硝酸濃度對火焰-原子吸收光譜法測定牛奶中鈣含量的影響

李寄瑋，劉傳栩，邢益俊，紀坤發，楊愛君，何 瑛

廣東燕塘乳業股份有限公司，廣東廣州 511356

0 引言

鈣對人的生命活動具有重要的作用，體內充足的鈣有利于全面增強人體體質[1]，缺鈣將引發各種骨骼疾病，以及動脈粥樣硬化、原發性高血壓癥等疾病[2]。在日常生活中，吃太咸的食物、挑食、長期喝咖啡濃茶、吸煙飲酒、運動過少等，均會導致身體鈣的流失[3]。牛奶是人體最佳的鈣源，其中的鈣可以減少人體內的脂肪堆積[4，5]。從另一個角度來看，鈣含量也會直接影響原料奶的質量[6]。因此，牛奶中鈣含量的測定至關重要。

火焰-原子吸收光譜法作為國標食品中鈣的測定的第一法[7]，該測定方法的實際應用中，因標準系列溶液與待測樣品溶液硝酸濃度差距太大，存在試驗結果有誤差的問題。所以，為了更準確地得到檢驗結果，本試驗展開了不同硝酸濃度對火焰原子吸收光譜法測定鈣含量影響的初步研究。

1 材料與方法

1.1 試劑

硝酸（65%，優級純），德國Merck科技有限公司；鈣標準儲備液（1000 mg/L），中國計量科學研究院；氧化鑭（4N，高純）國藥集團化學試劑有限公司；鹽酸（分析純），廣州化學試劑廠；用水為一級水。

鑭溶液（50 g/L）：稱取29.32 g氧化鑭，先用少量水濕潤后，再加入125 mL鹽酸溶解，轉入500 mL容量瓶中，加水定容至刻度，混勻。

鈣標準中間液（100 mg/L）：準確吸取鈣標準儲備液（1000 mg/L）10 mL于100 mL容量瓶中，加水定容至刻度，搖勻。

本文中所指的硝酸濃度均為體積分數。

1.2 儀器設備

AA800原子吸收光譜儀（配有鈣空心陰極燈），美國珀金埃爾默公司；Multiwave PRO微波消解儀，奧地利AntonPaar公司；空氣壓縮機、高純乙炔（99.99%）鋼瓶，廣州市廣氣氣體有限公司；Mili-Q超純水系統，美國Millipore公司；移液槍（1 mL，5 mL），德國Brand公司；METTER TOLEDO 204T電子天平，梅特勒-托多利儀器（上海）有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 試驗原理

樣品經過微波消解處理后，加入鑭溶液作為鈣的釋放劑，再經過火焰-原子吸收光譜儀的噴霧器形成霧粒，進入霧化器與助燃劑均勻混合形成火焰原子化，在422.7 nm處測定的吸光度與鈣含量成正比，與標準系列曲線比較定量。

1.3.2 火焰原子吸收光譜儀測試條件

用火焰原子吸收光譜儀對鈣元素進行測定時，燃氣類型為空氣-乙炔，使用空氣-乙炔10 cm單縫燃燒頭和鈣空心陰極燈，燃燒頭可通過優化找到最佳位置，具體設定參數如表1所示。

表1 火焰原子吸收光譜儀測試條件

1.3.3 微波消解儀程序升溫條件

樣品消解使用的是安東帕Multiwave PRO微波消解儀，配置包括有機消解轉子16HF100以及全密閉消解罐，其中參比罐為壓力一體式傳感器，消解儀通過調整功率控制樣品消解時的溫度，最佳升溫程序如表2所示。

表2 微波消解儀升溫程序

2 結果與分析

2.1 不同硝酸濃度下標準系列曲線的信號值比較

以純水、1% HNO3、2% HNO3、3% HNO3、4% HNO3、5% HNO3為基質，分別吸取鈣標準中間液（100 mg/L）0 mL、0.5 mL、1.0 mL、1.5 mL、2.0 mL、2.5 mL于50 mL 容量瓶中，另在各容量瓶中加入2 mL鑭溶液（50 g/L），此鈣標準系列溶液中鈣的質量濃度分別為0.0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L、5.0mg/L。按表1所列條件測定不同硝酸濃度下標準系列曲線的信號值，以標準曲線濃度為X，各點的空白校正信號為Y，繪制標準曲線進行對比，結果如圖1所示。

