ICP-OES法测定饮用天然矿泉水中4种阳离子和4种界限指标元素.pdf

Oct.2023 CHINA FOOD SAFETY 73分析检测ICP-OES 法测定饮用天然矿泉水中 4 种阳离子和 4 种界限指标元素姜华军，魏敏，张羽（威海市食品药品检验检测研究院，山东威海 264210）摘要：采用电感耦合等离子体发射光谱法（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）测定饮用天然矿泉水中的钾、钠、钙、镁 4 种阳离子和锂、锶、锌、硒 4 种界限指标元素。结果表明，该方法的线性关系良好，8 种元素测定的线性相关系数均大于 0.999，检出限为 0.000 082 0.025 000 mgL-1，定量限为 0.000 270 0.083 000 mgL-1，平均相对标准偏差为 0.1%4.8%，平均回收率在 96.0%107.0%。该方法快速、灵敏，结果稳定、准确，适用于饮用天然矿泉水中富含的 4 种阳离子和 4种界限指标元素的同时测定。关键词：电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）；饮用天然矿泉水；阳离子；界限指标Determination of 4 Cations and 4 Limiting Index Elements in Potable Natural Mineral Water by ICP-OESJIANG Huajun,WEI Min,ZHANG Yu(Weihai Institute for Food and Drug Control,Weihai 264210,China)Abstract:The four cations of potassium,sodium,calcium and magnesium and the four limiting index elements of lithium,strontium,zinc and selenium in potable natural mineral water were determined by inductively coupled plasma-optical emission spectrometry(ICP-OES).This method showed good linearity,and the linear correlation coefficients for all eight elements were more than 0.999.The detection limits were 0.000 082 0.025 000 mgL-1 and the quantitative limit were 0.000 270 0.083 000 mgL-1.The average relative standard deviations were 0.1%4.8%,and the average recoveries were 96.0%107.0%.This method is fast,sensitive,and has stable and accurate results.It is suitable for the simultaneous determination of four cations and four limiting index elements rich in potable natural mineral water.Keywords:inductively coupled plasma-optical emission spectrometry(ICP-OES);potable natural mineral water;cations;limiting index饮用天然矿泉水是从地下深处自然涌出的或经人工采集的、未受污染的地下水，含有一定量的矿物质盐和微量元素。食品安全国家标准 饮用天然矿泉水（GB 85372018）中规定了矿泉水的 7 项界限指标，包括锂、锶、锌、硒、偏硅酸、游离二氧化硫、溶解性总固体1。多种界限指标元素与人的身体健康和发育密切相关。例如，锂能够调节中枢神经系统，并改善造血功能；锶有促进骨骼生长以及防治心血管疾病的作用；锌是核酸、蛋白质合成的要素，能够影响组织再生，促进生长发育；硒具有一定的抗氧化作用，还可以调节免疫功能，提高机体抵抗力2-4。钾、钠、钙、镁是矿泉水中 4 种主要的阳离子，也是人体必需的矿物质元素，对于维持机体酸碱平衡和正常渗透压、维持神经和肌肉兴奋性、促进骨骼和牙齿形成等具有重要作用。阳离子和界限指标元素的测定对于饮用天然矿泉水的品质评价和质量控制有重要意义。