MPT-AES法測定大米中鉛和鎘

趙明明，李麗華，張金生

（遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，遼寧撫順113001）

MPT-AES法測定大米中鉛和鎘

趙明明，李麗華，張金生*

（遼寧石油化工大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院，遼寧撫順113001）

用微波等離子體炬（MPT）為激發(fā)光源，氬氣為等離子體工作氣，用氣動(dòng)霧化進(jìn)樣，微波消解大米條件進(jìn)行了正交試驗(yàn)考察，研究了微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法（MPT-AES）測定大米中鉛和鎘。詳細(xì)考察了Pb和Cd的最佳分析譜線波長、微波前向功率、載氣流量、工作氣流量等實(shí)驗(yàn)參數(shù)對(duì)測定強(qiáng)度的影響。同時(shí)考察了酸濃度和共存離子對(duì)鉛和鎘測定的影響。在最佳條件下測得鉛和鎘的檢出限分別為4.8 ng/mL、5.7 ng/mL，精密度分別為2.35%、1.86%，加標(biāo)回收率分別為97.2%～102.2%、97.5%～101.7%。

微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法；大米；鉛；鎘

近年來，農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題已成為政府有關(guān)部門乃至普通百姓關(guān)注的焦點(diǎn)之一，其中有毒重金屬超標(biāo)和污染問題不容樂觀，尤其是對(duì)鉛和鎘的含量，無公害農(nóng)產(chǎn)品和綠色食品等食品標(biāo)準(zhǔn)中有嚴(yán)格限量，也是國家農(nóng)產(chǎn)品例行監(jiān)測的重要指標(biāo)。這些重金屬中鉛鎘毒性很大，容易進(jìn)入人體細(xì)胞，對(duì)內(nèi)臟器官造成損傷。因此，測定大米中的重金屬含量對(duì)人們健康非常重要［1］。大米中重金屬元素的測定主要有原子吸收光譜［2-3］和ICP-AES法［4］。因此測定大米的鉛和鎘含量對(duì)人類健康具有非常重要的意義。本實(shí)驗(yàn)采用MPT-AES法［5-8］測定大米中鉛和鎘含量。該法操作簡單，儀器價(jià)格經(jīng)濟(jì)，方法快速測定結(jié)果可靠。

1試驗(yàn)部分

1.1儀器與試劑

1020型MPT光譜儀（長春吉大·小天鵝儀器有限公司）；石英亞沸高純水蒸餾器：江蘇省金壇市環(huán)宇科學(xué)儀器廠；EXCEL全功能型微波消解儀：上海屹堯微波化學(xué)技術(shù)有限公司；鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 g/L，鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 g/L，鉻標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 g/L，銅標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 g/L。所用試劑均為分析純或優(yōu)級(jí)純，水為亞沸蒸餾水。

稱取0.5 g大米（精確至0.000 1 g）過20目篩的粉樣于消化罐中，加入8 mL硝酸，浸泡10 min后，加入2 mL過氧化氫，浸泡20 min，將消化罐放入微波消解爐中，設(shè)置消解分析條件，消解完畢取出消解罐，冷卻后開罐，將消解液于電熱板上趕盡殘酸，用1%硝酸轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中，定容，上機(jī)測定。同時(shí)制備空白液。

1.2光譜儀工作條件選擇

1.2.1分析譜線的選擇

分別配制質(zhì)量濃度為5 mg/L鉛鎘的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行波長掃描，最后選擇各自發(fā)射強(qiáng)度大、背景和光譜干擾小、信倍比大的發(fā)射譜線為最佳分析譜線，405.7 nm和228.8 nm。

1.2.2微波前向功率的選擇

微波功率對(duì)發(fā)射強(qiáng)度的影響是隨著微波功率的增加而增加，但由于微波功率較大時(shí)等離子體炬不穩(wěn)定，而微波功率較小時(shí)等離子體對(duì)水分和樣品的承受能力較差亦會(huì)影響到穩(wěn)定性。本研究綜合考慮了儀器性能和具體要求，選擇微波功率為80 W。

