微波等离子体原子发射光谱法测定食用坚果油中的金属元素

张萍，刘宏伟

(湖南工学院 材料与化学工程学院，湖南 衡阳, 421002)

坚果作为植物的精华部分，富含不饱和脂肪酸、纤维、维生素、矿物质和许多其他生物活性物质[1]，是地中海饮食的重要组成，增加坚果的摄入量可以降低患慢性病的风险[2]。坚果油是采用压榨、超临界以及亚临界萃取工艺处理坚果获得的食用植物油，是人们膳食结构中所需油脂的主要来源[3]。坚果油的总体质量等级和指标主要取决于其含有机成分[4-6]，但其所含无机成分会直接影响坚果油的口味、保质期以及食用安全性[7]。坚果对生长环境中无机元素的吸收和富集，以及坚果在收获、运输或加工过程中与其他外来物接触受到污染，构成了坚果油中无机元素的重要来源，准确检测坚果油中无机元素的含量具有十分重要的意义。

食用植物油中无机元素的测定常采用原子吸收分光光度(atomic absorption spectrometry，AAS)法[8-10]、原子荧光光谱(atomic fluorescence spectrometry，AFS)法[11-13]、电感耦合等离子体原子发射光谱(inductively coupled plasma atomic emission spectrometry，ICP-AES)法和电感耦合等离子体质谱(inductively coupled plasma mass spectrometry，ICP-MS)法[14-16]。其中，AAS法不能同时进行多元素分析，且无法测定共振谱线处于真空紫外区的元素，AFS法可测元素很少，荧光信号强度弱且易受到杂散光的干扰，这些限制了AAS和AFS的推广应用。采用以电感耦合等离子体(inductively coupled plasma，ICP)为离子源的ICP-AES和ICP-MS法具有线性范围宽、检出限(limit of detection，LOD)低、灵敏度高以及分析速度快等特点，尤其是ICP-MS比ICP-AES具有更高的灵敏度和更低的检出限，但ICP高纯氩气为工作气，导致ICP-AES和ICP-MS的分析运行成本高。采用氮等离子体源的微波等离子体原子发射光谱(microwave plasma atomic emission spectroscopy，MP-AES)是基于微波导波技术，将磁场与电场的能量通过激发和能量耦合并高效聚集于等离子体激发环境中，使用空气和氮气为等离子气，运行成本较低，且具有稳定性好、性价比高、使用寿命长以及安全环保等特点[17-19]。本文采用微波消解对坚果油样品进行预处理，利用MP-AES测定其中的金属元素Na、Mg、K、Cu、Fe、Zn、Mn、Ba，旨在为坚果油中多种金属元素的快速准确测定提供低成本分析方法。

1 材料与方法

1.1 材料和试剂

1 000 mg/L的Na、Mg、K、Cu、Fe、Zn、Mn、Ba单元素标准溶液，国药集团化学试剂有限公司；1 000 mg/L的Y、La、Lu内标元素标准溶液，国药集团化学试剂有限公司；质量分数为65%的超纯HNO3，德国Merck公司，使用前亚沸蒸馏纯化；质量分数为30%的超纯H2O2，德国Merck公司；实验用水为Milli-Q超纯水处理系统制备的超纯水。

坚果油样品分别为花生油(产地山东)、榛子油(产地江西)、山核桃油(产地江西)、葵花籽油(产地江苏)、山茶油(湖南)，购于京东超市。实验器皿使用前经体积分数为20%的HNO3浸泡24 h，超纯水冲洗3次后备用。

1.2 仪器及设备

Agilent 4200型微波等离子体发射光谱仪，配置OneNeb雾化器和玻璃旋流雾化室,美国Agilent公司;MARs 5微波消解仪，美国CEM公司；Milli-Q超纯水处理系统，美国Millipore公司；ELAN 6000型电感耦合等离子体质谱仪，美国PE-SCIEX 公司。

1.3 实验方法

1.3.1 仪器参数

MP-AES参数：RF功率1 000 W；等离子体气流速15 L/min；雾化气流速0.75 L/min；泵速15 r/min；读数时间3 s；样品提升延迟时间30 s；冲洗时间40 s；稳定时间20 s；背景校正，自动；气源Agilent 4107氮气发生器。

微波消解参数：功率1 600 W，温控100 ℃，爬升3 min，保持3 min；功率1 600 W，温控150 ℃，爬升7 min，保持3 min；功率1 600 W，温控170 ℃，爬升5 min，保持3 min；功率1 600 W，温控190 ℃，爬升5 min，保持10 min。

1.3.2 样品预处理

准确称取0.5 g(精准至0.000 1g)坚果油于微波消解罐中，分别加入5 mL质量分数为65%的HNO3和1 mL质量分数为30%的H2O2，敞开罐盖静置20 min，置于微波消解仪中按所设参数消解，消解结束后用超纯水将消解液转移至50 mL容量瓶中定容制得样品溶液，同时制得空白溶液，待测。

1.3.3 MP-AES分析

采用体积分数为5%的HNO3介质分别配制0.00、0.05、2.00、10.0、50.0 mg/L的Na、Mg、K和0.0、0.5、20、100、500 μg/L的Cu、Fe、Zn、Mn、Ba系列标准溶液，采用MP-AES进行测定，建立校准曲线，在相同分析条件下对样品和空白溶液进行测定，根据校准曲线计算样品溶液中各待测元素的含量。所有上机测定溶液均在线加入1 mg/L的Y、La、Lu内标溶液。

