馬占玲 勵(lì)建榮

ICP－AES法測(cè)定小米和高粱米中的金屬元素

馬占玲 勵(lì)建榮

(渤海大學(xué)化學(xué)化工與食品安全學(xué)院遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，錦州 121013)

用微波消解，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法測(cè)定小米和高粱米中的金屬元素。試驗(yàn)結(jié)果表明，2種粗糧中富含多種對(duì)人體有益的K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu等金屬元素。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，高粱米中各種金屬元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大米，8種金屬元素的含量均是大米的幾十至幾百倍;小米中的各種金屬元素的含量也超過大米?？梢娦∶缀透吡幻资侨藗冿嬍持泻芎玫牡V物質(zhì)來(lái)源。方法回收率在92．0%～102．0%之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4．8%。方法操作簡(jiǎn)單，分析速度快，準(zhǔn)確度高，靈敏度好。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法 微波消解 高粱米 小米 金屬元素

小米和高粱米是東北地區(qū)常見的2種粗糧。小米又稱粟米(北方稱谷子)，含有多種維生素、氨基酸、脂肪和碳水化合物，各種營(yíng)養(yǎng)素比例適宜，是良好的食品營(yíng)養(yǎng)源，中醫(yī)及民間素以小米制作滋補(bǔ)粥，用來(lái)調(diào)養(yǎng)身體［1－2］。高粱米，中國(guó)雜糧重要品種之一，也是一種營(yíng)養(yǎng)較豐富，含有粗纖維，粗蛋白質(zhì)，碳水化合物，維生素B族等營(yíng)養(yǎng)成分［3－4］。小米和高粱米歷史上曾是東北城鄉(xiāng)人民的2種主要糧食。但是，隨著人們生活水平的提高，人們吃的米越來(lái)越精，吃的面越來(lái)越白，小米和高粱米已慢慢地淡出人們的餐桌。因此了解小米和高粱米的礦物質(zhì)的含量，對(duì)引導(dǎo)人們健康飲食具有重要的意義。

糧食中金屬元素的測(cè)定多采用濕法消解或干法灰化，用紫外－可見分光光度計(jì)或原子吸收分光光度計(jì)測(cè)量［5－6］，這些方法存在消解時(shí)樣品損失嚴(yán)重，測(cè)定速度慢，靈敏度低等缺點(diǎn)。微波消解技術(shù)是目前較先進(jìn)的樣品處理技術(shù)，不僅可以在高溫高壓下迅速破壞其中的有機(jī)物，節(jié)約時(shí)間，而且還能減少試劑消耗量，降低污染，［7－8］。電感耦合等離子體發(fā)射光譜(ICP－AES)法具有多種元素可同時(shí)測(cè)定、檢測(cè)速度快，線性范圍寬、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)［9－10］。采用微波消解—ICP－AES法測(cè)定小米和高粱米中的金屬元素，未見報(bào)道。試驗(yàn)證明該方法快速省時(shí)、回收率高，精密度好。

1 材料與方法

1．1 材料與試劑

小米(谷子去殼加工制得):遼寧朝陽(yáng);高粱米(高粱去皮):遼寧錦州。

K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液:國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;濃硝酸，30%過氧化氫(優(yōu)級(jí)純):天津市大茂化學(xué)試劑廠;試驗(yàn)所用水均為超純水:自制。

1．2 儀器

VISTA－MPX ICP－AES等離子體發(fā)射光譜儀:美國(guó)Variance公司;MDS－2002A壓力自控密閉微波消解儀:上海新儀微波化學(xué)科技有限公司;BS110S型電子分析天平:北京賽多利斯天平有限公司。

1．3 樣品處理方法

將糧食在105℃烘箱內(nèi)烘干、冷卻后，用粉碎機(jī)粉碎。稱取一定質(zhì)量粉碎后的樣品用高壓微波消解儀進(jìn)行消解。精確稱取一定量粉碎后的樣品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入消解劑，預(yù)處理20 min。然后用高壓微波消解儀在最佳消解程序下進(jìn)行消解。取出消解罐，冷卻后定容于25 mL容量瓶?jī)?nèi)。

1．4 儀器工作條件

采用ICP－AES法測(cè)定經(jīng)過消解的樣品中的金屬元素，對(duì)試驗(yàn)條件進(jìn)行了優(yōu)化選則，結(jié)果見表1。

表1 ICP－AES儀器測(cè)定條件

2 結(jié)果與分析

2．1 樣品消解條件

待測(cè)樣品采用微波消解儀進(jìn)行消解。首先對(duì)消解樣品的質(zhì)量進(jìn)行探究。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，樣品過少，測(cè)定時(shí)靈敏度不夠，樣品過多會(huì)發(fā)生壓力過沖現(xiàn)象(即壓力已升到設(shè)定的壓力，微波加熱已經(jīng)停止，但壓力還在上升)，本試驗(yàn)選定消解樣品的質(zhì)量為0．5 g左右。然后對(duì)消解壓力和消解時(shí)間進(jìn)行探究。小米和高粱米的消解都是按5～6個(gè)工步進(jìn)行的，其中最高壓力的大小和消解時(shí)間直接影響消解效果，壓力過低，消解不完全，壓力過高，將加大事故的發(fā)生率。試驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)若只用濃硝酸做消解劑，消解后的樣品略帶黃色。樣品微波消解后再加入一定量的30%的H2O2溶液，在電子控溫加熱板上加熱5 min，即可得到澄清溶液。最終選定的最佳消解條件見表2。

