懸浮液進(jìn)樣-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定大米中鉛的含量

(懷化學(xué)院 化學(xué)與化學(xué)工程系，湖南 懷化 418000)

大米是我國(guó)大部分地區(qū)的主糧.但隨著環(huán)境惡化、“三廢”污染加劇以及加工、包裝過(guò)程中污染等原因，大米中鉛等重金屬超標(biāo)已成為關(guān)乎食品安全的重要議題[1，2].食品中鉛含量測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)方法是原子吸收光譜法(GB5009，12-2010 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)).但該方法需在測(cè)定前采用干灰化法或濕消化法(包括微波消解法)對(duì)樣品進(jìn)行前處理，將試樣中各種形態(tài)的鉛轉(zhuǎn)入溶液才能進(jìn)樣測(cè)定[3-7].而無(wú)論哪種消解方法，均在一定程度上有操作繁復(fù)、耗時(shí)長(zhǎng)、樣品容易受到二次污染或損失等問(wèn)題.近年，懸浮液直接進(jìn)樣原子吸收光譜法在痕(微)量金屬分析中得到研究[8-12]，但用于測(cè)定大米中的鉛尚未見(jiàn)報(bào)道.

懸浮液直接進(jìn)樣—石墨爐原子吸收光譜法的原理是充分利用了石墨爐本身對(duì)樣品基體具有灰化處理能力這一特點(diǎn)，樣品無(wú)需消化而直接進(jìn)樣測(cè)定.其中，懸浮液的制備是該技術(shù)的關(guān)鍵之一，它直接決定了樣品的均勻性、穩(wěn)定性和取樣的代表性.另外，由于樣品未經(jīng)消化就直接進(jìn)樣，基體干擾大.為此，需要采用基體改進(jìn)技術(shù)，以得到更高的灰化溫度和更長(zhǎng)的灰化時(shí)間.此外，升溫程序選擇是否得當(dāng)，將對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大影響，因此其升溫程序的選擇也是至關(guān)重要的.本文就穩(wěn)定懸浮液的制備、最佳升溫程序等進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究.結(jié)果表明，該方法用于測(cè)定大米中鉛的含量，準(zhǔn)確度、靈敏度高，且速度快，干擾少.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器、試劑與樣品

1.1.1 儀器

AA-6300C原子吸收分光光度計(jì) (日本島津公司);AB204-N 電子分析天平(梅特勒);101-1AB型電熱鼓風(fēng)干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);FY135 中草藥粉碎機(jī).

常規(guī)玻璃儀器經(jīng)10%硝酸溶液浸泡24 h 以上，臨用前用高純水沖洗干凈，晾干備用.

1.1.2 試劑與樣品

試劑:濃硝酸(GR)，瓊脂(AR)，實(shí)驗(yàn)用水為高純水.

樣品:四種不同品種的大米，分別為珍珠米、糯米、銀針米、稻花香米.

1.2 溶液配制

(1)鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液(1 000 mg/L)

準(zhǔn)確稱(chēng)取1.0000 g 金屬鉛(99.99%)，分次加少量濃硝酸，加熱溶解，總量不超過(guò)30 mL，移入1000 mL 容量瓶，加高純水定容至刻度.搖勻.

(2)鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 ng/mL):上述鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，加3%硝酸稀釋而成.

(3)0.15%瓊脂溶液:稱(chēng)取1.5 g 瓊脂于1 L 燒杯中，加入約0.6 L 水，攪拌均勻后靜置過(guò)夜.加熱至微沸，保持微沸至溶液透明，補(bǔ)加水至1 L，冷卻待用.

(4)NH4H2PO4(10%):稱(chēng)取10.0 g NH4H2PO4用水定容至100 mL.

1.3 儀器條件

原子吸收分光光度計(jì)工作條件和石墨爐升溫程序分別見(jiàn)表1和表2.

表1 原子吸收分光光度計(jì)工作條件

表2 石墨爐升溫程序

1.4 樣品預(yù)處理

將四種不同的大米樣品分別置于100 ml 燒杯中用水漂洗幾次，再用高純水洗3次，然后在60～70℃烘箱中烘干至恒重，烘干后用粉碎機(jī)粉碎，粉碎后過(guò)100目篩裝入試劑瓶中，貼上標(biāo)簽后置于干燥器中備用.

