ICP-AES法快速測定不銹鋼食具容器中重金屬的遷移量

陳永康，張笑旻，張麗琪

（上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院，上海 201203）

ICP-AES法快速測定不銹鋼食具容器中重金屬的遷移量

陳永康，張笑旻，張麗琪

（上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院，上海 201203）

采用ICP-AES法快速測定不銹鋼食具容器中的重金屬鉛、鉻、鎳、鎘和砷的遷移量。樣品用4%乙酸溶液浸泡，ICP-AES法測定浸泡液中鉛、鉻、鎳、鎘、砷的含量。鉛、鉻、鎳、鎘、砷的質(zhì)量濃度分別在0.03～0.30，1.0～5.0，0.3～2.0，0.015～0.20，0.020～0.30 mg/L范圍內(nèi)與其光譜強(qiáng)度線性相關(guān)，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 6。鉛、鉻、鎳、鎘、砷的檢出限分別為0.009，0.000 5，0.002，0.000 5，0.007 mg/L，加標(biāo)回收率分別為100.0%～122.5%，100.0%～115.0%，99.0%～117.5%，108.0%～115.0%，60.0%～68.8%，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～5.0%（n=6）。結(jié)果表明，該方法能夠滿足對不銹鋼食具容器中重金屬遷移量的快速測定要求，可應(yīng)用于食品相關(guān)產(chǎn)品的監(jiān)管工作。

電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜儀；不銹鋼食具容器；重金屬遷移

不銹鋼器具有良好的耐蝕性、加工性以及優(yōu)良的表面特性，廣泛應(yīng)用于制備食具容器、餐廚具以及食品機(jī)械。食具容器及食品生產(chǎn)經(jīng)營工具、設(shè)備的主體部分應(yīng)選用奧氏體型不銹鋼、奧氏體·鐵素體型不銹鋼、鐵素體型不銹鋼等符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)的不銹鋼材料制造；餐具和食品生產(chǎn)機(jī)械設(shè)備的鉆磨工具等的主體部分也可采用馬氏體型不銹鋼材料。為保證不銹鋼的耐蝕性能和加工性能，不銹鋼中需含有大量鉻、鎳元素，另外在不銹鋼餐廚具的加工過程中可能會引入焊料中的鉛和鎘等重金屬［1-2］，因此在餐廚具的使用過程中，重金屬會在接觸介質(zhì)的作用下，從不銹鋼表面遷移析出從而進(jìn)入食品中，在人體中緩慢積累，當(dāng)積累到一定程度時就會對人體的健康造成危害［3-4］。近幾年來，時有發(fā)生的由食品接觸性材料引發(fā)的食品安全問題越來越受到國內(nèi)外衛(wèi)生組織、媒體和公眾的廣泛關(guān)注，隨著歐盟食品接觸材料技術(shù)指令的出臺，有害物質(zhì)遷移量成為食品進(jìn)入歐盟國家主要的技術(shù)門檻［5-8］。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)方法［9-12］，主要采用石墨爐原子吸收光譜法檢測食品接觸材料中有害物質(zhì)遷移量［13-16］，但目前主流的石墨爐原子吸收法只能逐個元素檢測，耗時較長，工作效率低。

筆者改用ICP-AES法同時測定不銹鋼食具容器中鉛、鉻、鎳、鎘、砷5種元素的遷移量，該法便捷、準(zhǔn)確、靈敏，能滿足不銹鋼食具容器中有害重金屬遷移量的快速批量檢測和質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督管理部門的日常監(jiān)管需要。

1　實(shí)驗(yàn)部分

1.1主要儀器與試劑

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀：Optima 8000型，美國Perkin Elmer公司；

超純水儀：Milli-QB型，美國Millipore公司；

鉛、鉻、鎳、鎘、砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：質(zhì)量濃度均為100 mg/L，上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院；

冰乙酸：分析純；

實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2儀器工作條件

高頻功率：1.5 kW；霧化氣流量：0.7 L/min；輔助氣流量：0.2 L/min；等離子氣流量：8 L/min；分析泵速：1.0 mL/min；各元素的分析波長：Pb 220.4 nm，Cr 267.7 nm，Ni 231.6 nm，Cd 228.8 nm，As 189.0 nm。