电感耦合等离子体发射光谱（Inductively Coupled Plasma Optical Emission Spectroscopy，ICP-OES）因具有准确度高、线性范围宽、可同时分析检测多种元素等优点，被广泛应用于各个领域5-7。本实验采用ICP-OES法同时测定饮用天然矿泉水中钾、钠、钙、镁 4 种阳离子和锂、锶、锌、硒 4 种界限指标元素，作者简介：姜华军（1986），男，山东威海人，博士，高级工程师。研究方向：食品中元素分析检测。74 食品安全导刊 2023年10月（上）分析检测考察线性范围、检出限、定量限、加标回收率和精密度，并对多份市售矿泉水样品进行测定，为市售矿泉水的品质鉴别提供方法和数据参考。1材料与方法1.1试剂和材料硝酸（优级纯）：德国 Merck 公司；超纯水（电阻率 18.2 Mcm）：实验室自制；钾、钠、钙、镁、锂、锶、锌、硒单元素标准溶液（1 000 mgL-1）：国家有色金属及电子材料分析测试中心。1.2仪器和设备Optima 8000 电感耦合等离子发射光谱仪：美国PerkinElmer 公司；Milli-Q Direct 8 超纯水系统：德国 Merck Millipore 公司。1.3标准溶液配制吸取各单元素标准溶液，用 2%硝酸溶液逐级稀释，配制成混合标准工作溶液系列，各元素的浓度见表 1。表 1混合标准工作溶液系列中各元素的浓度测定元素标准系列浓度/（mgL-1）系列 1系列 2系列 3系列 4系列 5系列 6钾（K）01.02.05.010.020.0钠（Na）01.02.05.010.020.0钙（Ca）01.02.05.010.020.0镁（Mg）01.02.05.010.020.0锂（Li）00.10.20.51.02.0锶（Sr）00.10.20.51.02.0锌（Zn）00.10.20.51.02.0硒（Se）00.010.020.050.100.201.4样品处理饮用天然矿泉水样品清洁无污染，因此在测定前无须进行消解，只需进行酸化处理。取一定量的矿泉水样品，加入终浓度为 2%的硝酸进行酸化，待上机检测。若水样中某一元素含量超出标准系列浓度范围，则用 2%硝酸溶液将水样进行适当稀释后检测。1.5仪器工作条件射频功率 1 300 W；等离子气流量 12 Lmin-1；辅助气流量0.2 Lmin-1；雾化器气体流量0.55 Lmin-1；样品提升流量 1.5 mLmin-1；高浓度元素 K、Na、Ca、Mg、Sr 采用径向观测方式，观测高度 15 mm；Li、Zn、Se 采用轴向观测方式。1.6分析谱线选择对上述待测元素各选择多条不同的分析谱线进行测定，最终选择干扰少、信号强度高且稳定性好的谱线作为分析谱线，见表 2。表 2待测元素的分析谱线选择元素分析波长/nm元素分析波长/nmK766.490Li670.784Na589.592Sr407.771Ca422.673Zn206.200Mg285.213Se196.0282结果与分析2.1标准工作曲线在上述仪器工作条件下，按浓度由低到高依次对混合标准工作溶液中各元素进行测定，根据各元素浓度和相应谱线强度建立标准工作曲线，结果见表 3。各元素在其相应的浓度范围内均有良好的线性关系，相关系数均大于 0.999。表 3各元素测定的标准工作曲线元素 线性范围/（mgL-1）线性回归方程相关系数K0 20.0Y=11 440X-1 363.30.999 869Na0 20.0Y=38 390X+2 990.50.999 916Ca0 20.0Y=40 290X+868.10.999 947Mg0 20.0Y=80 610X-47.90.999 948Li0 2.0Y=171 100X+2 179.20.999 690Sr0 2.0Y=5 308 000X+614.70.999 988Zn0 2.0Y=202 600X+35.30.999 996Se0 0.2Y=6 040X+50.40.999 8582.2方法检出限和定量限以2%硝酸溶液作为空白试样，平行测定20次，计算各元素谱线强度值的标准偏差。3 倍标准偏差对应的浓度为方法检出限8，10 倍标准偏差对应的浓度为方法定量限，结果见表 4。8 种元素测定的方法检出限在 0.000 082 0.025 000 mgL-1，方法定量限在 0.000 270 mgL-1 0.083 000 mgL-1。表 4各元素测定的方法检出限和定量限元素谱线强度 标准偏差/cps方法检出限/（mgL-1）方法定量限/（mgL-1）K95.420.025 0000.083 000Na93.370.007 3000.024 000Ca106.830.008 0000.027 000Mg80.780.003 0000.010 000Li297.420.005 2000.017 000Sr144.160.000 0820.000 270Zn41.780.000 6200.002 100Se10.090.005 0000.017 0002.3加标回收和精密度实验按上述方法测定某一矿泉水试样中 8 种元素的含量，记为本底值。