硝酸浓度的影响，提高检测结果的准确性，更科学地评价牛奶中钙的含量。