1.2.3載氣流量的選擇

從實(shí)驗(yàn)中得知，各元素的相對(duì)發(fā)射強(qiáng)度均隨著載氣流量的增加成先增加后趨于平緩（或逐漸降低）的趨勢，這是由于載氣流量對(duì)進(jìn)樣量、霧化效率、稀釋因子等方面有影響。載氣流量過小時(shí)，霧化效果差，等離子體能耗較大，所以信號(hào)強(qiáng)度低。載氣流量增大時(shí)，有利于中央通道的形成，同時(shí)可以延長樣品在中央通道的停留時(shí)間，因而發(fā)射強(qiáng)度增大。但過大時(shí)，載氣本身對(duì)等離子體冷卻作用增強(qiáng)，并且，對(duì)樣品稀釋作用也增強(qiáng)，故信號(hào)強(qiáng)度也應(yīng)有所下降。本文從既保證發(fā)射強(qiáng)度最大又盡可能節(jié)省成本角度選取測試各待測元素的載氣流量分別為0.70 L/min和0.60 L/min。

1.2.4工作氣流量的選擇

工作氣流量對(duì)發(fā)射強(qiáng)度的影響試驗(yàn)考查，當(dāng)工作氣流量太小時(shí)，等離子體不穩(wěn)定，且不能很好地阻隔周圍空氣向等離子體中擴(kuò)散。當(dāng)工作氣流量太大時(shí)，樣品在等離子體中的停留時(shí)間縮短，用于激發(fā)氬氣本身電離的能量損耗也增大，所以信號(hào)強(qiáng)度降低。試驗(yàn)選取最佳工作氣流量均為0.50 L/min。

2結(jié)果與討論

2.1設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)考察微波消解程序

以測定大米中的鉛鎘為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法考察微波消解的最佳工作條件［9-10］?？疾煜鉁囟龋ˋ）、消解壓力（B）、恒溫時(shí)間（C）對(duì)各元素含量測定的影響。對(duì)大米樣品進(jìn)行微波消解，選定每個(gè)因素的不同的水平，安排三因素正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)方案及結(jié)果見表1、2、3、4、5、6。

表1　大米中鉛正交試驗(yàn)因素水平Table 1Rice lead in factor levels orthogonal experiment

表2　正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 2Orthogonal experiment methods and results

根據(jù)表2中3個(gè)因素的極差值數(shù)據(jù)可知，對(duì)于Pb元素，消解溫度是影響大米樣品消解的主要因素，其次是消解時(shí)間，影響最小的因素是消解壓力，根據(jù)K值變化趨勢確定最佳的消解方案為A3B2C1，最終得到最佳微波消解條件如表3。

表3　最佳微波消解條件Table 3The best condition of microwave digestion

表4　大米中鎘正交實(shí)驗(yàn)因素水平Table 4Cadmium in rice factor levels orthogonal experiment

根據(jù)表5中3個(gè)因素的極差值數(shù)據(jù)可知，對(duì)于Cd元素，消解溫度是影響大米樣品消解的主要因素，其次是消解時(shí)間，影響最小的因素是消解壓力，根據(jù)K值變化趨勢確定最佳的消解方案為A3B3C1，最終得到最佳微波消解條件（表6）。

表5　正交試驗(yàn)方案及結(jié)果Table 5Orthogonal experiment methods and results

表6　最佳微波消解參數(shù)Table 6The optimum parameters of the microwave digestion

2.2干擾的考察

2.2.1酸效應(yīng)

經(jīng)考察，鉛鎘均不同程度地存在一定的酸效應(yīng)。但樣品消解后消解液在電爐上已蒸至近干，大部分消解液已揮發(fā)掉，殘留其中的酸液濃度很低，不會(huì)造成樣品不均勻，對(duì)測定結(jié)果造成影響。

2.2.2共存離子

經(jīng)考察，對(duì)于共存元素銅和鉻，當(dāng)其含量在0倍～50倍銅和鉻含量的范圍內(nèi)，其相對(duì)誤差的絕對(duì)值均小于5.0%，對(duì)鉛和鎘的發(fā)射強(qiáng)度影響可以忽略。

2.3方法檢出限、測量精密度

吸取不同量的Pb、Cd標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，稀釋成一系列濃度的工作液，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行測定，由計(jì)算機(jī)直接給出線性回歸方程和回歸系數(shù)。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，分別進(jìn)行11次平行測定，測得檢出限分別為4.8、5.7 ng/mL；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.35%、1.86%。

