原子吸收光譜法測定花椒中鐵含量的前處理?xiàng)l件優(yōu)化

常自強(qiáng)，范潤月，鄧 波，饒安舉，劉 環(huán)

（川北醫(yī)學(xué)院 預(yù)防醫(yī)學(xué)系，四川 南充 637007）

花椒是我國的特產(chǎn)，不僅可用于烹飪，還可用于醫(yī)療保健[1]。花椒中鐵元素含量豐富，過多會造成中毒表現(xiàn)。因此，對花椒中的鐵含量進(jìn)行測定是非常重要的。目前，常見的檢測金屬元素的方法有原子吸收光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、原子熒光光譜法等[2]，我們本次擬采用原子吸收光譜法對花椒中的鐵元素進(jìn)行檢測。在樣本的前處理方法上，微波消解是近年來新興且高效的一種樣品前處理方法，是保證檢測結(jié)果可靠性的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[3]。在食品檢驗(yàn)中，這種方法可以實(shí)現(xiàn)樣品處理過程的高效、快速及安全[4]，并且具有準(zhǔn)確性。但影響微波消解效率的因素較多，而微波消解條件的設(shè)定是否恰當(dāng)，直接影響樣品前處理效果以及樣品中金屬元素測定結(jié)果準(zhǔn)確性[5]。因此，本文利用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)對實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化，采用微波消解～原子吸收光譜法測定花椒中鐵的含量，并對結(jié)果進(jìn)行分析，得出花椒的最佳前處理?xiàng)l件，使得到的數(shù)據(jù)更具有準(zhǔn)確性，并對花椒質(zhì)量控制和合理開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

儀器：微波消解儀（Titan MPS，鉑金埃爾默儀器有限公司）；原子吸收光譜儀（PinAAcle 900T，鉑金埃爾默儀器有限公司）；酸蒸清洗儀（德國安東帕）；

試劑：硝酸（UPS級，蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司）；鐵標(biāo)準(zhǔn)液（1000μɡ/ml，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；純凈水。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 溶液的配制

（1）鐵標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的配制：

準(zhǔn)確吸取1000μɡ/mL的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液2.5ml，用純凈水定容至50ml容量瓶中，配制成濃度為50mg/L的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液。臨用時(shí)，取鐵的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液配制成濃度分別為0.5mg/L、1.0mg/L、1.5mg/L、2.0mg/L、2.5mg/L、3.0mg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

（2）混和加標(biāo)液的配制：

準(zhǔn)確吸取1000μɡ/ml的鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液10ml，加入100ml容量瓶中，定容，制得加標(biāo)混合液，備用。

1.2.2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以硝酸量（A）、消解壓力（B）、消解溫度（C）和保持時(shí)間（D）為試驗(yàn)因素，每個(gè)因素分別確定三個(gè)水平，根據(jù)正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表L9（34）來設(shè)定消解程序組合，優(yōu)化測定花椒中鐵含量的前處理?xiàng)l件。按照正交表L9（34）共進(jìn)行9次實(shí)驗(yàn)，每次做3個(gè)平行樣本，3個(gè)平行加標(biāo)樣本，1個(gè)空白對照，最后得到63個(gè)樣液。

1.2.3 樣品前處理

取6個(gè)消解罐，稱取0.3000g左右花椒粉末置于其內(nèi)，再取1個(gè)消解罐作為空白對照。在7個(gè)消解罐中加入所需硝酸和2ml雙氧水，然后在其中3個(gè)加有樣品的消解罐中加入混和加標(biāo)液，并對這7個(gè)消解罐做好標(biāo)記，靜置10-20分鐘，加蓋，放入微波消解儀中進(jìn)行消解。

按照設(shè)定的微波消解程序（見表1）進(jìn)行消解，微波消解程序共分為3步，本實(shí)驗(yàn)固定第1步和第3步，以第2步待定的硝酸量、消解壓力、消解溫度、保持時(shí)間為試驗(yàn)因素，分別設(shè)定3個(gè)水平（見表2），依據(jù)表2來設(shè)定表1中的待定數(shù)據(jù)。

表1 微波消解程序

表2 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)因素和水平表

微波消解結(jié)束后，取出消解罐，待冷卻后將消解液移入聚四氟乙烯燒杯中，然后置于石墨電熱平板上加熱，趕酸處理，待燒杯中的消解液蒸發(fā)減少，至黃豆樣大小，此時(shí)取下燒杯，冷卻后，將殘留的消解液轉(zhuǎn)移到50mL容量瓶中，再用純凈水多次少量洗滌燒杯，并移入容量瓶中，定容，備用。

