张丛兰, 张 美, 李 皓, 杜 萍, 马小建, 李 庆, 杨 芳,*

(1.湖北大学知行学院,湖北武汉 430011;2.武汉工程大学绿色化工过程省部共建教育部重点实验室,湖北武汉 430073;3.昆明理工大学分析测试研究中心,云南昆明 650093;4.云南省分析测试中心,云南昆明 650093)

钙是人体必需的元素,它可以帮助构建骨骼和保护牙齿、促进传递神经信号以及调节心脏节律等[1-2],其含量也是衡量豆制品质量的一个重要指标.黄豆、豆荚以及强化钙的豆浆是人们获得钙的重要来源之一[3].豆浆作为乳的替代品被很多乳糖不适应症人群以及素食主义者接受[4].

钙的测定方法主要有高锰酸钾滴定法和原子吸收法.高锰酸钾滴定法测定钙含量一般需要2 d的时间,并且高锰酸钾标准溶液浓度易发生变化,需不断标定,既费时费力,又不易处理大批量试样.而火焰原子吸收法测定钙含量,可以缩短检验时间,提高劳动效率,同时便于处理大批量试样[5].

大豆加工可能会破坏和转移某些组分[6],例如钙离子可能在浸泡磨浆过程中损失.采用火焰原子吸收光谱法(flame atomic absorption spectrometry,FAAS)测豆浆及其原料中钙,可以简便、快速地计算出豆浆加工过程中钙离子的损失率.但是,钙极易在空气-乙炔中形成稳定的焦磷酸钙而影响钙的原子化效率[7].

本文采用湿法消化对豆浆及其原料进行预处理,制备样品溶液,在传统方法基础上,加入一定量氧化镧来消除这种干扰[8],利用FAAS测定了豆浆和其原料中钙元素的含量.对2种方法进行比较的结果显示,氧化镧溶液的加入使测定方法灵敏度更好、检出限更低、回收率更高,适合大批样品的测定,为样品预处理方法的选择提供了参考依据.

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

新鲜大豆,购于武汉农贸市场;浓度1.00 g/L的钙标准液,环境保护部标准样品研究所;浓硝酸、高氯酸均为分析纯.

1.2 仪器与设备

TAS990型原子吸收分光光度计,北京普析通用仪器有限责任公司;钙空心阴极灯;KDN-12C型消化炉,上海洪纪仪器设备有限公司;JY2003型电子分析天平,上海舜宇恒平科学仪器有限公司;FW80型粉碎机,天津市泰斯特仪器有限公司;JYD-P11S81型九阳豆浆机,九阳股份有限公司;DHG-9075A型电热恒温鼓风干燥箱,上海一恒科学仪器有限公司;AGX2-20-1P型纯水机,重庆颐洋企业发展有限公司.

1.3 测定条件

原子吸收分光光度计工作参数为工作灯是钙空心阴极灯,火焰类型是空气-乙炔火焰,波长422.7 nm,灯电流3.0 mA,狭缝0.50 nm,燃气流量2 000 mL/min.

1.4 样品预处理

1.4.1 豆浆的制备及预处理

准确称取大豆30.00 g,用90 mL的清水浸泡8 h后放入九阳豆浆机中磨浆,定容得到300 mL豆浆.取10.00 mL豆浆放入消化管中,将消化管放入消化炉中,加入适量消化酸(V(浓硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1),消化开始时将温度调低(约130℃),然后逐步将温度调高(最终调至250℃左右)进行消化,一直消化到样品冒白烟,样品溶液呈黄绿色或无色为止.消化完后,将消化管中的液体冷却,然后转移至50 mL容量瓶中,再用去离子水或氧化镧溶液冲洗消化管2～3次,定容至刻度[9].

1.4.2 豆粉的制备与预处理

将大豆用粉碎机粉碎,过40目筛,备用.准确称取1.00 g大豆粉放入消化管中,按照1.4.1方法进行消化[10].

