微波輔助消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定煙草中的重金屬

羅夏琳， 胡玉斐， 李攻科

(中山大學(xué)化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，廣東廣州 510275)

眾所周知，吸煙有損人的健康，然而據(jù)統(tǒng)計中國是全球最大的煙草消費國[1]。煙草中的有害物質(zhì)很多，重金屬就是其中之一。煙草中常見的重金屬有Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe等。在吸煙過程中，煙草中的大部分重金屬會經(jīng)過呼吸道進(jìn)入人體[2]，而Cr、Pb等重金屬在人體中過多積累會引起中毒現(xiàn)象[3]，甚至導(dǎo)致細(xì)胞癌變[4]。因此，檢測煙草中的重金屬含量，對減少吸煙對人體帶來的危害有重大意義。

微波輔助消解法作為樣品前處理方法，對固體樣品具有密封性好、快速、徹底消解等優(yōu)點，目前已在食品[5,6]、染料[7]等分析領(lǐng)域得到應(yīng)用，利用微波輔助消解法對煙草進(jìn)行前處理有利于提高金屬元素的回收率和準(zhǔn)確度[8]。電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)具有靈敏度高、檢出限低、基體效應(yīng)小、線性范圍寬、可同時分析多元素等優(yōu)點。本文建立了微波輔助消解-ICP-OES法測定煙草中重金屬的分析方法，該方法具有快速、靈敏等特點。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

MARS XPRESS高壓密閉微波消解萃取儀(美國，CEM公司)；Spectro Ciros-Vison EOP水平觀測全譜直讀等離子體發(fā)射光譜儀(德國，斯派克分析儀器公司)。

Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)。HNO3(優(yōu)級純,廣州市東紅化工廠)；H2O2(分析純,廣州化學(xué)試劑廠)。實驗用水為二次去離子水。

市售煙草，包括國內(nèi)外的不同品牌。

1.2 實驗方法

將從市場上購買的煙草除去濾嘴和外層包裝紙，混合均勻。準(zhǔn)確稱取0.4000 g煙草樣品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入9 mL HNO3消解液進(jìn)行微波輔助消解。消解后過濾，并于25 mL容量瓶中用水定容。

2 結(jié)果與討論

2.1 微波消解條件的優(yōu)化

微波輔助消解條件的優(yōu)化以完全消解為準(zhǔn)，確定最短的消解時間及最適合的消解液。

2.1.1消解功率的優(yōu)化以10 mL HNO3為消解液，稱取0.4000 g煙絲樣品進(jìn)行微波消解。消解功率分別設(shè)為400 W、800 W、1 600 W，升溫時間均為8 min，最終溫度為160 ℃，并保持7 min。分別將消解后的溶液經(jīng)過一定處理后，使用ICP-OES測定各元素響應(yīng)值，結(jié)果表明800 W和1 600 W實驗結(jié)果大部分相差不大，但是由于1 600 W條件下，升溫速度過快，壓力迅速升高，而消解罐非密閉容器，部分元素容易損失，導(dǎo)致測量結(jié)果偏低。故選取800 W作為最佳消解功率。

2.1.2消解液組成的優(yōu)化以濃HNO3和H2O2的混合液為消解液，改變兩者的組分比例，其他條件不變，再分別由ICP-OES測其響應(yīng)，由數(shù)據(jù)分析得知，Cr元素在9 mL HNO3(無H2O2)體系中消解效果最好，而除Cr元素外的其他元素經(jīng)過不同組分消解液處理后的響應(yīng)值沒有太大區(qū)別。因此選取9 mL HNO3作為最優(yōu)消解液。

2.1.3消解溫度的優(yōu)化分別在130 ℃、140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃溫度進(jìn)行消解，其他條件不變。實驗結(jié)果表明各元素在150 ℃時消解效果最好。

2.1.4其他消解程序的優(yōu)化本實驗經(jīng)過上述條件優(yōu)化后得到最優(yōu)消解功率、消解液組成及消解溫度，進(jìn)一步對保溫時間、升溫梯度及程序步驟進(jìn)行探究得到的微波最佳消解條件如表1所示。

表1 微波消解條件

2.2 ICP-OES工作條件

2.2.1元素的分析線配制各元素濃度為0.5 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，分析得到Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe分析線為Cu 324.754 nm;Zn 213.856 nm;Cr 267.716 nm;Cd 214.438 nm;Pb 220.353 nm;Mn 257.611 nm;Fe 259.941 nm。

2.2.2ICP-OES工作參數(shù)優(yōu)化采用單因子優(yōu)化法得到ICP-OES的最優(yōu)測量條件見表2。

表2 ICP-OES主要工作參數(shù)

2.3 回歸方程及檢出限

配制Cd、Zn、Cr、Pb、Cu的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為0～1.0 mg/L；Mn、Fe的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，質(zhì)量濃度為0～10 mg/L。 ICP-OES測定后繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線并對其進(jìn)行線性擬合，得到ICP-OES的分析特性見表3。從表中可以看出，Pb的檢出限為2.00 μg/L，其他元素檢出限均小于0.90 μg/L，方法精密度在1.0%以內(nèi)。

2.4 方法的回收率和精密度

在煙絲樣品消解之前，加入標(biāo)準(zhǔn)溶液，消解定容后測定方法回收率如表4。該方法的回收率在86.1%～116.4%之間。對煙草樣品進(jìn)行3次平行測定，精密度為1.1%～8.1%。

表3 ICP-OES分析特性

表4 回收率和精密度

2.5 實際樣品檢測

將建立的方法應(yīng)用于市售的國內(nèi)外部分香煙中重金屬含量的測定，其中No.1～7香煙樣品為國內(nèi)品牌，No.8～12為國外品牌，檢測結(jié)果如表5所示。結(jié)果表明國產(chǎn)香煙與國外香煙的金屬含量相差不大，均是Mn、Fe的含量最高，其次為Pb、Zn、Cu，Cr、Cd含量較低。

表5 香煙重金屬含量分析(μg/g)

(續(xù)表5)

Sample No.CuZnCrCdPbMnFe719.95115.465.367.4917.14276.27458.36813.8810.944.002.6411.14147.68173.26912.277.205.122.3414.87130.96271.521015.059.065.432.2116.13146.44324.481115.129.566.212.2318.43150.74394.761220.1914.834.701.8013.58149.98419.16

3 結(jié)論

本文建立了微波輔助消解-電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜測定煙草樣品中7種重金屬的分析方法，并成功地應(yīng)用于國內(nèi)外煙草樣品的分析，方法快速準(zhǔn)確、靈敏可靠。