鹽酸浸提-ICP-MS法測(cè)定小麥和大米中的10種營(yíng)養(yǎng)元素

聶西度 符 靚

鹽酸浸提-ICP-MS法測(cè)定小麥和大米中的10種營(yíng)養(yǎng)元素

聶西度1符 靚2

（湖南工學(xué)院材料與化學(xué)工程系1，衡陽 421002）
（長(zhǎng)江師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院2，涪陵 408100）

研究了鹽酸浸提小麥和大米，應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）技術(shù)測(cè)定提取液中的B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn等10種營(yíng)養(yǎng)元素。研究了不同浸提條件對(duì)各待測(cè)元素浸提率的影響，應(yīng)用動(dòng)態(tài)反應(yīng)池（DRC）技術(shù)消除了樣品溶液中氯化物基質(zhì)、氬氣、水所形成的多原子離子質(zhì)譜干擾，選用由Li、Sc和Y標(biāo)準(zhǔn)溶液組成的混合內(nèi)標(biāo)溶液消除了基體效應(yīng)。結(jié)果表明，采用鹽酸浸提法各元素的檢出限為2.7～30.8 ng／g之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.7%～6.2%，選用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥（GBW10011）和大米（GBW10045）驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確度和精密度。該方法操作簡(jiǎn)單、結(jié)果準(zhǔn)確，能滿足小麥和大米中10種營(yíng)養(yǎng)元素的分析要求。

鹽酸浸提 電感耦合等離子體質(zhì)譜法 小麥 大米 營(yíng)養(yǎng)元素

小麥和大米均為世界上最重要的糧食作物，小麥?zhǔn)俏覈?guó)北方人民的主食，大米則是我國(guó)南方人民的主食，二者都是補(bǔ)充人體營(yíng)養(yǎng)素的基礎(chǔ)食物，對(duì)人們的身體健康起著重要作用。現(xiàn)代科學(xué)研究表明，食物中所含營(yíng)養(yǎng)元素是人體營(yíng)養(yǎng)元素的主要來源，不同營(yíng)養(yǎng)元素在人體的生命活動(dòng)中發(fā)揮的作用不同，所表現(xiàn)的生物學(xué)效應(yīng)也存在較大差異［1］。微量營(yíng)養(yǎng)素缺乏導(dǎo)致身體和心理的異常發(fā)育以及慢性疾病發(fā)生，通常與主要糧食作物中微量營(yíng)養(yǎng)元素濃度較低有關(guān)［2］，因此，準(zhǔn)確分析小麥和大米兩大主要糧食作物中營(yíng)養(yǎng)元素的含量具有重要意義。

目前，有關(guān)小麥中無機(jī)元素的測(cè)定已有大量文獻(xiàn)報(bào)道，主要有中子活化分析（NAA）法［3］、X 熒光光譜（XRF）法［4］、原子吸收（AAS）法［5］、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-OES）法［6］、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法［7］等分析方法。樣品的前處理主要有干法灰化［3］、常規(guī)濕法消解［8］、微波消解［9］、溶劑萃取［10］等方法，其中，灰化法和常規(guī)濕法消解存在污染環(huán)境、易引起樣品損失和沾污、消化時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn)而應(yīng)用較少；微波消解法是目前最常用方法，具有

快速簡(jiǎn)單、消解完全徹底、無樣品損失等特點(diǎn)，但需要專用的微波消解設(shè)備；溶劑萃取法具有簡(jiǎn)單實(shí)用、污染小、無需專用設(shè)備等特點(diǎn)而廣泛應(yīng)用于有機(jī)分析中，但由于其萃取效果受樣品和萃取物的影響較大，有一定局限性，因此在無機(jī)元素分析中應(yīng)用較少。本試驗(yàn)采用鹽酸浸提小麥和大米，應(yīng)用ICPMS 法測(cè)定了其中的B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn等10種營(yíng)養(yǎng)元素，旨在為小麥和大米兩大糧食作物中營(yíng)養(yǎng)元素的快速簡(jiǎn)便分析提供一種實(shí)用方法。