1.5 钙离子浓度测定方法1

1.5.1 标准曲线的绘制

将1.00 g/L的钙标准溶液用1.00%体积分数的稀硝酸稀释,得到5.00,10.00,15.00,20.00以及25.00μg/mL标准溶液,测定吸光度值,得到钙元素的标准曲线.

1.5.2 样品测定

按照1.4方法分别处理样品后,用1.00%体积分数的稀硝酸对样品进行一定的稀释,然后用火焰原子吸收分光光度计测得吸光度值,通过标准曲线得到样品浓度.

1.6 钙离子浓度测定方法2

1.6.1 标准曲线的绘制

在1.00%的稀硝酸中加入氧化镧,使其终浓度为25.00 g/L.将1.00 g/L的钙标准溶液用含有25.00 g/L氧化镧的1.00%体积分数的稀硝酸稀释,得到5.00,10.00,15.00,20.00以及25.00μg/mL标准溶液,测定吸光度值,得到钙元素的标准曲线.

1.6.2 样品测定

按照1.4方法分别处理样品后,用含有25.00 g/L氧化镧的1.00%体积分数的稀硝酸对样品进行一定的稀释,然后用火焰原子吸收分光光度计测得吸光度值,通过标准曲线得到样品浓度.

1.7 灵敏度的测定

在火焰原子吸收分析中,通常习惯于用能产生1.00%吸收(即吸光度值为0.004 4)时所对应的待测溶液浓度(μg/mL)来表示分析的灵敏度,称为特征浓度(Cc)或特征(相对)灵敏度.特征浓度的测定方法是配制一待测元素的标准溶液(其浓度在线性范围),调节仪器最佳条件,测定标准溶液的吸光度[11],按式(1)计算.

式(1)中,Cc为特征浓度,μg/(mL·%);c为被测溶液浓度,μg/mL;A为测得的溶液吸光度.对分析工作显然是特征浓度愈小愈好.

1.8 检出限的测定

检出限可用于表示能被仪器检出的元素的最小浓度或最小质量.根据IUPAC规定,将检出限定义为,能够给出3倍于标准偏差的吸光度时,所对应的待测元素的浓度或质量,用式(2)进行计算.

式(2)中,Dc为相对检出限,μg/mL;c为待测溶液质量浓度,μg/mL;a为空白溶液测量标准偏差,是对空白溶液或接近空白的待测组分标准溶液的吸光度进行不少于10次的连续测定后,由式(3)计算求得的.

式(3)中,Ai为空白溶液第i次测量的吸光度;A为空白溶液多次平行测定的平均吸光度值;n为测定次数(≥10).检出限是仪器性能的一个重要指标[12].本实验中,对空白溶液的吸光度测定10次,根据式(2)和式(3)计算相对检出限.

1.9 回收率的测定

本文用加标法测定回收率.在给定的实验条件下,先测定未知试样中待测元素的含量,然后在一定量的该试样中,准确加入一定量待测元素,以同样方法进行样品处理.在同样条件下,测定其中待测元素的含量,则回收率等于加标样测定值与未加标样测定值之差与标样加入量之比,即

回收率愈接近1,则方法的可靠性愈高[13].

2 结果与分析

2.1 样品稀释倍数和消化液用量的选择

对1.4.1中的豆浆样品,分别按照1∶1,1∶2以及1∶3体积进行稀释,然后加入30.00 mL消化酸(浓硝酸∶高氯酸=4∶1)进行消化.结果发现按照1∶1体积稀释的样品,消化完全后,溶液呈浅棕黄色,透明度一般;按照1∶2体积稀释的样品,消化完全后,溶液呈黄绿色,较透明;按照1∶3体积稀释的样品,消化完全后,溶液呈淡黄绿色,透明度好,因此本实验中豆浆的稀释比例选择1∶3.

取10.00 mL按照1∶3进行稀释的豆浆样品,用不同体积的消化液对稀释后的豆浆样品进行消化,消化效果见表1.

按照1.4.2方法制备豆粉,取1.000 g豆粉,用不同体积的消化液进行消化,消化效果见表2.

