皂角米中六种矿质元素含量的测定

张 彤，罗登琴

(1.绵阳市安州生态环境监测站，四川绵阳 622651；2.绵阳师范学院化学与化学工程学院，四川绵阳 621000)

0 引言

皂角米俗称雪莲子，是皂荚种子的胚乳.它的成分主要是由半乳甘露聚糖构成，属低蛋白、低脂肪食物、高能量、高碳水化合物，具有补肾润肺、提神补气、祛痰开窍、养心通脉、清肝明目等功能[1].在我国皂角米主要分布在云南、河南山东地区，四川及华南部分地区也有少量分布.据《本草纲目》中记载，皂角米具有辛温、祛痰、降血压、抗菌活血、养心性、美容养颜、保肝润肺、调和人体脏腑功能的功效.除此之外，皂角米中含有K、P、Ca、Mg、Na、Fe、Zn、Mn、Cu 等矿质元素[2].人类逐步认识到必需微量元素在维持人体健康中的基础性作用.有些元素不仅仅可以抗感染，而且与许多慢性、地方性、流行性、甚至是恶性病变有关联[3].目前国内对于皂角米的研究比较少，对皂角米种各种微量元素含量的测定更少，所以测定皂角米中微量金属元素的含量将为人们科学合理的食用皂角米提供依据，对进一步开发和应用皂角米也具有重要的价值和科学意义.

1 实验原理

1.1 湿法消解原理

湿法消解[4]是指在加热的状态下，向固体的样品中加入酸、过氧化氢等氧化剂或氧化剂的混合物液体，通过化学反应将其转化为可以直接进行测定的形态[5].目前做元素分析最直接、最有效、最经济的一种样品前处理手段就是湿法消解[6].湿法消解具有消解速度快、消解时间短、加热温度低、样品损失少等优点.常用的消解液有浓硫酸、浓硝酸、高氯酸、高锰酸钾、过氧化氢等.

1.2 火焰原子吸收测定原理

原子吸收光谱法[7](Atomic Absorption Spectroscopy，AAS)是利用一定波长的光辐射可以被气态原子吸收，原子吸收光辐射后中外层的电子就会从基态跃迁到激发态.由于各种原子中电子的能级不同，将有选择性地共振吸收一定波长的辐射光，这个共振吸收波长恰好等于该原子受激发后发射光谱的波长，由此可作为元素定性的依据，而吸收辐射的强度可作为定量的依据[8].

原子吸收光谱法应用最为普遍，它适用于测定易原子化的元素，对大多数元素有较高的灵敏度和检测极限，且重现性好，易于操作[9].

本论文采用标准曲线法作为定量方法.标准曲线法是指待测量和被测组分浓度之间有函数关系，则可配制一系列具有浓度梯度的含被测组分的标准溶液，在相同的测定条件下，测出标准物质的各个浓度对应的吸光度值，以各标准物质的浓度值为横坐标，对应的吸光度值为纵坐标，得到一条标准曲线[10].再在同样条件下，测定出样品的吸光度值，根据标准曲线得到的线性关系和样品的吸光度值计算得出样品含量.

2 实验部分

2.1 实验药品

硝酸铅、钴粉、锌粉、镉粉、锰粉、铜粉(优级纯、成都市科龙化工试剂厂)；硝酸(分析纯、成都市科龙化工试剂厂)；高氯酸(分析纯、天津市鑫源化工有限公司).

2.2 实验仪器

火焰原子分光光度计(TAS-990、北京普析通用仪器有限公司)；钴、镉、铅、锌、锰、铜空心阴极灯(KY-1、北京有色金属研究总院)；电子分析天平(AUY120、上海标仪仪器有限公司).

2.3 元素测定条件

各元素的测定条件如表1所示：

表1 各元素测定条件表Tab.1 Determination conditionsof each element

2.4 实验步骤

2.4.1 样品处理 样品用去离子水冲洗干净，晾干后放入干净、干燥的蒸发皿中，在80 ℃的温度下干燥16 h，干燥后转入研钵中研磨成细小颗粒.

准确称取4.500 0 g的样品于烧杯中，加入25 mL V硝酸∶V高氯酸=3∶1的混酸，静置16 h，在电热板上低温加热消解，保持微沸，直到大量白烟冒尽为止，加适量30%过氧化氢，取出消化液，冷却后用二次蒸馏水冲洗表面皿，定容至50.00 mL的容量瓶中混匀备用[11,12].平行做空白实验.

2.4.2 试剂的配制

(1) 钴标准溶液的配制

准确称取1.000 0 g金属钴(99.98%)置于250.0 mL烧杯中，加少量蒸馏水润湿，盖上表面皿，缓慢加入20 mL硝酸，加热溶解完全后，洗表面皿及烧杯壁于烧杯中，转移到1 000.0 mL容量瓶中，加蒸馏水稀释至刻度，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Co的贮备液.

准确移取2.00 mL 浓度为1.000 g·L-1的Co的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成4.00 ug·mL-1的Co的标准使用液.

(2) 镉标准溶液的配制

准确称取高纯镉(99.9%)0.100 0 g，置于250.0 mL烧杯中，加入10 mL盐酸，在低温电热板上加热溶解.转移到100.0 mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Cd的贮备液.

准确移取0.80 mL浓度为1.000 g·L-1的Cd的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成1.60 ug·mL-1的Cd的标准使用液.

