主题：【原创】动物饲料的石墨消解

简介：
动物饲料是一类在分析测试时存在众多潜在问题的样品，因为其含有大量的蛋白质、脂肪和纤维组分。目前，动物饲料的消解有两种常用的方法，干燥灰化酸分解法和热炉消解法。
干燥灰化酸分解法的主要难点[2]是每个样品均需进行8小时左右的处理时间。热炉消解法的主要两个问题是温度控制和爆沸控制。为了防止上述问题，样品需预先消解过夜，这就影响了日常样品处理量。在进行样品消解时，分析人员需要小心的监控每一个样品以防止其爆沸和溢出，另外，分析人员还需要经常摇均样品以补偿热炉的加热不均匀问题。因此，以上的消解法是一类很高实验强度的方法。当前，实验室产业化需要解决两个重要问题是样品分析的高通量和样品分析的高保质量保证，而传统的消解方法与以上分析原则相互矛盾。
以下简要描叙是一个可供选择的方法。通过控制消解仪的温度以控制样品的温度，可使样品的预消解和消解在精确的温度下进行。以下简要描叙一个参照AOAC 957.02（a）方法，使用多温度程序和一个可多次使用的聚丙烯样品消解管进行湿法消解的过程。该方法只需要一个从样品称量至分析的简单操作过程，从而减少了操作时间和可能出现的错误。以下是使用同一类样品进行该方法分析结果的比较。所有的样品将使用同一台ICP-AES进行分析，并使用同一批商业的多元素ICP-AES校准标样。这一应用我们选择了日常分析比较感兴趣的Na、Mg、P、K、Ca、Cu、Fe、Mn和Zn元素进行测试。
这一研究我们选择了美国饲料控制协会（AAFCO）的一类饲料监测样品，200226 Milk Replacer。
这一建议性的湿法消解技术以AOAC 957.02（a）方法为基础，见附录1。该方法要求饲料样品以6 mL浓硝酸 / 1 mL浓盐酸 / 0.5 g饲料的比例进行消解。另外，样品必须沸腾30至60分钟。Minczewski博士在他的研究中清楚表明温度控制是样品消解的一个至关重要参数。他在他的研究中演示操作了同一时间控制每个样品反应温度的实验。他的技术在这一方法中得到了应用以达到同时消解多个样品的目的。
样品用36位石墨消解系统进行消解，消解系统配备有一个用于精确控制样品温度的外置温度探测器，温度程序见附录2。另外，一个全新的可以多次使用的聚丙烯消解管，同时也在该实验中被应用到。掌上电脑控制器可显示温度的时间程序、样品的实时温度和开关机开关。
通过ICP-AES使用商业校准标样作5点校准曲线。样品漂移校准可以通过标准-样品间隔技术来实现，也就是测定3个样品的同时测定一个标准。
Dixon Q-test[3]可用于每一批数据消除可疑数据并确证这些可疑值与分析方法本身无关。同一样品分为几份进行消解。
材料和试剂：
1）50mL聚丙烯样品消解管
2）带掌上电脑（PDA）控制器的胜谱牌DS-360消解仪
3）4个聚丙烯吸液管
4）分析天平
5）盐酸（37%），Baker-Instra，分析纯
6）双去离子水
7）硝酸（70%），Baker-Instra，分析纯
8）Beckman离心机
消解过程：
见附录1
结果：
    消解、分析条件和结果见下表：

表1  分析线的选择                        表2  仪器参数   
元素    分析线（nm）
Ca    315.887
Cu    324.754
Na    589.592
Mg    279.079
K    766.491
Mn    259.373
Fe    259.940
P    213.618
Zn    206.190
参数   
RF功率    1200 W
冷却氩气流速    15 L/min
辅助气    1.2 L/min
Meinhard Hi-solids C2
喷雾针    0.9 L/min
样品上样速率    1.2 mL/min


表3  样品分析结果
元素    AAFCO 0266     湿法消解
    平均值    标准偏差    CV（%）    平均值    标准偏差    CV（%）
Ca（%）    0.96    0.04    4.30    1.04    0.03    2.76
Cu（ppm）    21.20    2.03    9.56    22.10    0.73    3.31
Fe（ppm）    140.13    33.15    23.66    154.28    10.23    6.63
K（%）    2.30    0.11    4.88    2.42    0.06    2.57
Mg（%）    0.17    0.01    6.70    0.16    0.00    3.01
Mn（ppm）    42.48    7.90    18.59    38.76    1.87    4.82
Na（%）    0.65    0.04    6.55    0.70    0.02    3.09
P（%）    0.83    0.04    4.75    0.87    0.03    3.01
Zn（%）    79.98    11.50    14.38    90.47    5.32    5.88

讨论：
在通风橱中加入酸并缓慢加热样品至45°C可以完全控制样品爆沸，这有利于有机物与混合酸的反应而不会导致样品的挥发损失。然后升温至65°C，清洁消解管的管壁，这样在样品消解过程中就不会导致基体损失。上述步骤带掌上电脑控制器的DS-360消解仪可以自动完成。这就提高了样品的通量而没有增加任何的人为操作时间。
实验测定元素所选择的分析线没有发现有任何谱线干扰和基体干扰，因此，校准曲线的线性很好。质控样品显示仪器的响应信号在整个分析过程中一直很稳定。
所有的样品用聚丙烯塑料消解管消解后直接分析。结果见表3。表3结果显示AOAC957.02（a）湿法消解法的结果与AAFCO的分析结果值相当接近。
结论：
从以上实验数据可知，可多次使用的聚丙稀塑料消解管可应用于样品预处理和分析的所有步骤。实验数据还表明，消解过程中样品的温度可以通过外置温度探针和掌上电脑控制器准确控制，这就消除了湿法消化过程的样品爆沸和挥发损失问题。因此，该方法实现了动物饲料样品的高通量准确分析。
参考文献：
1. 法定分析方法（1998），第16版，AOAC。
2. J. Minczewski，痕量有机物分析的样品分离和预富集方法，第1版，John Wiley and Sons。
3. Peter C. Meier, Richard E. Zund，分析化学中的统计方法，第2版，Willey Canada。
附录1：湿法消解过程
AOAC 957.02B（a）湿法消解法
1）    称取0.5 g 样品置于聚丙烯塑料消解管中。
2）    加入硝酸和盐酸混合溶液。
3）    选择消解方法的温度程序进行消解。
4）    样品冷却至25 °C。
5）    稀释并定容至聚丙烯消解管的50 mL刻度。
6）    将装有消解好样品的聚丙烯消解管进行离心。
7）    采用ICP-AES进行分析测定。

附录2：带掌上电脑控制器的DS-360消解仪的使用温度程序
室温升至45 °C，保持1分钟；然后升至65 °C，保持5分钟；然后升至100 °C，保持35分钟。