向这一矿泉水试样中加入 3 个不同Oct.2023 CHINA FOOD SAFETY 75分析检测浓度水平的混合标准溶液，制备加标试样，重复测定6 次，计算各元素的加标回收率和 RSD，见表 5。8 种元素的平均加标回收率在 96.0%107.0%，表明准确度较高；平均相对标准偏差为 0.1%4.8%，表明精密度良好。表 5加标回收率和精密度实验结果元素本底值/（mgL-1）加标值/（mgL-1）平均测定值/（mgL-1）平均 回收率/%平均RSD/%K0.981.02.00102.01.22.02.9799.50.810.010.9699.80.3Na16.411.017.3998.00.22.018.3999.00.210.026.3599.40.1Ca33.881.034.8698.00.12.035.89100.50.110.043.8399.50.1Mg6.251.07.2398.00.22.08.25100.00.210.016.2199.60.1Li0.10.09696.01.70.20.19698.01.21.00.98998.90.6Sr0.910.11.011101.00.10.21.10999.50.11.01.910100.00.1Zn0.10.102102.01.10.20.201100.50.81.01.001100.10.2Se0.010.0107107.04.80.020.0208104.03.60.100.1022102.21.1注：表示低于检出限，未检出。下同。2.4实际样品测定利用所建立的方法对 5 份不同品牌的市售饮用天然矿泉水样品进行检测，结果见表 6。所有被测矿泉水样品中均含有较高水平的钾、钠、钙、镁4种阳离子，其含量在不同品牌之间有差异，均在产品标签标示的范围内。5 份样品中的锶元素均达到了 GB 85372018 中规定的界限指标含量要求（0.20 mgL-1），表明 5 份被测矿泉水样品均为锶型矿泉水。只有 1 份样品检出了锂和锌元素，但含量均不在 GB 85372018 规定的范围内。3结论阳离子和界限指标元素含量是评价饮用天然矿泉水品质的重要指标。GB 85372018 中规定了 7 种界限指标的含量要求，且规定矿泉水产品标签应标示达标的界限指标以及主要阳离子（K+、Na+、Ca2+、Mg2+）的含量范围1。本实验采用电感耦合等离子体发射光谱法测定饮用天然矿泉水中钾、钠、钙、镁 4种阳离子和锂、锶、锌、硒 4 种界限指标元素，样品经酸化处理后直接上机检测，操作过程简单，检测速度快。实验结果显示，对于 8 种元素的测定，该方法线性关系良好，方法检出限、加标回收率和精密度等各项指标均符合要求，可以满足矿泉水类型和品质快速检测鉴别的需要。参考文献1 国家卫生健康委员会,国家市场监督管理总局.食品安全国家标准 饮用天然矿泉水:GB 85372018S.北京:中国标准出版社,2018.2 胡文玉,梅光泉.矿泉水中的微量元素对人体健康的影响 J.微量元素与健康研究,1997,14(3):41-43.3 李 相 镐,鞠 翠 香,罗 红.饮 用 天 然 矿 泉 水 中微量元素对人体的保健作用 J.微量元素与健康研究,1997,14(1):42.4 肖喆,石瑛,王捷,等.硒的生物学活性及其作用机制 J.人人健康,2019(17):305-306.5 谢永红.电感耦合等离子体发射光谱（ICP-OES）法同时测定矿泉水界限指标中的 4 种元素 J.中国无机分析化学,2021,11(1):36-38.6 万天琦,赵志伟,敖漉,等.电感耦合等离子体发射光谱法测定矿泉水中常见的 4 种矿物元素 J.当代化工,2017,46(10):2170-2173.7 姜华军,魏敏,王妍.微波消解-ICP-OES 法同时测定鱼露中 13 种元素 J.中国调味品,2019,44(10):165-167.8 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会.实验室质量控制规范 食品理化检测:GB/T 274042008S.北京:中国标准出版社,2008.表 6不同品牌市售矿泉水样品中 8 种元素测定结果元素元素含量/（mgL-1）1#2#3#4#5#K0.981.501.261.180.72Na16.4122.9624.3127.2228.71Ca33.8847.3228.7740.0843.67Mg6.2512.038.6210.816.60Li0.008 3Sr0.910.631.410.600.30Zn0.053Se