1.5 懸浮液制備與進(jìn)樣測(cè)定

準(zhǔn)確稱(chēng)取過(guò)100 目篩的大米樣品0.5000 g 置于50 ml 容量瓶中，加5 ml NH4H2PO4溶液，用0.15%瓊脂溶液定容至刻度，搖勻，再轉(zhuǎn)移到50 ml 燒杯中用磁力攪拌器攪拌10 min 形成均勻穩(wěn)定的懸浮液.

將懸浮液倒入樣品杯中，采用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣20 uL，按表1及表2的儀器工作條件進(jìn)行測(cè)定.用0.15%瓊脂溶液測(cè)定試劑空白.

2 結(jié)果與方法學(xué)驗(yàn)證

2.1 工作曲線繪制

圖1 鉛工作曲線

量取100 ng/mL Pb 標(biāo)準(zhǔn)液2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL至50 mL 容量瓶中，用0.15%瓊脂溶液定容配制成濃度為5、10、15、20、25 ng/mL的工作液.以0.15%瓊脂溶液為空白，在前述測(cè)定條件下，采用自動(dòng)進(jìn)樣器進(jìn)樣20 uL，測(cè)定Pb元素標(biāo)準(zhǔn)系列溶液的吸光度，繪制工作曲線，如圖1所示.

由圖可知，線性回歸方程:Abs =0.004634CPb+0.00435，相關(guān)系數(shù)r=1.0000，線性良好.

2.2 樣品測(cè)定結(jié)果

對(duì)銀針米等4種大米進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果如表3所示.

表3 樣品測(cè)定結(jié)果

可見(jiàn)幾種大米中鉛的含量都小于國(guó)家規(guī)定的限量標(biāo)準(zhǔn)0.2 mg/kg.

2.3 檢出限測(cè)定

檢出限為某特定方法在給定的置信度內(nèi)可從樣品中檢出待測(cè)物質(zhì)的最小濃度或量.對(duì)空白溶液重復(fù)測(cè)量6次，記錄吸光度，以吸光度標(biāo)準(zhǔn)偏差的三倍與標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率的比值，計(jì)算檢出限.

實(shí)驗(yàn)測(cè)得在該方法中鉛的檢出限為0.22 ng/mL.

2.4 精密度試驗(yàn)

儀器精密度試驗(yàn)是為了檢驗(yàn)儀器的穩(wěn)定性和精密性.指用相同方法對(duì)同一樣品溶液進(jìn)行多次測(cè)定，考察各個(gè)測(cè)定值彼此接近的程度.具體如下:取同一樣品待測(cè)液，連續(xù)測(cè)定7次.計(jì)算其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差.結(jié)果如表4所示，其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.61%，表明儀器精密度良好.

表4 精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.5 重復(fù)性試驗(yàn)

指在同一條件下對(duì)同一批樣品，從樣品供試品液制備開(kāi)始，制備多份供試品溶液.每份供試品液再分別進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定所得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)處理，計(jì)算平均值和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差.具體如下:取同一樣品5份，按上述制備方法，平行處理并測(cè)定.結(jié)果如表5.

表5 重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果(n=5)

可見(jiàn)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差均小于5%，重復(fù)性良好.

2.6 加標(biāo)回收率

加標(biāo)回收試驗(yàn)是用于確定實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性.取1種樣品分別加入一定量的鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液按照與測(cè)定樣品相同的步驟進(jìn)行加標(biāo)回收率試驗(yàn)，計(jì)算回收率.結(jié)果如表6所示.由表3.7可知懸浮液直接進(jìn)樣的回收率在96.0%～99.0%之間.表明方法回收率良好.