1 材料與方法

1.1 材料和試劑

B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn 標(biāo)準(zhǔn)溶液：（1 000 mg／L），Li、Sc、Y 內(nèi)標(biāo)溶液（1.0 μg／mL）：國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；Mg、Cu、Rh、Cd、In、Ba、Ce、Pb、U 質(zhì)譜調(diào)諧液：10 μg／L，美國(guó)PerkinElmer公司；鹽酸：MOS級(jí)，北京化學(xué)試劑研究所；高純氨氣（99.999%）：武漢紐瑞德特種氣體有限公司；超純水：Milli-Q超純水機(jī)制備。

1.2 儀器和設(shè)備

SCIEX ELAN DRCe電感耦合等離子體質(zhì)譜儀：美國(guó)PerkinElmer公司；Milli-Q超純水機(jī)：美國(guó)Millipore公司；舒美KQ5200DB臺(tái)式數(shù)控超聲波清洗器：江蘇省昆山市超聲儀器有限公司。

1.3 質(zhì)譜工作參數(shù)

采用質(zhì)譜調(diào)諧液調(diào)諧優(yōu)化后的質(zhì)譜工作參數(shù)為：射頻功率1 300 W，冷卻氣流速15.0 L／min，載氣流速0.85 L／min，輔助氣流速1.10 L／min，溶液提升量0.85 mL／min，進(jìn)樣錐Pt（1.1 mm），截取錐Pt（0.9 mm），同位素選擇10B、23Na、24Mg、31P、39K、44Ca、55Mn、57Fe、63Cu、66Zn。

1.4 超聲波清洗器工作參數(shù)

超聲功率160 W，提取溫度60℃，提取時(shí)間60 min。

1.5 試驗(yàn)方法

稱取約0.5 g粉狀樣品于50 mL高密度聚乙烯塑料瓶中，加入15%鹽酸10 mL，超聲萃取60 min，靜置12 h后經(jīng)0.45μm水系濾膜過濾，用1%的鹽酸洗滌殘?jiān)喜V液于100 mL容量瓶中用超純水定容待測(cè)，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 鹽酸浸提條件的選擇

2.1.1 鹽酸濃度

選用國(guó)家一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥（GBW10011）和大米（GBW10045），分別采用1、5、10、15、20 mg／100 mL的鹽酸浸提2種樣品，考察鹽酸濃度對(duì)2個(gè)樣品中各待測(cè)元素浸提率的影響。圖1結(jié)果顯示，隨著鹽酸濃度的增大，元素的浸提率也逐漸增大，當(dāng)鹽酸體積分?jǐn)?shù)為10%時(shí)，所有元素的浸提率均處于較高水平，隨后變化不大。最終確定鹽酸浸提體積分?jǐn)?shù)為15%。

圖1 不同濃度鹽酸對(duì)元素浸提率的影響

2.1.2 浸提方式

選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥和大米，分別采用靜置、振蕩、超聲3種方法浸提2種樣品60 min。圖2結(jié)果顯示，在60 min內(nèi)靜置和振蕩的浸提率相當(dāng)，但多數(shù)元素的浸提率低于超聲浸提，最終選擇超聲浸提方式。

圖2 不同浸提方式對(duì)元素浸提率的影響

2.1.3 浸提時(shí)間

采用超聲浸提方法分別浸提國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥和大米30、60、90 min，考察浸提時(shí)間對(duì)各元素浸提率的影響。從圖3可以看出，2個(gè)樣品在浸提時(shí)間60 min后10個(gè)元素浸提率的變化不大，表明樣品中各元素浸提已基本完全。最終選擇超聲浸提時(shí)間60 min。

圖3 浸提時(shí)間對(duì)元素浸提率的影響

2.2 干擾及校正

本試驗(yàn)過程中主要干擾來源于氯化物基質(zhì)、Ar2、N、H、O所形成的質(zhì)譜干擾和基體效應(yīng)。質(zhì)譜干擾選用動(dòng)態(tài)反應(yīng)池（DRC）技術(shù)消除，主要質(zhì)譜干擾元素以及DRC工作參數(shù)見表1。基體效應(yīng)通過加入1.0 μg／mL 的Li、Sc、Y 內(nèi)標(biāo)混合溶液進(jìn)行消除。

表1 動(dòng)態(tài)反應(yīng)池的工作參數(shù)