1.3 測定方法

利用火焰原子吸收光譜儀依次吸取鐵的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，測定各標(biāo)準(zhǔn)液濃度下的吸光度，最后得到鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線。依次吸取消解處理后的花椒樣液，測定樣液中的鐵元素含量，通過計(jì)算得出加標(biāo)回收率。吸取標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的中間濃度，連續(xù)7次測定吸光度，得出花椒中鐵的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差值。用原子吸收光譜儀對試劑空白連續(xù)測定11次，得到鐵的檢出限值。

2 結(jié)果

2.1 正交試驗(yàn)結(jié)果

吸取花椒樣液，測定出花椒中鐵元素的吸光度，再利用制得的鐵的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，算出花椒中的鐵含量，從而計(jì)算出加標(biāo)回收率。本實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行9次，每次做3組平行樣本，最后計(jì)算加標(biāo)回收率的均值。結(jié)果見表3。

表3 正交試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)極差分析，在花椒中鐵的條件優(yōu)化中，微波消解效率的影響因素依次是：硝酸量、消解壓力、保持時(shí)間、消解溫度。四因素的最優(yōu)組合為：A3B1C3D3，即優(yōu)化的消解條件是硝酸量8ml，消解壓力40bar，消解溫度190℃，保持時(shí)間25min。

2.2 精密度和檢出限值

為了驗(yàn)證本實(shí)驗(yàn)的可靠性，連續(xù)7次測定鐵標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的中間濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，得出花椒中鐵測定的精密度為0.21%；用火焰原子吸收光譜儀對空白試劑連續(xù)測定11次，得到鐵測定的檢出限值為0.011mg/L。

3 討論

3.1 結(jié)果分析

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，影響微波消解法測定花椒中鐵含量效率的因素依次是：硝酸量、消解壓力、保持時(shí)間、消解溫度，加標(biāo)回收率為84%～92%，鐵測定優(yōu)化條件是硝酸量8ml，消解壓力40bar，消解溫度190℃，保持時(shí)間25min；本實(shí)驗(yàn)測得的鐵測定的精密度為0.21%，檢出限值為0.011mg/L。在國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)[6]，說明本法具有良好的精密度，符合檢測分析鐵元素的要求。

3.2 方法分析

孫長霞[7]等比較不同預(yù)處理方法對測定薺菜中金屬元素含量的影響實(shí)驗(yàn)中，測得干性消解后薺菜中鐵的回收率為98.17%，精密度為3.74%；濕性消解后鐵的回收率是99.17%，精密度為4.19%；微波消解后鐵的回收率為100.17%，精密度為2.85%。比較后發(fā)現(xiàn)與干性和濕性消解相比，微波消解對鐵元素的測定更具有準(zhǔn)確性。通過查閱文獻(xiàn)[8-10]，表明濕性消解和干性消解容易造成本底高、耗時(shí)長、易損失、且不安全，而微波消解很好的克服了這些問題，并具有密閉自動(dòng)化、消解徹底、不易污染與損失、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)。

正交試驗(yàn)是一種高效處理多因素優(yōu)化問題的科學(xué)計(jì)算方法，常用于研究多因素多水平優(yōu)化問題[11]，利用正交表進(jìn)行試驗(yàn)，并對結(jié)果進(jìn)行分析，可找出優(yōu)化方案。如果根據(jù)傳統(tǒng)方法進(jìn)行全面實(shí)驗(yàn)，全面考察每個(gè)試驗(yàn)因素，雖然也可以得出最佳條件，但工作量較大，對四因素三水平進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，需進(jìn)行34=81次實(shí)驗(yàn)方可獲得結(jié)果，而采用正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)法的L9（34）正交表，僅需9次實(shí)驗(yàn)[12，13]。

因此，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的應(yīng)用節(jié)省了大量的人力、物力，縮短了實(shí)驗(yàn)周期，并明確了試驗(yàn)因素對試驗(yàn)結(jié)果影響的重要程度，迅速找到最優(yōu)方案[14]。本實(shí)驗(yàn)以4個(gè)因素（硝酸量、消解壓力、消解溫度、保持時(shí)間）為實(shí)驗(yàn)因素，確定3個(gè)水平進(jìn)行正交試驗(yàn)，通過9次實(shí)驗(yàn)得到結(jié)果，并獲得了回收率較高的消解條件，為優(yōu)化測定花椒中的鐵元素提供了依據(jù)。