表6 加標(biāo)回收率試驗(yàn)結(jié)果

3 討論

3.1 懸浮劑及其濃度的確定

懸浮液的均勻性和穩(wěn)定性直接影響測(cè)定的精密性和準(zhǔn)確度.試驗(yàn)比較了瓊脂、黃原膠、丙三醇、乙醇等作為懸浮劑的穩(wěn)定性和均勻性情況，發(fā)現(xiàn)瓊脂懸浮效果最好.樣品顆粒的沉降速度與顆粒粒徑成正比，因此應(yīng)盡可能降低樣品的粒徑.實(shí)驗(yàn)表明，樣品經(jīng)粉碎過(guò)100 目篩，懸浮液可呈現(xiàn)較好的穩(wěn)定性.懸浮介質(zhì)濃度增大，懸浮液的黏度越高，穩(wěn)定時(shí)間越長(zhǎng).但黏度太大時(shí)，懸浮液不易流動(dòng)，難于進(jìn)樣，影響測(cè)定精密度.試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)懸浮劑濃度達(dá)到0.2%時(shí)，懸浮液黏度太大，進(jìn)樣困難，也易產(chǎn)生爆沸，故選擇0.15%的瓊脂水溶液作為懸浮劑，實(shí)驗(yàn)表明用0.15%瓊脂溶液制備出的均勻的懸浮液可穩(wěn)定24 h 而不出現(xiàn)沉降.

3.2 干燥程序及時(shí)間的選擇

懸浮液直接進(jìn)樣帶入大量干物質(zhì)使加入石墨爐的樣品徹底干燥較為困難，所以本方法根據(jù)實(shí)際工作情況選擇了1種2 步干燥程序:先以斜坡方式加熱到150℃初步干燥大部分游離水分，也可防止暴沸;再以斜坡方式加熱到250℃，徹底干燥.為使干燥完全，本實(shí)驗(yàn)所選干燥時(shí)間為30 s.

3.3 樣品粉碎粒度的選擇

理論上樣品粉碎得越細(xì)檢測(cè)精密度越高，本實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品粉碎后過(guò)100 目篩的平行檢測(cè)的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%，已基本滿(mǎn)足實(shí)驗(yàn)要求.故本實(shí)驗(yàn)選擇樣品粉碎后過(guò)100 目篩.

3.4 灰化溫度及灰化時(shí)間對(duì)吸光度的影響

在石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定微量元素過(guò)程中，灰化溫度是影響測(cè)定結(jié)果比較明顯的因素之一.灰化溫度低，灰化不完全，導(dǎo)致吸光度偏低;灰化溫度高，元素在灰化過(guò)程中損失大，導(dǎo)致吸光度偏低.固定其它條件，只改變灰化溫度，測(cè)定其吸光度，結(jié)果如圖2所示.因采用懸浮液直接進(jìn)樣把大量有機(jī)物帶入石墨爐所以必須選用較高的灰化溫度和足夠的灰化時(shí)間才能灰化完全.根據(jù)灰化曲線(圖2)，選擇灰化溫度為750℃，在750℃下選擇不同的灰化時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)灰化時(shí)間達(dá)到20s 以上時(shí)吸光度值基本保持穩(wěn)定，所以根據(jù)實(shí)際工作情況選擇灰化時(shí)間為23 s.

圖2 鉛灰化溫度曲線

3.5 原子化溫度及原子化時(shí)間對(duì)吸光度的影響

在石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定微量元素過(guò)程中，原子化溫度也是影響測(cè)定結(jié)果比較明顯的因素之一.固定其他條件，只改變?cè)踊瘻囟龋瑴y(cè)定其吸光度，結(jié)果如圖3所示.由圖3可知，當(dāng)原子化溫度達(dá)到2 550℃時(shí)，吸光值最大，故本實(shí)驗(yàn)選擇原子化溫度為2 550℃.在2 550℃下選擇不同的原子化時(shí)間進(jìn)行檢測(cè)，當(dāng)原子化時(shí)間達(dá)到2 s 以上時(shí)吸光度值基本保持穩(wěn)定，所以根據(jù)實(shí)際工作情況選擇原子化時(shí)間為2 s.

圖3 鉛原子化溫度曲線

綜上，本文選用0.15%瓊脂溶液作為懸浮劑，樣品粉碎粒度選擇粉碎后過(guò)100 目篩，石墨爐升溫程序的選擇如表4所示.

4 結(jié)論

本文以0.15%瓊脂溶液作為懸浮劑，采用懸浮液直接進(jìn)樣—石墨爐原子吸收法測(cè)定大米中的鉛，測(cè)定結(jié)果具有較好的準(zhǔn)確度和精密度.與其它測(cè)定方法相比，懸浮液直接進(jìn)樣—石墨爐原子吸收法具有操作簡(jiǎn)便、快速、無(wú)污染、回收率高等特點(diǎn)，為測(cè)定大米中鉛含量又提供了一種簡(jiǎn)單可行的新方法.

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