微波消解-氢化物原子荧光光谱法测定胡萝卜硒含量

2024-11-11张美琦苏丹张嘉璇张珍岩铁梅

科技创新与应用 2024年32期

摘" 要：硒是人体内各种含硒酶及含硒蛋白的合成过程中必不可少的一种微量元素，能提高身体的免疫功能。硒对人体有一定的防癌作用，硒不但对肿瘤有抑制作用而且还能影响致癌物质的新陈代谢，素有“防癌之王”之称。采用人工栽培方式生产的富硒胡萝卜是一种较为理想的富硒型蔬菜。该文以胡萝卜为研究对象，利用微波消解-氢化物原子荧光光谱法测定胡萝卜中总硒的含量，探讨不同微波消解溶剂和消解条件对含硒胡萝卜消解效果的影响，并优化氢化物原子荧光光谱法测定条件。结果表明，最佳消解体系为HNO3-H2O2体系（5 mL∶2 mL）；最佳微波消解条件为，第一工步为2 min、0.2 MPa；第二工步为6 min、0.5 MPa和6 min、0.7 MPa；第三工步为5 min、1 MPa；在最优条件下，测硒的线性范围为0～50 μg/L。对样品空白荧光值进行10次测定，RSD=2.24%，最低检出限为0.90 μg/kg。土壤中施硒能够显著提高胡萝卜中总硒的含量，较空白对照组提高6.50%（地上）和10.30%（地下），可食用（地下）部位的最高硒含量为445.90 μg/kg。

关键词：微波消解；氢化物原子荧光光谱法；富硒；胡萝卜；含量

中图分类号：0657.31" " " 文献标志码：A" " " " "文章编号：2095-2945（2024）32-0071-04

Abstract： Selenium is an indispensable trace element in the synthesis of various selenium-containing enzymes and selenium-containing proteins in the human body， and can improve the body's immune function. Selenium has a certain anti-cancer effect on the human body. Selenium not only inhibits tumors， but also affects the metabolism of carcinogens. It is known as the \"king of cancer prevention\". Selenium-rich carrot produced by artificial cultivation is an ideal selenium-rich vegetable. In this paper， carrot was used as the research object to determine the total selenium content in carrot by microwave digestion-hydride atomic fluorescence spectrometry. The effects of different microwave digestion solvents and digestion conditions on the digestion effect of carrot containing selenium were discussed， and the determination conditions of hydride atomic fluorescence spectrometry were optimized. The results showed that the best digestion system was HNO3-H2O2 system （5 mL∶2 mL）; the best microwave digestion conditions were： the first step was 2 min， 0.2 MPa; the second step was 6 min， 0.5 MPa and 6 min， 0.7 MPa; the third step was 5 min， 1 MPa; under the optimal conditions， the linear range for selenium determination was 0～50 μg/L. The blank fluorescence value of the sample was determined 10 times， with RSD=2.24%， and the lowest detection limit of 0.90 μg/kg. Applying selenium to soil could significantly increase the total selenium content in carrots， which was increased by 6.50%（above ground） and 10.30%（underground） compared with the blank control group. The highest selenium content in edible （underground） parts was 445.90 μg/kg.

Keywords： microwave digestion; hydride atomic fluorescence spectrometry; selenium-rich; carrot; content

硒是一种重要的微量元素，它参与了人体多种含硒酶和含硒蛋白的合成，可以增强机体的免疫力，研究显示，硒对人体有一定的防癌作用，硒不但对肿瘤有抑制作用而且还能影响致癌物质的新陈代谢，素有“防癌之王”之称[1]。硒的摄取必须从外部摄取，而人体摄取的硒主要来自于食物[2]。在日常生活中，人们可以通过喝茶、饮食等途径获得微量的硒。日常食用的粮食、蔬菜、水果、肉蛋奶和鱼虾蟹等，都是以有机硒的形式存在，是人体必需的硒元素[3]。临床医学研究证明，低硒或缺硒都会对人体的健康造成危害[4]。根据不完全统计，世界上绝大多数陆地都是缺硒的，我国约有72%的区域和人口处于缺硒状态，这已经成为制约人类健康发展的一个主要制约因子[5-6]。通过2种途径可补充食物中的微量元素硒：第一，在食品和药品中添加无机硒——亚硒酸钠；第二，将无机硒加入到植物生长的土壤及动物饲料中，使一些无机硒经过动、植物体内的生化反应转化成有机态硒，从而减弱无机硒带来的毒害作用，有机硒的生物利用性远大于无机硒[7]。