(3) 锌标准溶液的配制

准确称取锌粉0.500 0 g于烧杯中，加入15 mL盐酸(1∶1)，盖上表面皿后进行加热，使其溶解，冷却至室温后转移到500.0 mL的容量瓶中.用蒸馏水定容，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Zn的贮备液.

准确移取0.80 mL浓度为1.000 g·L-1的Zn的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成1.60 ug·mL-1的Zn的标准使用液.

(4) 铅标准溶液液的配制

准确称量0.324 8 g的硝酸铅于烧杯中，向其中加入10 mL 1.0 mol·L-1的硝酸溶液，加热溶解，冷却至室温后，移入250.0 mL容量瓶中，用蒸馏水定容，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Pb贮备液.

准确移取2.00 mL浓度为1.000 g·L-1的Pb的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成4.00 ug·mL-1的Pb的标准使用液.

(5) 锰标准溶液的配制

准确称取1.000 0 g的锰粉于烧杯中，加入一定量的硝酸使其溶解，冷却后转移至500.0 mL的容量瓶中，用(1+99)硝酸溶液定容，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Mn贮备液.

准确移取0.80 mL浓度为1.000 g·L-1的Mn的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成1.60 ug·mL-1的Mn的标准使用液.

(6) 铜标准溶液的配制

准确称取铜粉1.000 0 g于烧杯中，加入一定量的硝酸(1+1)溶解，冷却至后转移至1000.0 mL的容量瓶中.用蒸馏水定容，摇匀，配制成1.000 g·L-1的Cu的贮备液.

准确移取2.00 mL浓度为1.000 g·L-1的Cu的贮备液于500.0 mL的容量瓶中，用蒸馏水定容至刻度线，配制成4.00 ug·mL-1的Cu的标准使用液.

3.5 标准曲线

配制一系列具有浓度梯度的标准溶液，以各标准溶液的浓度值为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制的标准曲线如下图1-图6

2.6 各元素标准曲线方程和相关系数

根据选定的测定条件，测得6种微量元素在系列浓度范围内的标准曲线的回归方程和相关系数如表2.

3 结果与讨论

3.1 消解液的选择

本实验采用湿法消解对样品进行前处理，依据样品选择 (1) HNO3-H2ClO4(1∶1)、(2) HNO3-H2ClO4(2∶1)、(3)HNO3-H2ClO4(3∶1)、(4)HNO3-H2ClO4(4∶1)、(5)HNO3-H2ClO4(5∶1) 这5种不同比例的混酸对样品进行消解，并比较这五种混酸的消解效果.通过实验现象的观察，发现HNO3- H2ClO4(3∶1)于其余四种混酸相比，消解效果最佳，消解比较完全，且消解时间短.在整个消解过程中没有出现炭化现象，加入的过量消解液比较容易除去，测得的结果空白值低.故在本次实验中选择HNO3- H2ClO4(3∶1)的混酸对样品进行消解.

3.2 皂角米中微量元素的测定结果

取3.1处理好的样品液，用去离子水把样品液稀释5倍，按照表1所示的各元素测定条件，测定样品稀释液的吸光度，平行测定五次，取其平均值.测定结果如表4-8所示：

3.3 回收率与精密度

本文采用标准加入法做结果加标回收实验.根据样品的浓度值、加标后样品的浓度值、样品量、加标量、标准溶液的浓度等参数，按照回收率的计算公式求出样品浓度.

加标回收实验的操作步骤如下：

取30只10 mL的比色管，每5只为一组，每组都将其进行编号.

向各组比色管中分别加入5.00 mL样品原液，再各组加入所需测的元素(0.25 mL的Co、0.20 mL 的Cd、1.20 mL的Zn、0.50 mL的Pb、0.55 mL的Mn、1.00 mL的Cu)4.00 μg·mL-1的标准溶液，定容至10 mL，混匀后，在与样品测定条件相同的情况下上机测定.

结果加标回收实验的测定结果如表4所示：

加标回收实验结果：结果加标的平均回收率在101.2%～107.5%之间，RSD值在0.6%～3.6%之间.本实验要求回收率应在90%～110%之间，实验得出的实验数据符合要求，说明本论文选用的分析方法准确可靠.

4 结论

本文采用湿法消解(硝酸+高氯酸)对皂角米进行前处理，再用原子吸收分光光度计测定皂角米中Co、Cd、Zn、Pb、Mn、Cu六种矿质元素的含量.得出了皂角米中的Zn的含量最高，Zn的含量为10.55 ug·g-1，其次皂角米中Cu的含量为8.72 ug·g-1， Mn的含量为5.00 ug·g-1，Pb的含量为4.72 ug·g-1，Co的含量为2.22 ug·g-1，Cd的含量为1.54 ug·g-1.

由实验数据可知，皂角米中锌的含量最高，铬的含量最低.皂角米中含有少量对人体有害的有毒元素[13].根据《食品安全国家标准食品中污染物限量》[14]Pb的限量指标为0.2 ug·g-1，Cd的限量指标为0.5 ug·g-1，实验测定出Pb、Cd的含量超过国家限定指标.有毒元素超标可能是由皂角米生长的土壤、水质等环境因素造成的，所以皂角米在作为食品或保健品销售前，应严格按国家标准对其污染物含量进行检测，否则将会危害人体健康.

除此之外，皂角米中还含有Co、Zn、Mn、Cu等对人体有利的微量元素.根据科学研究证实，这些微量元素对人体免疫机制的增强和疾病治疗等方面都有着非常重要的作用.本实验的结果为皂角米实现其营养保健和疾病治疗等作用提供了相关的依据，也对进一步探究开发皂角米具有重要的科学意义.