1.3樣品處理

1.3.1試劑及樣品空白

量取4 mL冰乙酸至100 mL容量瓶，加水稀釋至標(biāo)線，混合均勻，作為試劑空白及樣品空白。

1.3.2樣品溶液制備

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)，樣品采用4%乙酸作為浸泡液。用肥皂水洗刷樣品表面污物，自來水沖洗干凈，再用超純水沖洗，晾干備用。對于器形規(guī)則、便于計(jì)算表面積同時可以直接加熱的食具容器，直接取其成品，計(jì)算浸泡面積并注入水測量容器容積（以容積的2/3～4/5為宜），記下面積、容積，把水傾去，滴干；對于器形不規(guī)則、容積較大或難以測量計(jì)算表面積的制品，可采用其原材料（板材）或成品裁割成一定面積板塊作為試樣，浸泡面積以總面積計(jì)，板材的總面積不要小于50 cm2，放入合適體積的燒杯中，加浸泡液的量按2 mL/cm2計(jì)，如果兩面都浸泡在液體中，總面積應(yīng)乘以2。把煮沸的4%乙酸倒入成品容器或盛有板材的燒杯中，加玻璃蓋，在電熱板上小心煮沸30 min（在煮沸過程中因蒸發(fā)損失的4%乙酸浸泡液應(yīng)隨時補(bǔ)加）后取下，補(bǔ)充4%乙酸至原體積，室溫放置24 h，將以上試樣浸泡液倒入潔凈玻璃瓶中供分析用。

1.3.3質(zhì)控樣品溶液的制備

根據(jù)各元素的限度濃度，Pb：0.05 mg/L（0.01 mg/dm2）；Cr：2.0 mg/L（0.4 mg/dm2）；Ni：0.5 mg/L（0.1 mg/dm2）；Cd：0.025 mg/L（0.005 mg/dm2）；As：0.04 mg/L（0.008 mg/dm2），浸泡條件均為2 mL/cm2（即200 mL/dm2），量取相應(yīng)體積的各待測元素標(biāo)準(zhǔn)品溶液于100 mL容量瓶中，加4%乙酸稀釋至標(biāo)線，混合均勻，配制成LQC（80%限度濃度）、MQC（150%限度濃度）、HQC（200%限度濃度）3種溶液，各濃度水平樣品平行配制3份，如表1所示。

表1　質(zhì)控樣品溶液質(zhì)量濃度 mg/L

1.3.4標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的制備

量取相應(yīng)體積的各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液置于100 mL容量瓶中，加超純水稀釋至標(biāo)線，混合均勻，配制成系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，各元素的系列濃度如表2所示。

表2　系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液質(zhì)量濃度 mg/L

2　結(jié)果與討論

2.1儀器工作條件的選擇

使用的ICP-AES是高靈敏度全譜直讀型發(fā)射光譜儀，可以實(shí)現(xiàn)多元素同時測定。當(dāng)儀器高頻功率增加時，信號值明顯增強(qiáng)的同時，也伴隨著儀器噪音的顯著增加，經(jīng)過調(diào)試選擇1.5 kW作為分析功率；輔助氣流量的大小直接影響樣品溶液的吸出速率，輔助氣流量增大，可以使進(jìn)入等離子體的待測元素量增大、強(qiáng)度增強(qiáng)，但輔助氣流量過大，會稀釋樣品，經(jīng)過調(diào)試選擇0.2 L/min作為輔助氣流量；增加霧化氣流量會使待測元素強(qiáng)度下降，導(dǎo)致靈敏度降低，不利于低濃度元素的分析測定，經(jīng)過調(diào)試選擇0.75 L/min 作為霧化氣流量。

2.2元素分析波長的選擇

在分析測試之前，對待測的各元素選取3條譜線作為分析波長進(jìn)行試驗(yàn)，通過測試混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，從發(fā)射強(qiáng)度、共存元素干擾情況、峰形及穩(wěn)定性等進(jìn)行考察，選取響應(yīng)強(qiáng)度值高、受共存元素干擾小、精密度高的譜線作為分析波長，各元素分析波長見1.2。

2.3方法的干擾及消除

ICP-AES法測定不銹鋼食具容器乙酸浸泡液中的重金屬，存在的干擾大致可分為光譜干擾和非光譜干擾兩類。通過采用背景校正技術(shù)，可以很好地矯正測定過程中存在的背景干擾，經(jīng)過試驗(yàn)，各元素的分析波長周圍其它元素的譜線重疊干擾極少。非光譜干擾主要包括化學(xué)干擾、電離干擾、物理干擾及去溶劑干擾等，在實(shí)際分析過程中各類干擾很難截然分開。一般來說，非光譜干擾影響相對較小，如果浸泡液中重金屬元素濃度較高，可以采用稀釋的辦法消除或者減少此類干擾［17］。

