微波消解-連續光源火焰原子吸收光譜法測定中華絨螯蟹腹部和腿部肌肉中8種金屬元素

張政權，黃冬梅，楊光昕，韓 峰，田良良，伍 姿

(1.上海海洋大學 食品學院，上海 201306；2.中國水產科學研究院 東海水產研究所 農業部遠洋與極地漁業創新重點實驗室，上海 200090)

中華絨螯蟹俗稱河蟹、大閘蟹，主要分布在亞洲北部和我國的東部沿海省份[1]，中華絨螯蟹肉質鮮嫩，營養豐富，深受國內消費者的喜愛[2]。隨著中華絨螯蟹需求量的迅速增加，我國的東南沿海省份開始大規模人工養殖，2017年我國的中華絨螯蟹產量達到了812 103 t[3]，基本上能夠滿足廣大消費者的需求，但優質蟹的數量還遠遠不足。

目前針對中華絨螯蟹的研究主要集中在其脂肪酸及其風味物質組成方面[3-5]，對其礦物元素方面的研究較少，中華絨螯蟹的風味主要由其體內的醇類、酮類、呋喃類、含氮類和芳香類物質決定[6]，而礦物元素則直接參與中華絨螯蟹體內復雜的生化反應，對中華絨螯蟹的肉質起到重要的調節作用。中華絨螯蟹體內的元素種類較多，根據占其體重的比率不同可分為常量元素和微量元素。蟹肉四大常量元素為鉀、鈣、鈉、鎂，其中含量最多的元素是鉀和鈉，兩者在蟹肉干重中質量分數分別為12 580，7 845 mg·kg－1，鉀和鈉是維持生物體細胞內外滲透壓平衡的主要元素，在肌肉組織中廣泛存在[7]，在肌肉組織中含量最高；鈣是構成生物體骨骼和外殼的主要元素，在肌肉組織中含量相對較少；鎂在肌肉組織中的含量僅次于鉀、鈉、鈣，是生物體內第四大金屬元素，在細胞內主要參與鉀和鈉離子的轉運，另外還對細胞的增殖和分化有重要的調控作用。鐵、錳、鋅、銅是生物體內的微量元素，在蟹肉組織中含量較少，但卻是生物體維持正常的生命活動必不可少的元素[8]，生物體內微量元素的含量一定程度上反應了生物體的營養健康狀況。生物體內這些元素的含量分析可以為其正常的生長發育提供良好的科學指南。

本工作通過微波消解-連續光源火焰原子吸收光譜法測定了中華絨螯蟹的腹部和腿部肌肉中鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵等8種金屬元素的含量，以期能為中華絨螯蟹養殖條件的優化和品質的鑒定提供技術參考。

1 試驗部分

1.1 儀器與試劑

Contr AA-700型原子吸收光譜儀；Milli-Q ELEMENT 型超純水機；FreeZone 型真空冷凍干燥機；JA5000C型精密電子天平；ETHOS 1型微波消解儀；HP-H35SC型電加熱板。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素單標準儲備溶液:100 mg·L－1，介質為1%(體積分數，下同)硝酸溶液。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素標準溶液系列:取適量的8種金屬元素單標準儲備溶液，用1%硝酸溶液配制成0.1，0.2，0.4，0.8，1.0 mg·L－1的鉀標準溶液系列、1.0，2.0，3.0，4.0，5.0 mg·L－1的鈣標準溶液系列、0.03，0.06，0.1，0.2，0.3 mg·L－1的鈉標準溶液系列、0.05，0.1，0.2，0.4，0.5 mg·L－1的鎂標準溶液系列、0.3，0.6，1.0，2.0，3.0 mg·L－1的錳標準溶液系列、0.2，0.4，0.8，1.0，1.5 mg·L－1的鋅標準溶液系列、0.5，1.0，2.0，3.0，4.0 mg·L－1的銅標準溶液系列、1.0，2.0，4.0，6.0，8.0 mg·L－1的鐵標準溶液系列。

鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、銅、鐵元素單標準溶液:1.0 g·L－1。

硝酸、過氧化氫為分析純；試驗用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

原子吸收光譜儀工作條件見表1。微波消解條件見表2。

表1 儀器工作條件Tab.1 Instrumental working conditions

表2 微波消解條件Tab.2 Microwave digestion conditions

1.3 試驗方法

2018年11月份于興化養殖塘采集中華絨螯蟹12只，質量為72～149 g，取其腹部及腿部肌肉，用超純水沖洗后放入－50 ℃冰箱冷凍12 h，隨后放入真空冷凍干燥機中干燥24 h，干燥后的樣品研磨均勻放入干燥器中保存。稱取0.5 g干燥后的樣品于消解罐中，加入5 mL硝酸和1 mL過氧化氫后進行酸解并放置過夜，酸解后，將樣品放入微波消解儀中，按表2的消解條件進行消解，消解結束后將消解罐放在加熱板上趕酸，待消解罐中的液體至澄清透明后取出冷卻至室溫，加入適量水稀釋，用水定容至25 mL(測定鈣時，用5 g·L－1硝酸鑭溶液稀釋定容)，在儀器工作條件下測定。

2 結果與討論

2.1 消解方法的選擇

目前關于食品消解方法的研究很多[9-14]，主要分為干法灰化和濕法消解等2種方式。干法灰化法雖然避免了試劑的使用，但灰化過程中溫度較高，有可能造成待測元素的損失，且消解所用坩堝可能造成待測元素的吸附；另外鉀、鈣、鈉、鎂等4種常量元素在實驗室中無處不在，長時間暴露在開放環境中極可能造成樣品污染，從而對這4種元素的測定結果產生影響。綜合考慮，試驗選擇酸消解加以微波密閉輔助加熱的方法對樣品進行前處理。