由圖1可知，以純水和1% HNO3為基質的標準系列曲線，空白校正信號明顯高于其他標準曲線，并且鈣離子濃度越高，信號差異越明顯，說明硝酸濃度對鈣離子的測定有負干擾的作用，隨著硝酸濃度的增大，作用逐漸加強，但是達到一定濃度（2%）之后，負干擾作用不再加強，相同鈣離子濃度的空白校正信號強度基本不變。

圖1 不同硝酸濃度的標準系列曲線空白校正信號比較

2.2 硝酸濃度對加標回收率的影響

準確吸取鈣標準中間液（100 mg/L）于50 mL 容量瓶中，分別加入鑭溶液（50 g/L）和硝酸，最后加水定容至刻度，搖勻，配制成表3所示的鈣標準系列溶液。按表3所列條件測定以不同硝酸濃度為介質的加標樣品（鈣濃度3.00 mg/L），各樣品按2 g/L的濃度加入鑭溶液，重復測定三次，計算加標回收率均值和RSD值，結果如表4所示。

表3 標準系列溶液的配制

由表4可知，不同硝酸濃度下的加標樣品，RSD值差距不大，但是回收率均值有明顯差異，由于硝酸濃度對鈣離子測定的負干擾作用，在2% HNO3為介質的標準曲線中，當硝酸濃度小于1%，回收率明顯偏高，當硝酸濃度大于2%時，回收率基本保持不變。與孫琦[8]的試驗方法對比，他通過正交試驗確定最佳消解條件，最終待測樣品溶液的硝酸濃度約為0.4%，標曲系列曲線不加硝酸，平均加標回收率為96.9%，而本試驗通過補加硝酸的方法，平均回收率可達101.50%，RSD ＜ 2%，說明該方法的回收率好，精密度高。

表4 硝酸濃度對加標回收率的影響

2.3 硝酸濃度對測定牛奶中鈣含量的影響

準確稱取牛奶樣品1.000 g于微波消解罐中，加入5 mL 硝酸，按照微波消解的操作步驟消解牛奶樣品，消解的升溫程序按照表2所示，冷卻后取出消解罐，將消化液轉移至50 mL容量瓶，用少量水沖洗2～3 次合并于容量瓶中，用水定容至刻度。根據實際測定的需要，分別吸取5 mL上述溶液于兩個不同的50 mL容量瓶中，其中一個加入0.5 mL硝酸使其濃度大約為2%，并在稀釋液中加入2 mL鑭溶液（50 g/L），使其在最終稀釋液中的濃度為2 g/L，用水定容至刻度，混勻備用，此為待測樣品溶液。使用硝酸濃度為2%，鑭溶液濃度為2 g/L，鈣的質量濃度分別為0.0 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L、5.0 mg/L鈣標準系列溶液制作標準曲線，在相同試驗條件下，分別吸入補加硝酸和不補加硝酸的待測樣品溶液，重復測定三次，比較兩者的試樣濃度差距，結果如表5所示。

表5 硝酸濃度對測定牛奶中鈣含量的影響

從表5中可以看出，4 個牛奶樣品不補加硝酸直接測定試樣中的鈣含量，結果均高于補加硝酸后的測定結果，牛奶樣品經過微波消解會有少量的硝酸損失忽略不計，補加硝酸之后待測試樣的硝酸濃度約為2%，與鈣標準系列溶液的硝酸濃度大致相等，根據文中2.2加標回收試驗結果可知，補加硝酸后的檢測結果更接近真實值，而不補加硝酸的待測樣品硝酸濃度約為1%，檢測結果的誤差＞5%。

3 結論

綜上所述，硝酸濃度對于火焰—原子吸收光譜儀測定鈣離子具有負干擾的作用，當硝酸濃度＜2%時，鈣離子濃度越高，負干擾作用越明顯，反之，負干擾作用不再增強，相同鈣離子濃度的空白校正信號強度基本不變，因此不能因為信號值下降就將硝酸濃度控制在0.80%～2.00%[9]，牛奶中鈣的含量通常較高，如果按照國標GB 5009.92—2016[7]的方法，標準系列曲線硝酸濃度為5%，而樣品微波消解后需要趕酸，再稀釋后硝酸濃度偏低，最終導致檢測結果回收率偏高。因此，為了提高試驗結果的準確性和回收率，樣品消解后，無需進行趕酸，直接將消解液轉移至容量瓶定容，可以節省樣品前處理的時間，再根據需要稀釋，通過補加一定量的硝酸使待測溶液最終濃度≥ 2%，可以有效地消除鈣離子測定中硝酸濃度的影響，提高檢測結果的準確性，更科學地評價牛奶中鈣的含量。