主题：【第八届原创】【生活中的分析】微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测试螺旋藻中8种矿物质元素

微波消解-电感耦合等离子体发射光谱法测试螺旋藻中8种矿物质元素

摘  要：采用微波消解电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）对螺旋藻中钙、铁、锌、锰、镁、钾、钠、磷等8种矿物质质元素进行定量分析。通过选择仪器最佳工作条件，被测元素的检出限为0.001～0.10μg/mL，工作曲线的相关系数大于0.999，回收率为96.0%～103.0 %，相对标准偏差小于3.0%。该方法简便、快速、准确的优点，具有较强的实用性和可操作性，可适用螺旋藻中矿物质元素的测定。
关键词：ICP-AES；螺旋藻；矿物质元素

Microwave digestion -ICP-AESDetermination of 8 Mineral elements in Spirulina

Abstract:The spirulina sample digested with microwavedigestion,and the contents of the 8 mineral elementsin the sample solution were determined by ICP-AES. By the best workingconditions, instrument detection limit of measured element is 0.001 ~ 0.10 μg/mL,andthe working curve of correlation coefficient is greater than 0.999, therecovery rate of 96.0～103.0%, relative standarddeviation less than 3.0%.The method is simple and rapid,accurate,precision and accuracy meet the requirement analysis of mineral elements in spirulina,can be applied to the determination of mineral in spirulina.
Keywords:ICP-AES; Spirulina; Mineral elements
      螺旋藻是一种全天然、高蛋白、营养丰富而均衡、富含藻多糖、不饱和脂肪酸、藻胆蛋白、β-胡萝卜素、超氧化物歧化酶(SOD)以及多种矿物质维生素等生物活性物质的藻类,具有极高的医疗保健价值,对许多疾病有防御作用。螺旋藻的矿物质含量相当高，也含有丰富的微量元素。这些微量元素和矿物质均与有机物结合，易被人体吸收利用，能有效地调节机体免疫及酶的活性。目前，国内外对微量单元素检测都有研究，螺旋藻中矿物质元素主要以X射线荧光光谱分析法（XRF）和原子吸收光谱法（AAS）。XRF法存在样品检出限高、样品前处理过程繁琐、造成样品污染与损失等缺点。AAS法存在测试周期长等缺点。微波消解是一种快速、简便、分解完全、空白值低得样品预处理方法，已广泛适用于各种有害物质的含量检测。本文采用微波消解溶样ICP-AES法对螺旋藻中钙、铁、锌、锰、镁、钾、钠、磷等8种矿物质元素进行测定，对各工作参数进行研究。样品回收率为96.0%～103.0 %，相对标准偏差小于3.0%。该方法简便、快速、准确的优点，具有较强的实用性和可操作性，可适用螺旋藻中矿物质元素的测定。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
MIRESTONE ETHOS1微波消解仪（莱伯泰科），配有聚四氟乙烯高压消解罐；JY2000-2型电感耦合等离子体发射光谱仪(HORIBA)；钙、铁、锌、镁、锰、钾、钠、磷标准溶液，1000 μg/mL(国家有色金属及电子材料分析测试中心);硝酸、双氧水均为优级纯（西陇化工）。实验用水为电阻率大于18.2 MΩ·m超纯水（默克密理博）。
1.2仪器主要工作参数
微波消解仪的工作参数见表1，电感耦合等离子体发射光谱仪的工作参数见表2。

表1  微波消解仪的工作条件

Tab.1  The parameters of microwave digestioninstrument

阶段   Step	功率   Power   /(W)	升温程序   Temperature  program/(min)	保持温度   Keep temperature/(℃)	持续时间   Duration   /(min)
1	1300	5.0	160	7.0
2	1300	5.0	180	7.0
3	1300	5.0	200	20

表2  ICP-AES最佳工作条件

Tab.2  Optimal operating conditions for ICP-AES

参数   Parameter	设定值   Set value	参数   Parameter	设定值   Set value
射频功率	1200 W	雾化器流量	1.0mL/min
反射功率	≤5 W	蠕动泵进样量	2.5mL/min
载气流量	0.6 L/min	积分时间	3s
冷却气流量	12L/min	雾化器清洗时间	10s
辅助气流量	5 L/min	重复测量次数	3

1.3 试验方法
称取0.25 g样品（精确到0.0001 g）至聚四氟乙烯微波消解管中，加6 mL硝酸，2 mL双氧水，轻轻摇晃消解管使样品被酸浸湿，盖上密封内盖，套上保护套筒后固定于框架里，依次安装在消解仪旋转架上，放入微波消解仪，设置消解程序后按仪器工作条件进行微波消解。同时做空白试验。冷却后用超纯水定容至50mL容量瓶中，待测。
1.4 标准溶液配置
各单元元素标准溶液均为1000μg/mL，根据待测样品各元素含量配置成所需要标准使用液（μg/mL），具体如表3所示。

表3  各元素标准使用液

Tab. 3  The standard concentration of each element

元素	钙	铁	钠	镁	锌	锰	钾	磷
Element	Calcium	iron	sodium	magnesium	zinc	manganese	potassium	phosphorus
标准1	0	0	0	0	0	0	0	0
标准2	0.5	0.5	0.5	0.5	0.05	0.05	5	5
标准3	2	2	2	2	0.2	0.2	20	20
标准4	5	5	5	5	0.5	0.5	50	50
标准5	15	15	15	15	1.5	1.5	150	150