2.3 工作曲線和檢出限

分別配制0.0、500.0、1 000.0、2 000.0、4 000.0 μg／g的Mg、P、K、Ca系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液和0.0、5.0、10.0、20.0、50.0 μg／g 的B、Na、Mn、Fe、Cu、Zn 系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，采用本法測(cè)定，得各元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。取樣品空白溶液進(jìn)行11次測(cè)定，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算各元素的檢出限。結(jié)果見表2，所有工作曲線方程的線性關(guān)系良好，各元素的檢出限在2.7～30.8 ng／g之間，檢出限低。

表2 工作曲線相關(guān)參數(shù)及檢出限

2.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的分析

為考察方法的準(zhǔn)確性和精密度，在選定的浸提和質(zhì)譜工作條件下，采用本法測(cè)定了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥（GBW10011）和大米（GBW10045），每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6次，結(jié)果見表3。所有測(cè)定值與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)所提供的參考值一致，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）為1.7%～6.2%，方法準(zhǔn)確性和精密度良好。

表3 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)小麥和大米的分析結(jié)果

2.5 對(duì)比分析

采用本方法測(cè)定從大型超市購(gòu)買的小麥粉和大米樣品，每個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定6次，并采用GB／T 5009.91—2003《食品中鉀、鈉的測(cè)定》、GB／T 14609—2008《谷物及其制品中銅、鐵、錳、鋅、鈣、鎂的測(cè)定》和GB／T 21918—2008《食品中硼酸的測(cè)定》等方法進(jìn)行對(duì)比分析，按GB／T 27407—2010《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制》進(jìn)行評(píng)價(jià)，表4結(jié)果表明，本方法與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)分析結(jié)果基本一致，說明本方法可靠。

表4 對(duì)比分析結(jié)果

3 結(jié)論

本研究建立了鹽酸浸提-ICP-MS法測(cè)定小麥和大米中B、Na、Mg、P、K、Ca、Mn、Fe、Cu、Zn 等10 種營(yíng)養(yǎng)元素的分析方法。通過優(yōu)化浸提條件獲得了元素的最佳浸提效果，選擇DRC技術(shù)和內(nèi)標(biāo)法消除了質(zhì)譜干擾和基體效應(yīng)，采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證了方法的準(zhǔn)確性和精密度，通過與國(guó)標(biāo)法進(jìn)行對(duì)照分析證明的方法的可靠性。方法的前處理過程中無需使用專用的設(shè)備和復(fù)雜的操作即可實(shí)用兩大主要糧食作物中10種營(yíng)養(yǎng)元素的準(zhǔn)確分析，具有操作簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)。

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Determination of 10 Nutrient Elements in Wheat and Rice by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with Hydrochloric Acid Extraction

Nie Xidu1Fu Liang2
（Department of Material and Chemical Engineering，Hunan Institute of Technology1，Hengyang 421002）
（College of Chemistry and Chemical Engineering，Yangtze Normal University2，F(xiàn)uling 408100）

A method is proposed in this paper for the determination of 10 kinds of nutrient elements B，Na，Mg，P，K，Ca，Mn，F(xiàn)e，Cu and Zn in wheat and rice by inductively coupled plasma spectrometry（ICP-MS）with

hydrochloric acid extraction.The effect of different extraction conditions on extraction efficiency of elements to be measured is investigated in detail.Dynamic reaction cell（DRC）is used to eliminate the polyatomic ion interferences of mass spectrometry caused by the chloride substrate，Ar2and H2O.Li，Sc and Y as internal standard elements are used to correct matrix effect.The results show that the detection limit of all elements by hydrochloric acid extraction is in the range of 2.7～30.8 ng／g，and the relative standard deviation （RSD）is 1.7%～6.2%.The accuracy and precision of this method are confirmed by national primary standard materials wheat（GBW10011）and rice（GBW 10045）.The method is simple and precise，which could conform to requirements for the determination of 10 kinds of nutrient elements in wheat and rice.

Hydrochloric acid extraction，Inductively coupled plasma mass spectrometry，Wheat，Rice，Nutrient elements

O657.63

A

1003-0174（2016）09-0146-05

國(guó)家自然科學(xué)基金（21271187），湖南省教育廳重點(diǎn)科研項(xiàng)目（14A035），湖南省重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（湘教發(fā)［2011］76 號(hào)）

；2015-01-13

聶西度，男，1964年出生，教授，質(zhì)譜分析方法研究與應(yīng)用

符靚，女，1987年出生，博士，質(zhì)譜分析化學(xué)