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微波消解在測定食品中微量元素中的應用
閱讀：2598 發(fā)布時間：2020-7-16一,、微量元素測定時樣品的處理方法比較
1.1高溫灰化法
該法是將一定量的樣品置于石英坩堝內先在電爐上用小火炭化，炭化后用馬福爐以適當的溫度灰化,，灼燒除去有機成分,，再用酸溶解，使其微量元素轉化成可測定狀態(tài),。該法優(yōu)點是：設備簡單,，取樣量較大，溶劑用量不多,，而且可批量操作,。缺點是：加熱時間長，耗電量大,。對于汞,、砷等易揮發(fā)元素，高溫灰化法易造成損失,，影響測定結果的度,。
1.2低溫灰化法
此方法是利用高頻電場作用下產生的激發(fā)態(tài)氧等離子體消化樣品中的有機體。該法雖然取樣量少且減少了揮發(fā)性元素的損失,，但灰化時間長,、設備昂貴、實驗條件要求高,，因此一般不采用此方法,。
1.3濕法消化法
利用濃無機酸和強氧化劑來消化處理樣品，是實驗室常用的方法,。但該法操作繁瑣,、消化時間長、容易引入污染,，而且樣品易消化不,。
1.4微波消解法
近年來產生的一種嶄新的樣品處理技術，它結合了高壓消解和微波快速加熱兩方面的性能,。該法的優(yōu)點是：①微波加熱是“內加熱”,，具有加熱速度快,、加熱均勻、無溫度梯度,、無滯后效應等特點,。②消解樣品的能力強，特別是一些難溶樣品,，傳統(tǒng)的消解方式需要數小時甚至數天[2]，而微波消解只需要幾分鐘至十幾分鐘,。③溶劑用量少,，用密封容器微波溶樣時，溶劑沒有蒸發(fā)損失,，一般只需溶劑5-10ml,。④減少了勞動強度，改善了操作環(huán)境,，避免了有害氣體排放對環(huán)境造成的污染,。⑤由于樣品采用密閉消解，有效地減少了易揮發(fā)元素的損失,。本文以上海新儀微波消解儀為例：40罐一般消解程序見表1,。
表1 微波消解的程序
步驟 溫度 ℃ 時間/min 功率/W |
1 130 10 1700 2 150 5 1700 3 180 10 1700 |
二、微波消解時樣品的取樣量
在確定各待測元素的測定手段和操作方法之后,，取樣量的多少主要取決于試樣的類型及待測元素含量的高低,。在相同條件下，取樣量少時樣品消解質量會更好一些,。因此,，只要測定方法有足夠的靈敏度，應盡可能減少取樣量,。過大的取樣量容易使消解過于劇烈,，引起反應失控。食品中含有較多的有機成分,，樣品在消解過程中會產生氣體,，故取樣量不能太大。當不知道樣品的組成時,，一般取樣0.1g行消解試驗,，根據其消解反應的劇烈程度再決定其后的取樣量。表2列舉了幾種不同食品消解時的取樣量,。
表 2 不同食品消解時的取樣量
樣品種類 糖果餅干類 糧食類 乳制品 植物油 肉類 蔬菜類 |
樣品取樣量（g） 0.5 0.5 0.5 0.5 0.5 2.0 |
三,、微波消解時樣品預處理的方法
由于食品一般含有的有機質，消解時產生較多的氣體,，而使密閉消解罐內壓力過大,，以至超出了正常的控制壓力而失去自動控制微波加熱的能力，造成壓力過沖，超壓泄氣,，有時甚至造成消解罐的炸裂,。因此，樣品在進行微波消解前必須進行預處理,。由于食品種類繁多,，基質不一樣，所以對于不同的樣品應采用不同的預處理方法,，一般可分以下三種：
3.1對于反應劇烈的樣品,，將準備好的樣品放在水浴鍋或電子控溫加熱板上加熱，并不斷搖動溶樣杯,，讓的氣體釋放出,，等少量或淺色氣體冒出時取下后進行微波消解。
3.2對于在常溫下需要長時間反應的樣品,，可將準備好的樣品放置過夜,，第二天再放進消解爐消解。
3.3對于預處理時間長的難處理樣品,，也可采用放過夜的方法,，第二天再進行消解處理。
3.4樣品經過處理后,，若溶液體積小于8ml時,，則必須補加水或酸，使其體積不小于8ml,，然后再進行微波消解,。
四、微波消解時溶劑的選擇
