ICP-OES 法測定飲用天然礦泉水中4 種陽離子和4 種界限指標元素

姜華軍，魏 敏，張 羽

（威海市食品藥品檢驗檢測研究院，山東威海 264210）

飲用天然礦泉水是從地下深處自然涌出的或經人工采集的、未受污染的地下水，含有一定量的礦物質鹽和微量元素。《食品安全國家標準 飲用天然礦泉水》（GB 8537—2018）中規定了礦泉水的7 項界限指標，包括鋰、鍶、鋅、硒、偏硅酸、游離二氧化硫、溶解性總固體[1]。多種界限指標元素與人的身體健康和發育密切相關。例如，鋰能夠調節中樞神經系統，并改善造血功能；鍶有促進骨骼生長以及防治心血管疾病的作用；鋅是核酸、蛋白質合成的要素，能夠影響組織再生，促進生長發育；硒具有一定的抗氧化作用，還可以調節免疫功能，提高機體抵抗力[2-4]。鉀、鈉、鈣、鎂是礦泉水中4 種主要的陽離子，也是人體必需的礦物質元素，對于維持機體酸堿平衡和正常滲透壓、維持神經和肌肉興奮性、促進骨骼和牙齒形成等具有重要作用。陽離子和界限指標元素的測定對于飲用天然礦泉水的品質評價和質量控制有重要意義。

電感耦合等離子體發射光譜（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）因具有準確度高、線性范圍寬、可同時分析檢測多種元素等優點，被廣泛應用于各個領域[5-7]。本實驗采用ICP-OES法同時測定飲用天然礦泉水中鉀、鈉、鈣、鎂4 種陽離子和鋰、鍶、鋅、硒4 種界限指標元素，考察線性范圍、檢出限、定量限、加標回收率和精密度，并對多份市售礦泉水樣品進行測定，為市售礦泉水的品質鑒別提供方法和數據參考。

1 材料與方法

1.1 試劑和材料

硝酸（優級純）：德國Merck 公司；超純水（電阻率≥18.2 MΩ·cm）：實驗室自制；鉀、鈉、鈣、鎂、鋰、鍶、鋅、硒單元素標準溶液（1 000 mg·L-1）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

1.2 儀器和設備

Optima 8000 電感耦合等離子發射光譜儀：美國PerkinElmer 公司；Milli-Q Direct 8 超純水系統：德國Merck Millipore 公司。

1.3 標準溶液配制

吸取各單元素標準溶液，用2%硝酸溶液逐級稀釋，配制成混合標準工作溶液系列，各元素的濃度見表1。

1.4 樣品處理

飲用天然礦泉水樣品清潔無污染，因此在測定前無須進行消解，只需進行酸化處理。取一定量的礦泉水樣品，加入終濃度為2%的硝酸進行酸化，待上機檢測。若水樣中某一元素含量超出標準系列濃度范圍，則用2%硝酸溶液將水樣進行適當稀釋后檢測。

1.5 儀器工作條件

射頻功率1 300 W；等離子氣流量12 L·min-1；輔助氣流量0.2 L·min-1；霧化器氣體流量0.55 L·min-1；樣品提升流量1.5 mL·min-1；高濃度元素K、Na、Ca、Mg、Sr 采用徑向觀測方式，觀測高度15 mm；Li、Zn、Se 采用軸向觀測方式。

1.6 分析譜線選擇

對上述待測元素各選擇多條不同的分析譜線進行測定，最終選擇干擾少、信號強度高且穩定性好的譜線作為分析譜線，見表2。

表2 待測元素的分析譜線選擇

2 結果與分析

2.1 標準工作曲線

在上述儀器工作條件下，按濃度由低到高依次對混合標準工作溶液中各元素進行測定，根據各元素濃度和相應譜線強度建立標準工作曲線，結果見表3。各元素在其相應的濃度范圍內均有良好的線性關系，相關系數均大于0.999。

表3 各元素測定的標準工作曲線

2.2 方法檢出限和定量限

以2%硝酸溶液作為空白試樣，平行測定20 次，計算各元素譜線強度值的標準偏差。3 倍標準偏差對應的濃度為方法檢出限[8]，10 倍標準偏差對應的濃度為方法定量限，結果見表4。8 種元素測定的方法檢出限在0.000 082 ～0.025 000 mg·L-1，方法定量限在0.000 270 mg·L-1～0.083 000 mg·L-1。

表4 各元素測定的方法檢出限和定量限

2.3 加標回收和精密度實驗

按上述方法測定某一礦泉水試樣中8 種元素的含量，記為本底值。向這一礦泉水試樣中加入3 個不同濃度水平的混合標準溶液，制備加標試樣，重復測定6 次，計算各元素的加標回收率和RSD，見表5。8 種元素的平均加標回收率在96.0%～107.0%，表明準確度較高；平均相對標準偏差為0.1%～4.8%，表明精密度良好。

表5 加標回收率和精密度實驗結果

2.4 實際樣品測定

利用所建立的方法對5 份不同品牌的市售飲用天然礦泉水樣品進行檢測，結果見表6。所有被測礦泉水樣品中均含有較高水平的鉀、鈉、鈣、鎂4 種陽離子，其含量在不同品牌之間有差異，均在產品標簽標示的范圍內。5 份樣品中的鍶元素均達到了GB 8537—2018 中規定的界限指標含量要求（≥0.20 mg·L-1），表明5 份被測礦泉水樣品均為鍶型礦泉水。只有1 份樣品檢出了鋰和鋅元素，但含量均不在GB 8537—2018 規定的范圍內。

表6 不同品牌市售礦泉水樣品中8 種元素測定結果

3 結論

陽離子和界限指標元素含量是評價飲用天然礦泉水品質的重要指標。GB 8537—2018 中規定了7 種界限指標的含量要求，且規定礦泉水產品標簽應標示達標的界限指標以及主要陽離子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）的含量范圍[1]。本實驗采用電感耦合等離子體發射光譜法測定飲用天然礦泉水中鉀、鈉、鈣、鎂4種陽離子和鋰、鍶、鋅、硒4 種界限指標元素，樣品經酸化處理后直接上機檢測，操作過程簡單，檢測速度快。實驗結果顯示，對于8 種元素的測定，該方法線性關系良好，方法檢出限、加標回收率和精密度等各項指標均符合要求，可以滿足礦泉水類型和品質快速檢測鑒別的需要。