2.4線性范圍、回歸方程及相關(guān)系數(shù)

將系列標(biāo)準(zhǔn)使用溶液依次進(jìn)樣，以質(zhì)量濃度x為橫坐標(biāo)，信號強(qiáng)度y為縱坐標(biāo)，由儀器軟件自動繪制各元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，各元素的線性范圍、回歸方程和線性相關(guān)系數(shù)見表3。由表3可知，各元素的線性范圍較寬、線性擬合較好，相關(guān)系數(shù)均大于0.999 6，均能滿足分析要求。

表3　方法的線性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)

2.5檢出限及定量限

檢出限和定量限是評價(jià)設(shè)備可以檢測出試樣中被測物的最低量的能力。檢出限：LOD=3S；定量限：LOQ＞10S，S為空白溶液的標(biāo)準(zhǔn)偏差。測試11個空白溶液（4%乙酸溶液），計(jì)算出空白溶液中待測元素響應(yīng)值標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍值，該值對應(yīng)的濃度即為檢出限；計(jì)算出空白溶液中待測元素響應(yīng)值的標(biāo)準(zhǔn)偏差的10倍值，該值對應(yīng)的濃度即為定量限。檢出限及定量限數(shù)據(jù)列于表4。

表4　檢出限和定量限

2.6精密度試驗(yàn)

分別在不同時間檢測同一LQC，MQC，HQC樣品，計(jì)算質(zhì)控樣品各元素測量值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，數(shù)據(jù)列于表5。由表5可知，Pb，Cr，Ni，Cd，As元素測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.2%～5.0%，說明該方法具有良好的精密度。

表5　精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.7準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按實(shí)驗(yàn)方法測試LQC，MQC，HQC質(zhì)控樣品，計(jì)算回收率，結(jié)果列于表6。

表6　方法的準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果

由表6可知，3種濃度質(zhì)控樣品中，Pb的回收率為100.0%～122.5%，Cr的回收率為100.0%～115.0%，Ni的回收率為99.0%～117.5%，Cd的回收率為108.0%～115.0%，As的回收率為60.0%～68.8%，結(jié)果表明本方法準(zhǔn)確度良好。

3　結(jié)論

采用ICP-AES法測定不銹鋼食具容器中重金屬鉛、砷、鎘、鉻和鎳溶出量。該方法能夠滿足對不銹鋼食具容器中重金屬遷移量的測定，與國家標(biāo)準(zhǔn)中所使用的石墨爐原子吸收法相比，顯著提高了工作效率。需要注意的是，該方法中由于As元素的信號強(qiáng)度弱，質(zhì)控樣的回收率最低為60%，所以當(dāng)檢測結(jié)果在最大允許限量值附近時，對于產(chǎn)品合格與否的判定，需持謹(jǐn)慎態(tài)度，應(yīng)采取標(biāo)準(zhǔn)方法作進(jìn)一步的驗(yàn)證。

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Rapid Determination of heavy metals migration from Stainless Steel Food Containers by ICP-AES

Chen Yongkang， Zhang Xiaomin， Zhang Liqi
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology， Shanghai 201203， China）

A rapid determination of lead，chromium，nickel，cadmium and arsenic migration from stainless steel food containers by ICP-AES was established. Sample was soaked with 4% acetic acid solution， the contents of lead，chromium，nickel，cadmium and arsenic in soak solution were determinde by ICP-AES. The mass concentration and their spectral intensity had good relationship in the range of 0.03-0.30，1.0-5.0，0.3-2.0，0.015-0.20，0.02-0.30 mg/L for lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic， repectively，and the correlation coefficients were more than 0.999 6. The detection limits of lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic were 0.009，0.000 5，0.002，0.000 5，0.007 mg/L， respectively. The recoveries of lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic were 100.0%-122.5%，100.0%-115.0%，99.0%-117.5%，108.0%-115.0%，60.0%-68.8%， respectively. The relative standard deviations of determination results were 0.2%-5.0%（n=6）. The results show that the method can meet the requirements of rapid determination of the heavy metals migration in stainless steel food containers，it can be applied on the supervision of food related products.

ICP-AES； stainless steel food container； heavy metals migration

O657.3

A

1008-6145（2016）03-0030-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.03.008

聯(lián)系人：陳永康；E-mail∶ ykchen@simt.com.cn

2016-01-12