微波等離子體光譜法同時測定食鹽中多種微量元素

劉學國，劉果

(南陽理工學院 生物與化學工程學院，河南 南陽 473004)

食鹽在我們日常生活中扮演著重要的角色，使我們飯桌上的菜肴錦上添花、美味可口，適當選擇和食用還可以讓我們的身體更加健康[1,2]。隨著人類物質條件的逐漸改善，人們的安全、健康意識也不斷增加。營養學家根據人們的實際需要，以現代營養學和生命科學為依據調配了各種營養強化鹽。即將人體每天必需的營養元素例如Ca、Se、Fe、K、Mg、Zn等中的一種或者幾種科學、合理地調配到一般的食用加碘鹽中，以此來滿足不同群體的需要。雖然在人們的身體中這些元素的含量少之甚少，但對人們的新陳代謝、生理功能等發揮著不可低估的作用[3]。這些元素含量的多少與人體的生命健康有很大的關系，與多種疾病的發生也密切相關[4-6]。目前，關于各種食物中微量元素的研究已經日益成為食品科學、生命科學等領域研究的熱點之一。 因此，本文將采用4200型微波等離子體原子發射光譜法(MP-AES)開展加鈣鹽、低鈉鹽、天山冰晶鹽、鈉鉀調和鹽、喜馬拉雅玫瑰鹽等8種食鹽的探究[7]，研究結果為廣大市民群眾對于食鹽中各營養成分做出科學的評估和正確的選擇提供了理論支持。

目前常用的測定樣品中礦物元素的分析方法有原子熒光光譜法(AFS)、高效液相色譜法、電化學法以及分光光度法等[8-13]，但由于這些分析方法都具有一定的自身局限性，例如不可以對樣品中的多種元素同時測定分析、成本高、操作繁雜、基體效應大等。而MP-AES克服了以上方法中的絕大多數不足，它利用氮氣發生器從空氣中制取N2，在微波導波技術下氮氣被激發，發生電離形成氮等離子體，并作為穩定的激發光源。試樣在激發光源的作用下發生原子化、能級躍遷，最終形成特征發射譜線，從而達到對待測組分的定性和定量分析。其具有操作簡單、穩定性好、干擾小、快速、靈敏度高等優點[14]。該方法為食鹽中多種元素的同時分析測定提供了一套簡便、快捷、準確度高的科學理論依據。

1 實驗部分

1.1 實驗儀器及工作條件

Agilent 4200型微波等離子體原子發射光譜儀工作條件：五通道蠕動泵，泵速12 r/mim，讀取時間3 s，穩定時間15 s，Anto方式背景矯正，霧化器壓力180～240 kPa；沃特浦超純水設備:四川沃特爾水處理設備有限公司；Quintix 35-1分析天平：賽多利斯貿易有限公司；Top Pette移液槍：大龍興創儀器有限公司。

1.2 實驗試劑

濃鹽酸、濃硝酸(分析純，洛陽昊華化學試劑有限公司)；氫氧化鈉、硼氫化鉀(分析純，國藥集團化學試劑有限公司)；國家鈣、鎂標準溶液(鹽酸為穩定介質，分析純，國家材料測試中心鋼鐵研究總院)；鈉、鉀標準溶液(水為穩定介質，分析純，國家材料測試中心鋼鐵研究總院)；鐵、鋅、硒標準溶液(硝酸為穩定介質，分析純，國家材料測試中心鋼鐵研究總院)；實驗用水均由超純水設備制得(電導率為18.2 MΩ·cm)。

1.3 標準溶液的配制

本實驗采用標準儲備液的濃度均為1000 μg/mL，但由于母液的穩定介質不同，故需要分別配制混合標準溶液。

Ca、Mg、Fe、Zn、Se混合標準溶液的配制：用移液槍分別移取1000 μg/mL的Ca、Mg、Fe、Zn、Se標準溶液各500 μL于50 mL的容量瓶中，再分別用5% HCl和5% HNO3定容，搖晃均勻后，配制成10 mg/L的一級混合標準溶液。取13支刻度均為10 mL的比色管，依次進行編號。分別移取4，8，16，32，64，100，200，500 μL，1，2，4，8，10 mL的一級混合標準溶液于上述比色管中，再分別用5% HCl和5% HNO3定容，配制成濃度分別為4，8，16，32，64，100，200，500，1000，2000，4000，8000，10000 μg/L的標準溶液。同理，可配得Na、K混合系列標準溶液。