3樣品分析

分別測定不同地區(qū)大米中鉛和鎘的含量。每種樣品按1.2進(jìn)行樣品預(yù)處理，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下平行測定4次。為了驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性，對(duì)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，計(jì)算平均回收率，并與國標(biāo)法［11］進(jìn)行對(duì)比，測定結(jié)果如表7所示。

由表可以看出，3種大米中鉛和鎘的含量均在國標(biāo)范圍內(nèi)，可以食用。并且得出了用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定大米中Pb、Cd的回收率為97.2%～102.2%，97.5%～101.7%，RSD≤1.34%，表明MPT-AES是測定大米中Pb、Cd行之有效的分析方法。

表7　不同品牌中大米鉛和鉻的測定結(jié)果Table 7Different brands of rice the determination results of lead and chromium

4結(jié)論

1）采用MPT-AES法測定大米中的微量元素，方法靈敏度高，準(zhǔn)確度高，精密度較好，分析速度快，與ICP-AES相比儀器運(yùn)轉(zhuǎn)成本較低，從而可為大米中金屬元素的分析測定提供一種行之有效的測試方法。

2）據(jù)測量結(jié)果分析，不同產(chǎn)地大米中的鉛和鎘元素含量均在國標(biāo)范圍內(nèi)，可以食用。

［1］董秋洪，聶根新，涂田華，等.食品中重金屬污染對(duì)人體健康的影響及其對(duì)策［J］.江西農(nóng)業(yè)科技，2003（3）：37-38

［2］邵勁松，高芹.微波消解石墨爐原子吸收法測定大米中鉛鎘［J］.糧食與食品工業(yè)，2005，12（2）：42-45

［3］牟仁祥，陳銘學(xué)，朱智偉，等.微波消解-氫化物-原子熒光光譜法測定大米中痕量汞［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2004，2（2）：236-237

［4］李百靈，周健，申治國，等.ICP-AES和ICP-MS法測定大米中的微量元素［J］；光譜實(shí)驗(yàn)室，2002，19（3）：420-423

［5］金欽漢.MPT光譜儀技術(shù)研究［J］.光譜學(xué)與光譜分析，2004，22（2）：224-228

［6］杜翠娟.微波消解-ICP-AES法測定塑料中Pb和Cd［J］.化學(xué)分析計(jì)量，2010，19（6）：69-70

［7］李麗華，張金生，張起凱，等.MPT-AES測定礦泉水中的Ca、Mg和Na［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2002，15（2）：46-48，67

［8］李麗華，張麗靜，張金生，等.微波消解-MPT-AES法測定豆制品中的Cu、Fe、Ni、Cd［J］.大豆科學(xué)，2007，26（2）：240-244

［9］黃頌強(qiáng).淺析環(huán)境化學(xué)分析中的微波消解技術(shù)［J］.科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（8）：158-163

［10］劉天才.試談微波技術(shù)再分析測試中的應(yīng)用［J］.廣石化科技，2002（4）：40-44

［11］中華人民共和國衛(wèi)生部.GB 2762-2012食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012

Determination of Plumbum and Cadmium in the Rice by MPT-AES

ZHAO Ming-ming，LI Li-hua，ZHANG Jin-sheng*
（School of Chemistry and Material Science，Liaoning Shihua University，F(xiàn)ushun 113001，Liaoning，China）

Using microwave plasma torch（MPT）as excitation light source，argon as support gas，the sample solution was introduced in to a pneumatic atomizer system.Orthogonal experimengt studies the congditions of microwave digestion of rice.The determination of plumbum and cadmium in rice beverage by microwave plasma torch atomic emission spectrometry（MPT-AES）was studied.The detection conditions，including analytical line，microwave forward power，flow rate of carrier gas and support gas to the emission strength of elements of plumbum and cadmium were optimized.The effects of acid concentration and coexistent ions on the detections were investigated in detail.The results showed that the detection limits of plumbum and cadmium were 4.8 ng/mL，5.7 ng/mL；the precisions were 2.35%，1.86%；the recovery were 97.2%-102.2%，97.5%-101.7%，respectively.

microwave plasma torch atomic emission spectrometry；rice；plumbum；cadmium

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.12.026

2013-12-14

趙明明（1987—），男（漢），在讀碩士，研究方向：微波化學(xué)，現(xiàn)代分析測試新技術(shù)。

張金生（1960—），男，教授，碩士生導(dǎo)師，博士，主要研究方向：微波化學(xué)，現(xiàn)代分析測試新技術(shù)。