2 结果与分析

2.1 干扰及消除

2.1.1 光谱干扰及消除

本实验存在的光谱干扰包括谱线重叠干扰和背景干扰，利用MP-AES的MP Expert分析软件谱线库选择各待测元素的分析谱线消除谱线重叠干扰，通过对各待测元素的多条谱线进行扫描，将各待测元素的标准溶液图谱与空白溶液图谱进行对比，优选谱线强度高、信背比大、无干扰或干扰少的谱线为分析谱线。背景干扰与基体组成及来自微波等离子体本身所发射强烈杂散光的影响有关[20]，实验利用MP-AES自带分析软件自动扣除背景干扰。

2.1.2 电离干扰及消除

坚果油中的Mg、Na、K为主量金属元素，为消除易电离元素Na和K所产生的电离干扰，通常加入改性剂或电离抑制剂[21]，但同时也会带入较大的空白值。本实验为考察Mg、Na、K对元素Cu、Fe、Zn、Mn、Ba的电离干扰，分别配制20 μg/L的Cu、Fe、Zn、Mn、Ba单元素标准溶液，向各单元素标准溶液中分别加入低(0.2 mg/L)、中(2.0 mg/L)、高(20.0 mg/L)浓度的Mg、Na、K混合标准溶液，采用MP-AES进行测定。由图1可以看出，高浓度的Mg、Na、K对分析元素的影响表现为Fe和Mn测定值偏高，Zn的测定值偏低，对Cu和Ba的测定无影响；低浓度和中浓度的Mg、Na、K不影响分析元素的测定。本实验在样品溶液的制备中Na、K的浓度均小于2.0 mg/L，从而消除了元素Na和K所产生的电离干扰。

图1 不同浓度的Mg、Na、K对微量元素的光谱干扰Fig.1 Spectral interference for trace elements by different concentrations of Mg, Na, and K

2.1.3 物理干扰及消除

样品溶液、标准溶液以及空白溶液的基体组成差异产生物理干扰，本实验利用内标元素进行消除。在体积分数为5%的HNO3介质中加入1 mg/L的Y、La、Lu内标元素标准溶液，使用带有“Y”型三通接口的橙色/绿色泵管在线加入，使混合内标溶液在雾化之前与测试溶液汇合，分别选择Y 371.029 nm、La 394.910 nm、Lu 261.542 nm为分析谱线消除了物理干扰。

2.2 分析稳定性

为检验MP-AES的分析稳定性，在3 h内连续测定市售坚果油样品，每10 min分析1次，总共测定18次，考察分析元素的归一化信号变化情况，结果见图2。可以看出，所有分析元素3 h内测定的归一化信号为1±0.1，表明分析方法为坚果油中8种金属元素Na、Mg、K、Cu、Fe、Zn、Mn、Ba的测定提供了良好的稳定性。

图2 样品溶液中分析元素3 h的稳定性Fig.2 Three-hour stability plot for analytes in sample solution

2.3 校准曲线与检出限

根据8种元素配制的系列梯度混合标准溶液按实验方法在选定的MP-AES工作条件下进行测试，利用MP-AES自带MP Expert软件建立校准曲线。取空白溶液重复测定10次，计算各元素的标准偏差，以3倍标准偏差所对应的浓度为仪器的检出限，根据称取的样品质量和配制样品溶液的稀释倍数，将LOD换算为方法检出限(method detection limit，MDL)，结果见表1。由表1可以看出，所有元素的线性相关系数≥0.999 2，线性关系良好。各元素的MDL为0.02～0.12 μg/g。

2.4 方法的准确性验证

为考察方法的准确性，选取坚果油样品进行加标实验。在样品中分别加入标准溶液经微波消解处理后，采用MP-AES法平行测定6次，计算各元素的回收率和相对标准偏差(relative standard deviation，RSD)，并采用ICP-MS进行对比分析，结果见表2。由表2可以看出，各元素的加标回收率为90%～110%，RSD≤5.9%，t检验法的统计分析显示，在95%的置信度水平，方法的加标测定值与采用ICP-MS的测定值无显著性差异(P>0.05)，验证了方法的准确性好，精密度高。

表1 元素的线性度与方法检出限Table 1 Linearity and method detection limits for analytes

表2 方法的准确性与精密度(n=6)Table 2 Accuracy and precision of the method(n=6)

2.5 坚果油样品分析

选取产地分别来自山东、江西、江苏、湖南的5种食用坚果油样品，采用微波消解处理样品后，在选定的工作条件下对其中的8种金属元素进行测定，每个样品重复测定6次，结果见表3。5种食用坚果油中，花生油中的Na含量最高，榛子油中的Mg、K、Fe、Zn含量最高，山核桃中的Ba含量最高，葵花籽油中的Mn含量最高，山茶油中的Cu含量最高；5种食用坚果油中Cu、Fe、Zn的含量均<1 μg/g，处于较低水平。

表3 食用坚果油样品的分析结果 单位:μg/g

3 结论

微波等离子体原子发射光谱法在分析过程中无需使用高纯稀有气体氩气和危险性可燃气体，是一种低运行成本的无机元素分析方法，可用于坚果油中金属元素Na、Mg、K、Cu、Fe、Zn、Mn、Ba含量的测定。坚果油样品经微波消解处理后进行测定，通过选择合适的分析谱线和内标元素消除了干扰，采用加标回收实验并与电感耦合等离子体质谱法进行对比分析验证了方法准确可靠。各元素的方法检出限为0.02～0.12 μg/g，加标回收率90%～110%，相对标准偏差≤5.9%。实际样品的分析结果表明，方法满足坚果油中多种金属元素含量检测和质量控制要求。