1.4 樣品處理

本實驗選取了從南陽各個超市及淘寶上購買的8種營養強化鹽作為檢測樣品，樣品的詳細信息見表1。

表1 樣品種類

為了探究樣品的處理方式對待測元素含量測定的影響，本實驗以喜馬拉雅玫瑰鹽粉試樣為代表對其采取了兩種處理方法：直接溶解法：用分析天平分別稱量0.2500 g的該食鹽樣品于3支50 mL的容量瓶中，再依次用5% HNO3、5% HCl、H2O溶解、稀釋，制成待測液。樣品消解法：用分析天平分別稱取該食鹽樣品0.2500 g于3支50 mL的燒杯中，然后各加入5 mL 5%的硝酸試劑，在90 ℃的水浴鍋中進行加熱消解。1 h后，把消解后的溶液分別轉入到50 mL的容量瓶中，然后用各自最優介質進行定容，搖勻，配制成樣品待測溶液。

1.5 樣品的測定

探究介質的酸度(5% HCl、10% HCl)、介質的種類(HCl、HNO3、H2O)對待測元素發射光的強度、標準曲線的相關性、檢出限高低的影響，得出最優的測定方案。在最佳儀器條件和最優測定方案下，分別測定空白液、系列標準液、上述兩種處理狀態下各種食鹽樣品中元素的具體百分含量。

2 實驗結果與討論

2.1 酸度對測定結果的影響

不同酸度條件下各元素的標準曲線見圖1。

圖1 不同酸度條件下各元素的標準曲線

由圖1可知，以5%鹽酸為酸介質與以10%鹽酸為酸介質時，各元素的線性相關性均較好，在0.9960以上。數據表明，介質的酸度對Ca、Mg、Fe、Zn、Se 5種元素測定的強度值均有一定的影響，但相差不大。由不同酸度下各元素的相關系數、線性動態變化范圍綜合分析可以得出介質酸度對各元素的測定影響不大，故本實驗選擇5%鹽酸為最佳酸介質。

2.2 介質種類對測定結果的影響

2.2.1 標準曲線

不同酸介質條件下各元素的標準曲線見圖2。

圖2 不同酸介質條件下各元素的標準曲線

2.2.2 檢出限、定量限

不同介質條件下(H2O、5% HCl、5% HNO3)各元素檢出限和定量限的計算結果見表2。

表2 不同介質條件下的檢出限及定量限

由圖2和表2可知，酸介質的種類對元素測定的靈敏度和精確度具有較大影響。Fe、Zn、Ca 3種元素最佳測定介質為5%的硝酸；Na、K 2種元素以水為介質時具有較寬的線性范圍、較低的檢出限，適合樣品中該元素檢測分析；Mg、Se 2種元素最佳的測定介質為5%鹽酸。但圖表中數據顯示：在測定Se元素時，無論在硝酸介質條件下，還是以鹽酸為介質，溶液的強度值均較低，當標液的濃度達到10 mg/L時，所對應的強度值只有200左右。另外，該方法的檢出限達到44.2825 μg/L，表明該方法并不是測Se元素的最佳選擇。因此，本實驗將采取MP-AES多通道法來測定食鹽試樣中Se元素的含量。

2.3 單通道與多通道法對硒元素測定的影響

不同檢測方法對Se元素含量測定的影響見圖3。

由圖3可知，在采用氫化物發生法測定Se元素時，所得溶液的強度值約為單通道法的3倍，表明多通道法對于Se元素的測定具有極其高的靈敏度。另外，由兩者的標準曲線可知，采用多通法測定Se元素所得結果的線性較好，檢出限遠遠低于單通道法的44.2825 μg/L，為0.01732 μg/L。即該方法具有較高的靈敏度和準確度，是測定Se元素的最佳選擇。