微波消解樣品常用的溶劑通常有以下幾種：①硝酸,。硝酸宜用于消解食品試樣,，在密閉狀態(tài)下硝酸可加熱至180-200℃，有很強的氧化性,，可與許多金屬形成易溶的硝酸鹽,。硝酸主要用于消解有機樣品，如脂肪,、蛋白質,、碳水化合物、化妝品,、植物材料,、廢水等。②鹽酸,。鹽酸往往與硝酸配成王水,，是消解某些樣品的有效溶劑,。用硝酸消解有機試樣時，加入5-10%的鹽酸能提高分解效果,。往往與其它酸一起用于分解含硅及硅酸鹽的樣品,。④過氧化氫。過氧化氫是很強的氧化劑,，化學反應猛烈,，應特別注意加入的方法和用量，過氧化氫往往與其它酸一起使用以增快溶樣速度,。⑤硼酸,。用消解完后加入硼酸，用于配位難溶的氟化物和過量的,。以上溶劑中，除硝酸外,，其余的都很少單獨使用,，更多的是根據不同樣品的特性，選擇上述兩種或更多種組成混合溶劑,，以達到消解效果,。
溶解的目的是希望酸能分解樣品基體，使待測的金屬以可溶性離子的形式存在,。在密閉體系中,，樣品分解受許多復雜因素的影響，大多數無機酸都是良好的微波吸收體,，某些酸在密閉容器中以微波作用后其穩(wěn)定性,、蒸汽壓等性質都會引起不同的變化。應當根據樣品的基體組成和被測元素的性質,、分解效果,、反應后得到的是否是可溶性鹽、反應速率等情況來考慮選用什么溶劑,。因為每種溶劑只能有效地分解某一基體中個別組分,，因此運用一種或多種溶劑構成混合溶劑進行消解，以達到樣品分解,、不引入干擾,，并且試劑用量少，溶解后很少或沒有樣品后續(xù)的處理過程等目的,。
由于食品的主要成分是碳水化合物,、蛋白質、脂肪等有機成分,，因此通常選用硝酸作為食品的消解液,。過氧化氫是一種助氧化劑,，在較低溫度下即可分解成高能態(tài)活性氧，降解某些有機物,。過氧化氫與硝酸共用可大大提高混合液的氧化能力,，破壞有機物，且分解產物簡單,，對反應其質影響很小,。表3列舉了幾種不同食品消解時溶劑的用量。
表3 不同食品消解時溶劑的用量
樣品種類 糖果餅干類 糧食類 乳制品 植物油 肉類 蔬菜類 |
HNO3（ml） 5-8 5-8 5- 10 5-9 5-8 5- 8 H2O2（ml） 1 1 1 1 |
五,、微波消解食品時加熱時間及溫度的選擇
一般來說,，微波加熱通常宜先用小功率分多步進行消解。由于消解的樣品種類千差萬別,，加入的溶劑又不同,，需要的溫度和加熱的時間也不一樣，通常單罐消解時有機樣品需要2—10分鐘,，無機樣品需5—20分鐘,，消解罐罐數越多消解時間應相應增加,。對于難消解的試樣,，消解時間要長一些,。為避免消解罐過熱，大功率微波加熱時間一般不要超過10分鐘,，如果需要更長的消解時間,，則待消解罐冷卻后再繼續(xù)加熱分解。
一般對容易消解的樣品或未知其性質的樣品,，160度以下加熱,，對難消解的樣品可選擇180-200度加熱消解。為了防止樣品過沖和發(fā)生因操作不當造成事故,，溫度設定應分多工步由小逐漸增大,，、二工步在130—160度之間盡量加長微波加熱時間,，以便在低壓情況下消耗樣品與溶劑的反應烈度,，避免在壓力升高過程中發(fā)生壓力過沖現象。由于食品多為有機成分,，易于消解,，故消解時可選用小功率，分步進行,。
六,、新儀微波產品在此領域優(yōu)勢
1， 不少食品在反應過程中釋放氣體量多,，氣壓大,。若罐體結構為自泄壓式,，則易造成揮發(fā)性元素損失。而新儀微波全密閉結構微波消解罐可成功避免這一點,。
2,， 食品被硝酸分解釋放氣體過程中會腐蝕罐體，特別是某些廠家的PEEK材料外罐,，不耐硝酸,，新儀微波的宇航復合纖維外罐也不會產生這個問題。
3,， 新儀微波產品全套消解罐360度連續(xù)旋轉,，各罐溫度均勻性。
4,， 新儀微波全密閉結構抗高壓沖擊能力強,，罐體結構不變形，而自泄壓結構的彈性壓片,，在高壓作用下經常性發(fā)生形變,，終可能產生形變，導致罐體泄漏,，而要不斷更換。
5,， 直接壓電晶體測壓,，了性，也避免了類似導氣管測壓帶來的樣品交叉污染,。
七,、結束語
微波消解技術是現代分析技術不斷發(fā)展以及分析結果度不斷提高的結果。微波消解技術的應用解決了傳統(tǒng)樣品預處理時處理時間長,、揮發(fā)性元素易損失等問題,。要提高分析結果的度，必須從分析過程的每個環(huán)節(jié)著手,，而樣品預處理是分析過程中至關重要的環(huán)節(jié),，將微波消解技術用于樣品的預處理過程，從而可以有效提高分析結果的度,。因此,，隨著微波消解技術廣泛的應用，它將會被引入到更多的國標檢測方法中,。