原子吸收光譜法檢測蔗汁中鐵和鋅含量的方法研究

趙勇　朱建榮　刀靜梅

搞要：建立一種準確、簡單易行且適合大批量檢測甘蔗蔗汁中鐵（Fe）和鋅（Zn）含量的方法，是篩選、培育和改良甘蔗新品種富鐵和富鋅的關鍵。試驗基于原子吸收光譜法，經改進消化處理條件，形成了一種濕化-原子吸收光譜法檢測甘蔗蔗汁Fe和Zn含量，主要用于甘蔗雜交育種中Fe和Zn含量的檢測，用以開展“富鐵甘蔗”和“富鋅甘蔗”品種選育，旨在為甘蔗品質育種提供檢測技術支撐。用體積比為7∶2的混合酸（硝酸∶高氯酸）作為消解劑、同時通過控制消化溫度等條件來消解處理甘蔗汁樣，然后進行火焰原子吸收光譜法測定。結果表明，該方法的檢出限分別為0.08 g/kg和0.042 g/kg，相對標準偏差分別為3.93%和4.41%，加標回收率在98.8%～104.0%；此方法簡便、準確、靈敏度高、重復性好、回收率高，適合于甘蔗汁中Fe和Zn的檢測。

關鍵詞：甘蔗蔗汁；消化處理；原子吸收光譜法（FAAS）；Fe；Zn

中圖分類號：O657.31 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）09-0100-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.09.024

Determination of Fe and Zn in Sugarcane Juice with Flame Atomic Absorption Spectromet

ZHAO Yong， ZHU Jian-rong， DAO Jing-mei， MA Juan， LI Fu-qin， LIU Jia-yong， YING Xiong-mei

（Sugarcane Research Institute， Yunnan Academy of Agricultural Sciences Yunnan/ Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement， Kaiyuan 661699， Yunnan，China）

Abstract： The significant characteristics of sugarcane cross-breeding are lots of materials and workload. The key work that screening，cultivation and improvement of sugarcane varieties which rich in Fe and Zn are the establishment of the methods，which could be an accurate and simple method and suitable for mass inspection. For the technical guidance of sugarcane quality breeding， a method of determining the Fe and Zn in the sugarcane juice with Flame Atomic Absorption Spectromet were developed. Under the optimized conditions， the detection limits of the method for Fe and Zn were 0.08 g/kg and 0.042 g/kg，resjpectively，and the spike recoveries in sugarcane juice were in the range of 98.8%～104.0% with relative standard deviations of 3.93% and 4.41%. This method was easy to get，accurate and higher sensitivity，good recovery and respeatability，and suitable for determining Fe and Zn in the sugarcane juice.

Key words： sugarcane juice； digestion； FAAS； Fe； Zn

鐵（Fe）是血紅蛋白的重要部分，缺Fe常發生在兒童和孕婦身上，常見癥狀表現為貧血，缺鐵還可損害兒童的認知能力，嚴重時可增加兒童和母親死亡率，使機體工作能力明顯下降。鋅（Zn）同樣是人體不可缺少的微量元素，Zn可以促進兒童身體及智力發育；同時對人體的免疫功能起著調節作用，Zn能維持男性的正常生理機能，促進潰瘍的愈合，常用于厭食、營養不良、生長緩慢的兒童。楊一梅[1]對大同市兒童做了一次元素缺乏調查，發現大同市兒童的微量元素水平中主要缺乏Fe和Zn。含Fe和Zn的食物主要有動物肝臟、腎臟、瘦肉、蛋黃、雞、魚、蝦、豆類和奶制類；從相關報道發現，牛奶中的Fe和Zn含量約為25 mg/kg和10 mg/kg[2]，豆制品的Fe和Zn含量約為130 mg/kg和60 mg/kg[3]。甘蔗是制糖的主要原料，且糖在國民生活中占有重要地位。紅糖是傳統的養生佳品，如果能通過食用紅糖來達到補Fe和Zn的效果，這對婦女兒童的健康和發展有重要意義。目前，測定樣品中Fe、Zn的方法主要有原子吸收光譜法[4-10]和原子熒光光譜法[11-14]，本方法基于原子吸收光譜法，經改進消化處理條件，形成了一種濕化-原子吸收光譜法檢測甘蔗汁鋅含量，主要用于甘蔗雜交育種中微量元素鋅含量的檢測，用以開展“富鋅甘蔗”品種選育，即品質育種，旨在培育富Fe、Zn紅糖原料，從而達到補鐵和鋅的效果。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑和儀器