圖3 不同檢測方法對Se元素測定的影響

2.4 樣品的處理方式對元素含量測定的影響

樣品的處理方式對各元素含量測定的影響見圖4。

圖4 樣品的處理方式對各元素含量測定的影響

由圖4可知，食鹽試樣的處理方式對樣品中Ca、Mg、Fe、Se、K、Na 6種元素的測定均影響不大，但對于Zn元素來說，采用消解的方式可以獲得更高的測定結果，原因可能是該鹽樣品中的Zn元素是以乳酸鋅或葡萄糖酸鋅有機物的形式存在，通過消解可以使樣品充分溶解，破壞其結構，使Zn2+盡可能釋放到溶液中。因此，除了Zn元素測定時采用消解的方法處理樣品，其他元素測定時均采用直接溶解的方法處理樣品。

2.5 樣品含量分析

2.5.1 低鈉鹽

不同低鈉鹽與普通加碘鹽含量對比分析見圖5。

圖5 不同低鈉鹽與普通加碘鹽含量對比分析

由圖5可知，2種低鈉鹽中Na元素的含量明顯低于普通加碘鹽。NaCl的質量配比由原鹽的98.78%和93.1%分別降為62.9%和70.2%，其中益鹽堂低鈉鹽中，NaCl∶KCl∶MgSO4為63%∶15%∶8%；茶卡低鈉鹽中，NaCl∶KCl∶MgSO4為68%∶22%∶9%，即在原精純鹽基礎上添加了不同比例的K、Mg元素，可以調節人體中 Na+、K+、Mg+的動態平衡，有效防止高血壓等疾病的產生。因此，大家可以根據自身需要選擇不同鈉含量的食鹽。

2.5.2 天然鈣鹽

天然鈣鹽與普通加碘鹽中元素含量對比見圖6。

圖6 加鈣鹽與普通食鹽含量對比分析

由圖6可知，天然鈣鹽中Na元素的含量與普通加碘鹽相當，但Ca元素的含量遠遠大于普通加碘鹽，約為其含量的5～26倍。因此，對于缺鈣的兒童、老年人等特殊群體，天然鈣鹽是其獲得鈣元素的一個很好的營養源。

2.5.3 硒營養強化鹽

加硒鹽與普通加碘鹽含量對比分析見圖7。

圖7 加硒鹽與普通加碘鹽含量對比分析

由圖7可知，天山冰晶鹽中Se元素的含量遠遠大于普通加碘鹽，約為其含量的16倍。按照每日攝入的食鹽量為6 g來計算，每天可以獲得61.7 μg的Se元素，這符合世界衛生組織[15]推薦的成年人每天Se元素攝取量為50～200 μg的要求，不僅能夠在一定程度上滿足機體的需求，又遠遠小于中毒劑量400 μg/d。因此，在日常膳食中經常食用含Se的營養強化鹽，對人體有很大的益處。

2.5.4 喜馬拉雅玫瑰鹽

玫瑰鹽與普通食鹽中元素含量對比分析見圖8。

圖8 玫瑰鹽與普通食鹽含量對比分析

由圖8可知，喜馬拉雅玫瑰鹽中同時含有7種營養元素，其中Ca元素的含量是普通食鹽的12倍，Fe元素的含量高達343.33 μg/g。因此，要想同時獲得各種營養元素，玫瑰鹽是一個不錯的選擇。但應該注意的是，玫瑰鹽中Na元素含量較高，約為460.05 mg/g，是普通食鹽的1.2倍，因此在日常食用時要特別注意每日攝入量。

2.6 樣品加標回收率

樣品加標回收率的測定結果見表3。

表3 加標回收率測定結果

由表3可知，食鹽試樣中各元素的加標回收率在96.6%～110.3%之間，進一步說明MP-AES法具有較高的準確度和精確性，適用于食鹽樣品中各元素的檢測分析。

3 結論

本實驗分別探究了介質的種類、酸的含量、食鹽試樣的處理方式對最終檢測結果的影響，并重點分析了各營養強化鹽與普通加碘鹽在元素含量上的差別。實驗結果表明：鹽酸的濃度對檢測結果幾乎無影響；酸介質的種類對各待測元素具有不同程度的影響；消解法可以顯著提高樣品中鋅元素含量的測定，但對其他6種元素的測定影響不大；每種營養強化鹽均可以對應補充機體所需要的有益微量元素，作為其重要的營養源。但要注意各種食鹽的適用人群和每日攝入量，合理、健康地選擇適合自己的營養強化鹽。