表2 樣品的消解條件

2．2 分析線的選擇

各種元素分析線的選擇依據(jù)各元素含量的高低，應(yīng)該選擇干擾小、檢測(cè)限低、信噪比高的譜線作為最佳分析線。綜合以上因素本試驗(yàn)選擇的各種元素的測(cè)定波長(zhǎng)見表3。

表3 測(cè)定元素的分析線

2．3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、線性范圍和檢出限

配制一系列K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu、Pb 9種金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在最佳分析線下進(jìn)行測(cè)定。得到9種元素的線性方程，相關(guān)系數(shù)(R2)和線性范圍。然后將空白溶液連續(xù)測(cè)定11次，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算各元素的檢出限，結(jié)果見表4。

由表4可見，各種元素在線性范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)均不小于0．995 7。其中K、Na、Mg、Ca 4種元素的線性范圍在0～50 mg/L之間，F(xiàn)e、Zn、Al、Cu的線性范圍在0～10 mg/L之間，Pb的線性范圍在0～1．0 mg/L之間。各種元素在測(cè)定波長(zhǎng)下檢出限都比較低，所測(cè)樣品中9種元素的含量只有鉛元素低于檢出限。

表4 測(cè)定元素的線性方程、線性范圍和檢出限

2．4 樣品測(cè)定結(jié)果

在最佳儀器條件和分析線下，對(duì)處理后的樣品進(jìn)行測(cè)定。測(cè)得的結(jié)果見表5。

表5 小米和高粱米中各種金屬元素含量mg/kg

由表5可見小米和高粱米中都富含對(duì)人體有益的金屬元素K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu。高粱米中各種金屬元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過小米和大米。其中Na元素的含量約是大米的59倍，鉀元素的含量是大米的74倍，鎂元素的含量是大米的606倍，鈣元素的含量是大米的343倍，鐵元素是大米的152倍，鋅元素是大米的26倍，鋁元素是大米的65倍，銅元素是大米的40倍，可見高粱米中含有較豐富的金屬元素。

小米中各種金屬元素的含量(除鐵外)也均高于大米，約為大米中各種金屬元素含量的2～7倍。另外小米和高粱米中均未檢測(cè)出鉛元素，說(shuō)明鉛元素的含量較低，低于檢出限。

2．5 精密度

按照樣品的處理方法，制得6份小米的平行樣品，用ICP－AES分別測(cè)定，得到各元素的平均含量，計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD，結(jié)果見表6。結(jié)果表明相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD的范圍在0．7%～4．8%之間，說(shuō)明試驗(yàn)方法重現(xiàn)性較好，精密度較高。

表6 測(cè)定元素方法的精密度

2．6 加標(biāo)回收率

平行稱取2份小米樣品置于四氟乙烯消解罐中，其中一份加入一定量的標(biāo)準(zhǔn)溶液，另一份不加，在相同的條件下進(jìn)行消解、定容。進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，計(jì)算回收率，試驗(yàn)結(jié)果見表7?？拱┳饔茫?2－13］。所以，不要讓高粱米遠(yuǎn)離餐桌，尤其是心血管疾病的病人，正在生長(zhǎng)發(fā)育期的兒童，婦女更應(yīng)該多食用高粱米。

表7 測(cè)定元素的回收率

小米中的8種金屬元素的含量(除鐵)外，均高于大米，但低于高粱米。由于其中各種營(yíng)養(yǎng)比例適宜，因此被稱為谷類中“營(yíng)養(yǎng)之王”。所以建議，人們?yōu)榱藬z取均衡的無(wú)機(jī)金屬元素，飲食中應(yīng)該注意常吃些小米、高粱米;最好各種米混合食用，有利于人們身體健康。

試驗(yàn)采用微波消—ICP－AES測(cè)定小米和高粱米中的金屬元素，微波消解速度快，損失少，完全徹底。用ICP－AES進(jìn)行能夠多元素同時(shí)測(cè)定，方法操作簡(jiǎn)單，分析速度快，精密度好，靈敏度高。