2 结果与讨论
2.1 微波消解仪条件的选择
影响微波消解仪样品消解效果的主要是酸浓度和消梯度温度程序和保持时间。通过试验不同的浓硝酸和双氧水的配比。设置不同梯度的升温程序得出使用6 mL硝酸和2 mL双氧水的溶液配比及表1条件，具有减少浓硝酸使用量、消解效果好、消解速度快的优点。
2.2 电感耦合等离子体发射光谱仪仪条件的优化
通过仪器软件选择灵敏度比较高的各待测元素分析谱线，通过改变射频功率、等离子体载气流量、冷却气流量、辅助气流量、雾化器流量、积分时间及样品冲洗时间，根据谱线干扰元素及程度、背景响应强度、标准曲拟合相关系数等综合考虑。选择钙、铁、锌、镁、锰、钾、钠、磷元素测定分析波长（nm）分别为317.933、259.940、213.856、257.610、279.553、766.490、588.995、213.618。
射频发生器功率的选择同时考虑检出能力和干扰效应。功率较低，对于降低检出限有时候是有利的，但是低功率时干扰效应较严重。增大雾化器流量，样品吸入速率增大，从而进入等离子体的分析物量增大，谱线增强；但是，过大的雾化气流量，将使样品稀释，分析物在ICP通道中平均停留时间缩短，温度降低，电子-离子连续光谱背景降低，从而直接影响分析结果。通过实验得出较佳的仪器测定参数见表2。
2.3干扰及校正
螺旋藻中主要成分是碳氧化合物，根据样品中微量元素的含量水平，研究了各分析元素的干扰情况。同时对待测样品和标准溶液进行对比，两者基线一致。结果表明，各分析元素之间不存在相互干扰的情况，在分析中工作中可以不必考虑。
2.4分析方法的检出限
    根据1.3对空白溶液连续测定11次，其测定结果标准偏差的3倍对应的浓度值即为方法检出限，结果见表3。

表3  方法检出限

Tab.3  Methond detection limit

元素   Element	分析谱线   Spectral lines   /nm	检出限   DL   /(μg/ml)
Ca	317.933	0.0034
Fe	259.940	0.0024
Zn	213.856	0.00058
Mn	257.610	0.00033
Mg	279.553	0.00026
K	766.490	0.098
Na	588.995	0.0040
P	213.618	0.092

2.5校准曲线
用配制的系列标准曲线上机测试，经计算机拟合计算，线性回归方程和相关系数见表4。

表4  线性回归方程和相关系数

Tab. 4 Linear regression equations and correlation coefficients

元素   Element	线性回归方程   Linear regression equation	相关系数   Correlation coefficient
Ca	y=0.00010082x-0.1447	0.9999
Fe	y=0.00001035x+0.2773	0.9992
Zn	y=0.0000094x-0.02015	0.9999
Mn	y=0.000001131x-0.01151	0.9999
Mg	y=0.000001015x-0.08669	0.9998
K	y=0.001062x-1.575	0.9998
Na	y=0.000119x-0.2527	0.9998
P	y=0.001033x-0.3433	0.9999

2.6方法的准确度和精密度
将消解后的待测溶液用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICP-AES）在选定实验条件下进行测定，测试结果见表5，同时在样品溶液中加入定量被测元素的标准溶液，测定回收率，测试结果见表6，结果表明本法有较好的准确度和精密度。

表5  精密度试验结果

Tab. 5  Result of tests for relatively standarddeviation(RSD) （n=7）

元素   Element	测得值   Total dound   /(mg/kg)	平均值   Added   /(mg/kg)	标准差   Recovery	相对标准偏差   RSD   /%
Ca	1299,1349,1387,1372,1388,1349,1416	1366	37.70	2.76
Fe	594,619,608,626,629,614	618	14.82	2.40
Zn	40,41,41,41,41,40,41	41	0.49	1.20
Mn	25,26,26,26,26,26,26	26	0.38	1.46
Mg	1933,2002,1969,1998,2020,1977	1983	27.96	1.41
K	15155,15413,15441,15461,15523,15418,15415	15403	116.32	0.76
Na	383,375,367,382,380,373,379	377	5.69	1.51
P	9008,9348,9336,9327,9384,9350,9458	9316	142.80	1.53

表6  加标回收率试验结果

Tab.6  Result of tests for recovery

元素   Element	本底值   Found   /(μg/mL)	加标量   Added   /(μg/mL)	测得值   Total dound   /(μg/mL)	回收率   Recovery   /%
Ca	6.85	5.0	11.91	100.5
Fe	3.10	5.0	8.06	99.5
Zn	0.20	0.20	0.41	102.5
Mn	0.13	0.20	0.34	103.0
Mg	9.94	5.0	15.02	100.5
K	77.24	50.0	125.95	99.0
Na	1.89	5.0	6.64	96.4
P	46.71	50.0	98.16	101.5

3 结论
采用波消解电感耦合等离子体发射光谱法（ICP-AES）对螺旋藻中钙、铁、锌、镁、锰、钾、钠、磷等8种矿物质质元素进行分析。样品回收率为96.0%～103.0 %，相对标准偏差小于3.0%。该方法简便、快速、准确的优点，具有较强的实用性和可操作性，可适用螺旋藻中矿物质元素的测定。
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