近年来，由于科学技术的快速发展和人民生活水平的不断改善，富硒农产品正日益受到消费者的青睐。富硒农产品具有广阔的市场和巨大的发展潜力，它能在现阶段为农民增加收入和企业增加收入提供保证[8]。富硒食物中的硒以Se6+、Se4+、Se、Se2-等多种形式存在，且每一种氧化还原状态都有其特殊的结构和多样的功能[9]。微波消解是一种新的样品预处理技术，其原理是通过分子极化和离子导电2个效应对物质直接加热，促使固体样品表层快速破裂，产生新的表面与溶剂作用，在数分钟内完全分解样品。与常规消解法相比，微波消解法具有时间短、试剂消耗小、可消除样品在前处理中的挥发与污染、消化效率高等优点，因此可以提高检测的灵敏度和准确性[10]。

胡萝卜是一种营养成分较高的蔬菜，国内外多项研究表明其富含多种有益物质。在中医中，胡萝卜也有药用价值。硒是一种对人类健康具有重要价值的营养物质，目前常用的测定食品中硒的方法有石墨炉原子吸收光谱法、电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）、火焰原子吸收光谱法、荧光光谱法和氢化物-原子荧光光谱法等[11-13]。氢化物-原子荧光光谱法为使用最广泛且国家认可的测定食品中硒的方法[14]。随着社会经济和食品科技的不断进步，人们开始关注自身日常所需的营养以及所需的营养成分，而这种对人体有特定生化作用的微量元素也逐渐被人所关注，因此，富硒食品也逐渐被关注起来[15-17]。采用人工培育的富硒胡萝卜将会是理想的补硒蔬菜。本研究将微波消解和氢化物原子荧光法结合起来应用于胡萝卜地上和地下部分中硒含量的检测，以期为胡萝卜中硒含量的检测提供新的方法。

1" 试验与方法

1.1" 试验仪器与试剂

选择XZ-21K高速冷冻离心机（长沙湘智仪器有限公司）；MDF-U50V超低温冰箱（日本三洋SANYO公司）；AFS-9800型氢化物原子荧光光谱（北京科创海光仪器有限公司）；MDS-2002A型压力自控密闭微波消解系统（上海心仪微波化学科技有限公司）;超纯水机（美国Millipore公司）；LGJ-15D型真空冷冻干燥机（日本EYELA公司FDU-1100 冷冻干燥系统）。

1.2" 富硒胡萝卜样品（地上、地下部分）预处理

在采集富硒胡萝卜样品后，在每种浓度下随机选取10份，将地上、地下部分分离，用大量自来水清洗，然后用超纯水清洗3次，烘干后放在密封袋里，在-85 ℃的超低温冰箱中冻结36 h，然后转移到真空度4.0 Pa、温度-55 ℃的真空冷冻干燥系统中，48 h冻干。将试样粉碎，并将其干燥后，装入塑料自封袋中，置干燥器中保存备用。

1.3" 微波消解方法

将0.5 g的地下部分干粉和0.2 g的地上部分的干粉，放在聚四氟乙烯消化罐内，向其添加5 mL HNO3，2 mL H2O2，套入外罐扭紧放入微波消解仪（消解程序见表1），消解完毕后，将其置于消解罐中的冷却风机上进行冷却，然后将其转到三角瓶中，再添加沸石，然后在电热炉上持续加热，直到接近干燥。加入5.0 mL盐酸（6 M），将其加热，直到产生白色烟雾并且溶液变得透明为止。冷却，将样品消解液定容，摇匀待用。

1.4" 样品与标准品的配制

在15.0 mL的试样检测管中，分别添加0.00 、0.01、0.02、0.03、0.04和0.05 mL的1 μg/mL的硒标准品，向试样检测管中添加盐酸（12 M）2.0 mL和铁氰化钾溶液（100 g/L），摇匀待测。

将1.3中的备用液体10.0 mL置于15.0 mL的试样检测管中，向其中添加2.0 mL的盐酸（12 M）和100 g/L的铁氰化钾溶液，并摇匀以待测定。

1.5" 氢化物原子荧光光谱工作条件

首先对最佳工艺参数进行了优化，在表2中列出了最佳的工艺参数，然后启动加热炉，将加热炉加热至所要求的温度，并确保其在20 min内稳定运行。用标准系列的空白进样，冲洗管线，等待仪表读数平稳后，即可绘制标准曲线。进行样品测定，每次更换样品前都进行进样器的冲洗。

2" 结果与分析

2.1" 样品取用量

本试验中，根据试验中使用的微波消解仪中的具体要求，选用0.50 g的试样。但是，地上部分经过干燥和破碎后，其粉末松散、大纤维含量高，如果要充分进行反应和消化，需要大量的采样，需要添加更多的酸，而过多的酸性又会让消解过程变得太激烈，存在一些危险，并且会造成痕量硒的流失，所以选择0.20 g的样品作为试样。

2.2" 消解氧化剂的确定

消解样品常用的氧化剂主要有单一的HNO3体系，混合HNO3+H2SO4体系，混合HNO3+HCLO4体系，还有HNO3+H2O2体系等。

本研究以胡萝卜干粉及胡萝卜茎叶干粉为研究对象，同时选用HNO3+H2O2体系，此目的是为了使样品中存在的一定纤维可以消解得更完全，利用H2O2对HNO3的氧化能力进行强化，同时高质量的硝酸不会对氢化物原子荧光的测定产生影响。根据试样的数量及消解容器的模型，对加入H2O2-HNO3的比例进行调整，见表3。