由表7可見，9種金屬元素的回收率在92．0%～102．0%之間，方法回收率較高，準(zhǔn)確度較好。

3 討論與結(jié)論

高粱米由于含有單寧，單寧有澀味，妨礙人體對(duì)食物的消化吸收，容易引起便秘。同時(shí)高粱米中人體必需的賴氨酸、蘇氨酸、精氨酸等又含量很少，因此被認(rèn)為其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值不高［11］。但是通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，高粱米中含有豐富的礦物質(zhì)，其中K、Na、Mg、Al、Fe、Cu、Zn、Ca 8種金屬元素的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過大米。微量元素Fe、Cu、Zn、Ca的含量尤為突出，這幾種金屬元素的存在對(duì)人體的健康以及治療疾病具有重要的生理意義。其中鎂元素具有調(diào)節(jié)人體心肌活動(dòng)，促進(jìn)人體纖維蛋白的溶解，抑制凝血酶的生成，減少心血管病的發(fā)病率的功效。鈣是構(gòu)成人體骨骼和牙齒的主要成分，在維持人體循環(huán)、呼吸、神經(jīng)、內(nèi)分泌、消化、血液循環(huán)、肌肉組織、骨骼組織、泌尿、免疫等系統(tǒng)的正常生理功能中有著重要的調(diào)節(jié)作用。尤其是對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育期的兒童更是一種必不可少的微量元素。Fe參與合成血紅蛋白和肌紅蛋白，具有運(yùn)載氧和儲(chǔ)存氧的作用，同時(shí)構(gòu)成人體必需的酶而發(fā)揮多種生理作用，并能促進(jìn)免疫和生長(zhǎng)發(fā)育。若體內(nèi)缺鐵會(huì)抑制DNA、蛋白質(zhì)合成，影響能量利用，并且免疫力降低，生長(zhǎng)發(fā)育受阻。同時(shí)這幾種元素還具有

［1］盧慶善．高粱營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)研究的新進(jìn)展［J］．世界農(nóng)業(yè)，1997，7:29－30

［2］肖海軍．高粱籽粗的營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)及其改良對(duì)策［J］．遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，1989，5:56－58

［3］王海濱，夏建新．小米的營(yíng)養(yǎng)成分及產(chǎn)品研究開發(fā)進(jìn)展［J］．糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2010，35(4):36－38

［4］劉麗萍．小米營(yíng)養(yǎng)及小米食品的開發(fā)［J］．糧油加工與食品機(jī)械，2003，1:48－49

［5］張勇，潘景浩．石墨爐原子吸收法測(cè)定糧食中的鎘、鈷、鎳［J］．光譜學(xué)與光譜分析，1997，17(2):94－96

［6］劉立行，齊娜．非完全消化—火焰原子吸收法測(cè)定糧食中微量元素［J］．華南師范大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2006，1:65－68

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［8］金成國(guó)，魯立強(qiáng)．微波消化面粉的關(guān)鍵步驟［J］．中國(guó)糧油學(xué)報(bào)，2006，21(6):31－33

［9］盧鋼，黃越，高錦楓，等．ICP－AES法測(cè)定大米中的金屬元素［J］．北華大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009，10(3):230－233

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［11］王紅育，李穎．高粱營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及資源的開發(fā)利用［J］．食品研究與開發(fā)，2006，27(2):91－93

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［13］陳梅梅，劉曉庚，李萍．試論糧食中的微量元素及其抗癌作用［J］．糧油食品科技，1997，4:31－34．

Determination of Metal Elements in Millet and Sorghum Rice by ICP－AES

Ma Zhanling Li Jianrong
(College of Chemistry，Chemical Engineering and Food Safety of Bohai University Food Safety Key Lab of Liaoning Province，Jinzhou 121013)

The metal elements content in millet and sorghum rice were determined using microwave and ICPAES．The results showed that sorghum rice and mille contain rich variety of human useful mental elements，such as K，Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu，etc．．The trace elements contents in sorghum rice were greatly higher than in rice．The contents of K、Na、Ca、Mg、Al、Fe、Zn、Cu are tens to hundreds of times as much as in rice;and the contents of mental elements in millet are higher than in rice too．So millet and sorghum rice are good mineral sources in people's diet．The relative standard deviations(RSD)were less than 4．8%，and standard recoveries of these elements were in the range of 92．0%～102．0%．The method is simple，quick analysis，higher accuracy and good sensitivity for the determination of elements in sorghum rice and millet．

ICP － A ES ，microwave digestion，sorghum rice，millet，mental element

TS207．3

A

1003－0174(2012)06－0120－04

時(shí)間:2012－05－31 16:45

網(wǎng)絡(luò)出版地址:http://www．cnki．net/kcms/detail/11．2864．TS．20120531．1645．002．html

國(guó)家科技支撐計(jì)劃(2012BAD29B06)，遼寧省食品安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(LNSAKF2011024)

2011－12－13

馬占玲，女，1969年出生，副教授，食品及精細(xì)化學(xué)品檢驗(yàn)

勵(lì)建榮，男，1964年出生，博士，教授，博導(dǎo)，果蔬、水產(chǎn)品貯藏加工與質(zhì)量安全控制