材料：參試材料為新臺糖22號（ROC22），云蔗12-1202，云蔗11-1122，粵糖93-159，德蔗09-78。所有材料全部取自云南省農業科學院甘蔗研究所試驗基地。

試劑：硝酸（HNO3）、高氯酸（HClO），以上試劑均為分析純；混合酸由硝酸（HNO3）和高氯酸（HClO4）體積比為7∶2配制；超純水（娃哈哈純凈水）；100 mg/L的Fe和Zn標準液（由云南省農業科學院甘蔗研究所分析測試中心配制，使用時逐級稀釋）；乙炔氣，純度>98%。

儀器：原子吸收光譜儀（型號為島津AA-6300，日本，火焰為光學雙光束，內置Fe元素檢測烏極燈和Zn元素烏極檢測燈）；電熱消解儀（型號為ED400，APL儀器有限公司，40組消煮管）；甘蔗壓榨機（型號為TJ-305，壓轆轉數：9 r/min，潮州，1985年產）。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理 甘蔗成熟后，剝葉，砍去根部和頂端，保留甘蔗頂端第一節至根部第一節，清洗干凈，壓榨成汁，取原汁液，用濾紙過濾，收集并編號；準確稱取 5 mL甘蔗汁樣（同時設置空白組）放入消煮管中，加入20 mL混合酸蓋上表面皿，靜置過夜；第2天置于電熱消解儀加熱消化（溫度150 ℃），加熱6 h；補加3 mL硝酸，繼續加熱，直至消化液無色透明為止；加3 mL超純水，加熱（溫度升至180 ℃）以除去多余的硝酸，待燒杯中的液體接近1～2 mL時，取下冷卻；用去離子水淋洗并轉移于刻度管中，定容至25 mL；以100 μg/mL Fe和Zn標準液（0.5 mol/L硝酸溶液配制）為母液，稀釋并配制0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 μg/mL的Fe和Zn標準溶液，準備上樣；按相應濃度標準液做4組添加回收率試驗，用原子吸收光譜儀按洗液、標準液、空白液、添加回收率樣品、甘蔗汁樣順序上樣、檢測。

1.2.2 原子吸收光譜儀參數設置 Fe的測定條件為：波長248.3 nm；燈電流12 mA；狹縫寬度0.2 nm；助燃O2氣流量：15.0 mL/min，燃氣乙炔氣流量2.2 mL/min。Zn的測定條件為：波長213.9 nm；燈電流8 mA；狹縫寬度0.7 nm；助燃O2氣流量：15.0 mL/min，燃氣乙炔氣流量2.0 mL/min（表1）。

1.3 結果計算

試樣中Fe和Zn含量按下式進行計算。

X=■

式中，X為試樣中Fe、Zn的含量，mg/kg或mg/L；C1為測定用試樣液中鋅的含量，μg/mL；C2為試劑空白液中鋅的含量，μg/mL；V為試樣消化液定容體積，mL；m為試樣質量或體積，g或mL。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的制定

以0.5 mol/L硝酸溶液作為空白，100 μg/mL Fe和Zn標準液為母液，配制0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 μg/mL的Fe和Zn標準溶液并測定其吸光度（Y），以其吸光度相對應的濃度（X，μg/mL）作圖得Fe的標準工作曲線Y=0.013 8X+0.000 7，R2=0.998 8；Zn的標準工作曲線Y=0.107 3X+0.013 1，R2=0.996 2。標準曲線如下圖1。

2.2 檢出限和精密度的測定

將空白平行測定10次，測得Fe元素標準偏差SD為0.000 7，以其標準偏差的3倍所對應的濃度為檢出限，為0.16 μg/mL。Zn元素標準偏差SD為0.003，以其標準偏差的3倍所對應的濃度為檢出限，為0.084 μg/mL。Fe的檢出限=儀器檢出限×定容體積/樣品質量=0.08 g/kg，同理測得Zn的檢出限為0.042 g/kg。