表1 豆浆样品消化酸用量的单因素实验Tab.1 Single-factor experiment for digestion acid amount of soybean milk

表2 豆粉样品消化酸用量的单因素实验Tab.2 Single-factor experiment for digestion acid amount of soybean meal

由表1和表2可以看出,按1∶3体积稀释的豆浆样品,即10.00 mL稀释后豆浆样品消化的最佳消化酸用量为30.00 mL(V(浓硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1).而1.00 g黄豆粉的最佳消化酸用量为35.00 mL(V(浓硝酸)∶V(高氯酸)=4∶1).

2.2 钙标准曲线

测定方法1中钙元素的标准方程为A=0.032 3×c-0.051 4(R2=0.999 0),线性范围在7.8～26.4 mg/L.测定方法2得到钙元素的标准曲线方程为：A=0.039 8×c-0.110 6(R2=0.999 5),线性范围在7.8～22.9 mg/L.

2.3 两种方法测定钙含量的比较

用两种方法测定钙含量见表3,由表3可以看出,测定方法2的结果比方法1提高了31.7%.说明氧化镧的加入有效的排除了干扰.方法2测定结果显示,在大豆原料加工成豆浆的过程中,钙的损失率为10.4%.

表3 2种方法的测定结果比较Tab.3 Comparison of measurement results of two methods

2.4 灵敏度

测定方法1中未加入氧化镧溶液,取25.00μg/mL钙标准工作液(去离子水配制)35.00 mL于50.00 mL容量瓶中,用去离子水定容至刻度.用火焰原子吸收光谱法法测得A为0.604,c为20.29μg/mL,计算灵敏度为0.15μg/(mL·%).测定方法2中用25.00 g/L氧化镧代替去离子水作为溶剂,取25.00 μg/mL钙标准工作液(用25.00 g/L氧化镧溶液配制)28.00 mL于50 mL容量瓶中,用25.00 g/L氧化镧溶液定容至刻度.用火焰原子吸收光谱法法测得A为0.482,c为14.89μg/mL,计算灵敏度为0.136 μg/(mL·%).实验结果显示,氧化镧的加入提高了测定方法的灵敏度.

2.5 检出限

测定方法1中,对空白溶液的吸光度测定10次,分别为 0.084,0.080,0.086,0.092,0.094,0.091,0.093,0.092,0.093,0.088.计算得a=0.004 65,且测定方法1中豆浆样品的平均吸光度为0.220,样品平均浓度为8.402μg/mL,Dc=0.533 μg/mL.测定方法2中,对空白溶液的吸光度测定10次,分别为0.323,0.323,0.345,0.334,0.331,0.345,0.336,0.345,0.350,0.348,计算得a=0.000 1,且测定方法2中豆浆样品的平均吸光度为0.330,样品平均浓度为11.07μg/mL,Dc=0.01μg/mL.实验结果显示,氧化镧的加入使测定方法的检出限更低,仪器稳定性更好.

2.6 回收率

参照文献[14]和文献[15]用不同样品加入不同量的钙标准溶液测定钙含量,计算回收率,结果见表4和表5.

表4 测定方法1(未加氧化镧)的回收率比较Tab.4 Recovery comparison of determination method 1(without lanthanum oxide)

表5 测定方法2(加氧化镧)的回收率比较Tab.5 Recovery comparison of determination method 2(with lanthanum oxide)

由表4和表5可以看出,氧化镧的加入使测定方法的回收率更高,可靠性更高.

3 结 论

采用火焰原子吸收光谱快速测定豆浆及其原料中的钙,方法简便、快速、准确、灵敏度为0.150 mg/(L·%),检出限为0.533 mg/L,回收率为96.9%.氧化镧是钙的释放剂,为了消除 Al、P、Si、Ti、Fe、Mn、Be 等的化学干扰,在溶液中加入25.00 g/L氧化镧,灵敏度为0.136 mg/(L·%),检出限为0.01 mg/L,回收率提高到98.1%.说明采用25.00 g/L氧化镧排除干扰测定豆浆中钙是可行的.通过对豆浆和豆粉中钙含量的测定可以看出,豆浆加工中钙的损失率为10.4%.

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