消解酸體系主要有高氯酸-硝酸體系、硝酸體系等，硝酸是唯一一種可以單獨使用的消解用氧化性酸[15]，硝酸體系在消解含脂肪較少的生物樣品時相對比較溫和、緩慢、安全。試驗所用樣品為脂肪含量較少的蟹肉干粉，試驗發現，用5 mL 硝酸-1 mL 過氧化氫體系酸解樣品并放置過夜，即可達到將樣品完全酸解的目的，酸解后的樣品幾乎完全溶于酸解體系中，其中過氧化氫在酸解過程中起催化作用。消解完成后，金屬元素均以易溶于水的硝酸鹽形式存在于溶液中，由于消解過程在密閉容器中進行，樣品與外界隔絕從而避免了樣品被污染，且微波消解只需要提前設置好消解條件即可自行完成消解過程，實現了整個消解過程的自動化[16]。

2.2 儀器工作條件的優化

在選擇待測元素吸收波長時，應盡量選擇靈敏度最高的譜線，且保證各元素特征譜線之間沒有干擾。可通過調節燃燒頭的高度來調節光束通過火焰時的溫度，對于易電離的元素，光束通過火焰溫度較低的位置能一定程度上減弱電離效果；而對于難電離的元素，光束通過火焰溫度最高的位置能增強電離效果。

增加光譜帶寬可以一定程度上增強儀器的穩定性、提高測定結果的精密度，但如果待測元素譜線附近有其他譜線存在時，則會產生光譜干擾，使測定結果的靈敏度降低，標準曲線線性變差，所以，在保證測試靈敏度的前提下，應選擇較寬的光譜通帶，儀器工作條件見1.2節。

2.3 儀器干擾的排除

在測定鈣元素時，樣品溶液中PO43－會與其形成難原子化的化合物，從而影響鈣元素的測定，而鑭鹽可起到釋放劑的作用[17]，消除PO43－的干擾。試驗考察了不加硝酸鑭和添加3個濃度水平的硝酸鑭溶液時對樣品溶液中鈣元素吸光度的影響，結果見圖1。

圖1 鈣元素吸光度隨硝酸鑭溶液質量濃度的變化Fig.1 Changes of calcium absorbance with mass concentrations of lanthanum nitrate solution

由圖1可以看出:當硝酸鑭溶液的質量濃度為5 g·L－1時，鈣元素的吸光度最高；增加或降低硝酸鑭溶液的質量濃度，吸光度均呈下降趨勢，這與文獻[18]結果一致。試驗選擇5 g·L－1的硝酸鑭溶液稀釋樣品溶液。

在測定鉀、鈉時容易發生電離效應，一般選擇在樣品溶液中加入銫鹽抑制其電離。試驗考察了5 g·L－1氯化銫和不加氯化銫對樣品溶液中鉀、鈉吸光度的影響，結果發現，兩種情況下鉀、鈉吸光度幾乎沒有差異，推斷原因主要有2種:①銫是通過自身的電離抑制鉀、鈉的電離，而試驗樣品中元素種類復雜，在一定程度上能抑制鉀、鈉的電離；②試驗樣品中的鉀、鈉元素含量很高，發生電離的元素只占其中很少一部分，對測定結果的影響可以忽略不計。

2.4 標準曲線

由于試驗測定的8種金屬元素在樣品中的含量差別較大，要使原子吸收光譜儀能夠同時測定這8種元素，除了需要對樣品定容體積進行調整，還需要對各元素的標準曲線的線性范圍進行優化，使樣品和標準曲線的吸光度都位于原子吸收光譜儀的線性范圍內，各元素標準曲線的線性范圍、線性回歸方程和相關系數見表3。

表3 線性參數Tab.3 Linearity parameters

2.5 檢出限

按照試劑空白吸光度的3倍標準偏差比標準曲線斜率計算檢出限，鉀、鈣、鈉、鎂、錳、鋅、鐵、銅的檢出限(3s/k)分別為118，18.5，101.4，89.0，0.06，0.68，0.44，0.096 mg·kg－1，均低于國家標準GB/T 13885－2017《飼料中鈣、銅、鐵、鎂、錳、鉀、鈉和鋅含量的測定 原子吸收光譜法》的規定。

2.6 精密度和回收試驗

在向空白樣品中添加已知含量的標準溶液進行加標回收試驗，每種元素設置3個加標平行樣，每個加標平行樣重復測試3次，計算回收率和測定值的相對標準偏差(RSD)，結果見表4。

表4 精密度和回收試驗結果(n＝9)Tab.4 Results of tests for precision and recovery(n＝9)

由表4 可知:8 種金屬元素的回收率為96.0%～107%，滿足實驗室檢測要求。RSD 為1.1%～5.4%，說明該方法的精密度較高，測量結果穩定，單次測定結果真實可靠。

2.7 樣品分析

按照試驗方法對樣品進行測定，鉀、鈣、鈉、鎂、鋅、錳、銅、鐵的質量分數分別為12 580，2 196，7 845，1 536，190，10.42，87.0，31.25 mg·kg－1。

本工作采用微波消解-連續光源火焰原子吸收光譜法測定了中華絨螯蟹腹部和腿部肌肉中的鉀、鈣、鈉、鎂、鋅、錳、銅、鐵等8種金屬元素含量，該方法的準確度高，回收率好，且該方法的前處理過程簡單，原子吸收光譜采用的連續光源可同時測定多種元素；相較于傳統的單元素燈省去了換燈步驟，節省了測定時間，并且比傳統的原子吸收光譜儀的靈敏度高，檢出限低；比電感耦合等離子體質譜儀測量成本更低，是一種非常經濟高效且可以多元素同時測定的方法。