原子吸收光譜法測定花椒中鐵含量的前處理條件優化

常自強，范潤月，鄧 波，饒安舉，劉 環

（川北醫學院 預防醫學系，四川 南充 637007）

花椒是我國的特產，不僅可用于烹飪，還可用于醫療保健[1]。花椒中鐵元素含量豐富，過多會造成中毒表現。因此，對花椒中的鐵含量進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，是保證檢測結果可靠性的關鍵環節[3]。在食品檢驗中，這種方法可以實現樣品處理過程的高效、快速及安全[4]，并且具有準確性。但影響微波消解效率的因素較多，而微波消解條件的設定是否恰當，直接影響樣品前處理效果以及樣品中金屬元素測定結果準確性[5]。因此，本文利用正交試驗設計對實驗條件優化，采用微波消解～原子吸收光譜法測定花椒中鐵的含量，并對結果進行分析，得出花椒的最佳前處理條件，使得到的數據更具有準確性，并對花椒質量控制和合理開發利用提供依據。

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，蘇州晶瑞化學股份有限公司）；鐵標準液（1000μɡ/ml，國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；純凈水。

1.2 實驗方法

1.2.1 溶液的配制

（1）鐵標準系列溶液的配制：

準確吸取1000μɡ/mL的鐵標準溶液2.5ml，用純凈水定容至50ml容量瓶中，配制成濃度為50mg/L的標準應用液。臨用時，取鐵的標準應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的標準系列溶液。

（2）混和加標液的配制：

準確吸取1000μɡ/ml的鐵標準溶液10ml，加入100ml容量瓶中，定容，制得加標混合液，備用。

1.2.2 正交試驗設計

以硝酸量（A）、消解壓力（B）、消解溫度（C）和保持時間（D）為試驗因素，每個因素分別確定三個水平，根據正交試驗設計表L9（34）來設定消解程序組合，優化測定花椒中鐵含量的前處理條件。按照正交表L9（34）共進行9次實驗，每次做3個平行樣本，3個平行加標樣本，1個空白對照，最后得到63個樣液。

1.2.3 樣品前處理

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

按照設定的微波消解程序（見表1）進行消解，微波消解程序共分為3步，本實驗固定第1步和第3步，以第2步待定的硝酸量、消解壓力、消解溫度、保持時間為試驗因素，分別設定3個水平（見表2），依據表2來設定表1中的待定數據。

表1 微波消解程序

表2 正交試驗設計試驗因素和水平表

微波消解結束后，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減少，至黃豆樣大小，此時取下燒杯，冷卻后，將殘留的消解液轉移到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準系列溶液，測定各標準液濃度下的吸光度，最后得到鐵的標準曲線。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，通過計算得出加標回收率。吸取標準系列溶液的中間濃度，連續7次測定吸光度，得出花椒中鐵的相對標準偏差值。用原子吸收光譜儀對試劑空白連續測定11次，得到鐵的檢出限值。

2 結果

2.1 正交試驗結果

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準曲線回歸方程，算出花椒中的鐵含量，從而計算出加標回收率。本實驗共進行9次，每次做3組平行樣本，最后計算加標回收率的均值。結果見表3。

表3 正交試驗結果

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

2.2 精密度和檢出限值

為了驗證本實驗的可靠性，連續7次測定鐵標準系列溶液的中間濃度的標準溶液，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測定11次，得到鐵測定的檢出限值為0.011mg/L。

3 討論

3.1 結果分析

實驗結果表明，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、保持時間、消解溫度，加標回收率為84%～92%，鐵測定優化條件是硝酸量8ml，消解壓力40bar，消解溫度190℃，保持時間25min；本實驗測得的鐵測定的精密度為0.21%，檢出限值為0.011mg/L。在國家相關標準范圍內[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]等比較不同預處理方法對測定薺菜中金屬元素含量的影響實驗中，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%。比較后發現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確性。通過查閱文獻[8-10]，表明濕性消解和干性消解容易造成本底高、耗時長、易損失、且不安全，而微波消解很好的克服了這些問題，并具有密閉自動化、消解徹底、不易污染與損失、準確性高等優點。

正交試驗是一種高效處理多因素優化問題的科學計算方法，常用于研究多因素多水平優化問題[11]，利用正交表進行試驗，并對結果進行分析，可找出優化方案。如果根據傳統方法進行全面實驗，全面考察每個試驗因素，雖然也可以得出最佳條件，但工作量較大，對四因素三水平進行實驗，需進行34=81次實驗方可獲得結果，而采用正交實驗設計法的L9（34）正交表，僅需9次實驗[12，13]。

因此，正交試驗設計的應用節省了大量的人力、物力，縮短了實驗周期，并明確了試驗因素對試驗結果影響的重要程度，迅速找到最優方案[14]。本實驗以4個因素（硝酸量、消解壓力、消解溫度、保持時間）為實驗因素，確定3個水平進行正交試驗，通過9次實驗得到結果，并獲得了回收率較高的消解條件，為優化測定花椒中的鐵元素提供了依據。