研究发现，当加入HNO3+H2O2比例大于等于5∶1时，试样可获得清澈透明的消化液，说明试样已被完全消化。硝酸的添加量太多，会导致消化罐内的压力升高，而过量的酸会对聚四氟乙烯原料的消化罐产生侵蚀，从而缩短消化罐的使用寿命。因此选择5 mL HNO3+2 mL H2O2的氧化剂用量消解胡萝卜样品。

2.3" 微波消解期间的时间和压力的确定

在微波消解过程中，时间与压力是影响消解效果的2个主要因素，如果设定得太小，则无法达到要求的消解温度；设定的气压太高，地面上的粉状物与硝酸的反应太激烈，容易漏出硝酸，导致消化液流失，造成样品中硒的流失。在消化过程中，为防止因瞬时高压引起的反应太过激烈而造成样品Se的流失，采用梯度升压和延长时间的方法解决了上述问题。首先用0.2 MPa、2 min对试样进行预处理，使其充分混合，接着将压力分别提高到0.5 MPa和0.7 MPa，在反应6 min内将试样中的难溶性成分充分消化掉，然后将压力提高到1.0 MPa，运行5 min，将试样彻底微波消解。

2.4" 氢化物原子荧光光谱的标准曲线

将1.4中配制好的标准品溶液，按照浓度为0～50 μg/kg，依次进行测定，绘制标准曲线。荧光强度值（If）与硒浓度（μg/L）在0～50 μg/kg 范围内呈线性关系，如图1所示，线性方程为If=85.530×C+6.976（r=0.999 6）。对样品空白荧光值进行10次测定，RSD=2.24%，检出限测出为0.90 μg/kg。

2.5" 样品中硒含量的确定

本文采用微波消解-氢化物原子荧光光谱法测量胡萝卜样品的地上部分和地下部分硒含量结果如图2所示。

由图2可知，土壤施用硒肥后，胡萝卜体内硒含量明显增加，胡萝卜具有将土壤中硒转化到根茎叶的能力。与空白对照相比，胡萝卜的地下、地上部分，硒含量分别提高了151.1%～544.7%，100.9%～1 028.4%，地下、地上部分均在施硒浓度160 mg/kg时达到最高，含量分别为445.90 μg/kg，1 312.67 μg/kg。在施硒浓度为20～160 mg/kg条件下，胡萝卜对土壤硒的吸收与转化呈增加的趋势；超过160 mg/kg以后，则呈降低的趋势。结果表明，低浓度的硒有利于胡萝卜对无机硒的转化和利用，而高浓度的硒则对其进行抑制。

总体来说，胡萝卜地上部分和地下部分的硒含量相对均有所增加。本文通过模拟硒的迁移转化规律，胡萝卜通过根系从土壤中吸收硒，并从土壤中向上转运，不同部位对硒的累积、吸收和转化存在差异，在施硒浓度为20～80 mg/kg时，地上与地下部分对硒的转化，利用和积累含量大致相同，说明在低浓度时地上与地下部分对硒的富集能力和敏感程度大致相同，但当施硒浓度超过80 mg/kg时，地上部分含硒量显著高于地下部分，表明地上部分对硒的富集能力及敏感性显著高于地下部分。

3" 结论

土壤施硒对胡萝卜进行硒的富集，针对富硒胡萝卜样品进行总硒量的测定，得到结论如下。

1）对富硒胡萝卜进行微波消解，探索其工艺条件，确定了微波消解的程序，选取胡萝卜的地下部分样品量为0.5 g，地上部分样品量为0.2 g，采用HNO3-H2O2体系比例为（5∶2）。

2）以HNO3-H2O2为消解剂，采用微波消解-氢化物原子荧光光谱法测定了胡萝卜中硒的含量。研究了不同微波消解溶剂和消解条件对含硒胡萝卜消解效果的影响，可知最佳微波消解条件为第一工步：2 min、0.2 MPa；第二工步：6 min、0.5 MPa和6 min、0.7 MPa；第三工步：5 min、1 MPa；在优化试验条件下，该方法测定硒的线性范围为0～50 μg/L，线性方程为If=85.530×C+6.976（r=0.999 6）。对样品空白荧光值进行10次测定，RSD=2.24%，检出限测出为0.90 μg/kg。

3）胡萝卜是一种营养丰富的健康蔬菜，具有很好的富硒效果。土壤中施硒能够显著提高胡萝卜中硒的含量，比空白对照组分别提高6.5%（地上）和10.3%（地下），可食用（地下）部位的最高硒含量为445.90 μg/kg。本研究为提高胡萝卜中硒含量提供理论基础。本文提出了一种快速、稳定地测定胡萝卜中微量硒的新方法。

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