準確稱取待測樣品，進行10次平行測定，得到Zn標準偏差SD=0.018，吸光度的平均值為0.458，根據計算公式RSD=（SD/平均值）×100%，測得RSD為3.93%；同理測得Fe的相對標準偏差RSD為4.41%。由此可見，該方法的檢出限和精密度都較高。

2.3 回收率測定

取空白樣品和甘蔗汁樣分別加入一定濃度相應的目標物標準溶液，按“1.2.1”方法進行測定，結果見表2。由表2可知，2種元素的回收率在98.8%～104.0%，說明該回收率高，方法可行。

2.4 樣品蔗法汁Fe、Zn含量測定結果

準確稱取5 mL樣品，按“1.2.1”樣品處理方法對樣品進行消化，最后定容至25 mL容量瓶中，用原子吸收光譜儀在選定的儀器條件下進行測定，同時做空白試驗，扣除空白試驗的測定結果見表3。由表3可知，不同品種甘蔗汁中Fe和Zn含量存在明顯差異，整體含量較高；同時對標準物質（四川大米）GBW10043-GBW10052進行了測定，由測定結果計算得到的Fe含量為15.32 g/kg，Zn含量為14.76 g/kg，測定值在推薦值[Fe（14.4±2.0）、Zn（14.6±0.6）]的允許誤差范圍內，說明該方法的精確度比較高。

3 討論

3.1 標準曲線濃度梯度的選擇

試驗標準曲線濃度梯度選擇在0～10 μg/mL，設置6個濃度梯度，用三組標線同時檢測同批甘蔗汁樣，發現樣品濃度在1～5 μg/mL時樣品檢測誤差較低，故選擇標準曲線1梯度作為檢測曲線，且檢測標準差值小，重復性好（表4）。

3.2 消解劑與消解溫度的確定

消解劑的選擇：參考國標GB/T 5009.9-2003食品中鐵、鎂、錳的測定方法及國標GB/T5009.14-2003和食品中鋅的測定方法，選擇了以硝酸、硝酸和高氯酸混合酸、硝酸和雙氧水混合酸為消化液的消解劑，分別對5.0 mL甘蔗汁樣品進行消化分解。結果表明，單純用濃硝酸（HNO3）作消化液，消化不完全，不宜采用；參考相關文獻[15，16]用10∶3硝酸∶雙氧水（HNO3-H2O2）混合酸消化，消化時反應劇烈，溶液易飛濺，不好控制，也不宜采用；用硝酸∶高氯酸（HNO3-HClO4）混合酸20 mL做消化液時，樣品相對消化比較完全， 但兩種酸的比例不同時，其樣品的吸光度有差別，當兩種酸體積比為7∶2時，吸光度較一致且明顯高于兩種酸比例為6∶1和5∶1時的吸光度，且當二種酸體積為3∶1時，反應劇烈，故采用硝酸∶高氯酸（HNO3-HClO4）體積比為7∶2混合酸做消化液。

溫度選擇：在加入混合酸對樣品進行消化時，當消解溫度為200 ℃時，樣品反應劇烈，且極易飛濺，當把溫度控制在150 ℃左右進行樣品消化，反應平穩，容易控制，且效果較好；加水除酸過程中，樣品反應相對穩定，為了加快前處理進程，把溫度提高至180 ℃，提高了消化揮發時間，同時樣品反應平穩。

由以上結果發現，甘蔗品種間的Fe和Zn含量差異顯著，通過雜交甘蔗育種新材料（即品質育種），可篩選富Fe和富Zn的甘蔗新品種。建立一種準確、有效和方便的檢測技術，是篩選和培育高Fe和高Zn含量甘蔗新品種的關鍵。該方法基于原子吸收光譜法，經改進消化處理條件，用7∶2混合酸（硝酸：高氯酸）消化甘蔗汁樣品，通過控制消化條件，形成了一種濕化-原子吸收光譜法檢測甘蔗蔗汁Fe和Zn含量的方法。該方法具有測量精確、重復性好、檢出限高、回收率高，且適合大批量樣品同時檢測的特點，有效降低檢測成本和節約了時間，且該方法簡單有效，易于操作。

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