原子吸收光譜儀在飼料重金屬檢測時的注意事項及處理方法

梁健，孫學(xué)亮，張達(dá)娟，陳成勛，張樹林

（天津農(nóng)學(xué)院 水產(chǎn)學(xué)院，國家級水產(chǎn)生態(tài)與養(yǎng)殖實(shí)驗教學(xué)示范中心，天津市水產(chǎn)生態(tài)及養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗室，天津 300384）

自1955年提出原子吸收光譜法，該技術(shù)便獲得了迅速的發(fā)展，目前已成為測定樣品中金屬含量的主要方法?；谠游展庾V法研發(fā)的原子吸收光譜儀，是一臺能夠快速檢測元素含量的儀器，可測定多種金屬元素，因其操作簡便、準(zhǔn)確度高、靈敏度高、測定范圍廣、測定元素多、干擾少等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于化學(xué)實(shí)驗、物理實(shí)驗甚至是農(nóng)學(xué)實(shí)驗的常量及微痕量元素分析中。

飼料是含有一種以上養(yǎng)分，能被畜禽采食、消化和利用的物質(zhì)[1]。飼料可分為飼料添加劑、預(yù)混料、濃縮料和全價飼料等，飼料中存在的重金屬元素可被飼養(yǎng)的動物吸收而蓄積在肝臟、腎臟及肌肉等組織器官中，通過食物鏈的富集作用最終進(jìn)入人體，危害人類健康，其中鉛、鎘、鉻和汞等重金屬可造成神經(jīng)系統(tǒng)、呼吸系統(tǒng)及消化系統(tǒng)疾病[2]。同時，飼料中未被飼養(yǎng)動物所吸收的重金屬會以殘餌糞便的形式進(jìn)入土壤和水體中，污染自然環(huán)境[3]。故飼料的安全關(guān)系到食品安全和環(huán)境安全，對飼料中重金屬元素含量的檢測能夠更好地預(yù)防和控制人體對重金屬元素的攝入，避免對人體的健康造成危害。

1 飼料中重金屬元素的危害

近些年對飼料的抽樣檢測中，發(fā)現(xiàn)部分小型飼料生產(chǎn)企業(yè)和養(yǎng)殖戶為了加快養(yǎng)殖動物的生產(chǎn)、生長速度，超量使用重金屬元素添加劑，導(dǎo)致飼料中鉛、銅、鎘、汞等超標(biāo)現(xiàn)象。同時，20世紀(jì)工業(yè)發(fā)展大量排放的“三廢”不經(jīng)過處理直接排放到自然界中，造成水體、土壤和空氣污染，有害物質(zhì)進(jìn)入植物或其他飼料原料中，也會對飼料品質(zhì)產(chǎn)生影響。這樣不合格的飼料通過食物鏈最終富集在人類體內(nèi)，對身體造成危害。如鉛的蓄積能力很強(qiáng)，食用鉛元素含量超標(biāo)的食品，可導(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)和血液系統(tǒng)的病變，甚至損害腎功能。而長期食用含鎘的食品可引起中毒反應(yīng)，誘發(fā)心腦血管病變、腎功能失調(diào)等疾病。汞中毒的反應(yīng)為頭疼、頭暈、肢體麻木等，嚴(yán)重威脅人類健康[1]。

2 原子吸收光譜法的相關(guān)理論

常見的食品重金屬元素測定方法包括原子吸收光譜法、X射線熒光法、高效液相色譜法和原子熒光法等。與其他方法相比，原子吸收光譜的應(yīng)用價值更高，具有測定速度快、鑒定元素種類多、選擇性好和檢出限低等特點(diǎn)，適用于現(xiàn)階段飼料的重金屬元素測定。

原子吸收光譜法是利用基態(tài)原子可以對一定波長光輻射的吸收特性，當(dāng)光源中具有待測元素特征譜線的光，在通過樣品蒸汽時，蒸汽中的待測元素的原子中外層電子從基態(tài)躍遷到激發(fā)態(tài)，實(shí)現(xiàn)有選擇的共振吸收。光被吸收的程度和吸收輻射的待測元素原子總數(shù)量之間呈正比例關(guān)系，因此由輻射特征譜線光被削弱的程度，可測定待測元素的含量。結(jié)合朗伯-比爾定律，輻射強(qiáng)度的變化可以作為定量的依據(jù)。

朗伯-比爾定律：A=KNL

其中：A是吸收率；K是常數(shù)；N是吸收輻射的待測元素原子總數(shù)；L是吸收光程。

原子吸收光譜儀是應(yīng)用原子吸收光譜法原理開發(fā)出來的一種儀器，特征光譜輻射由空心陰極燈等光源發(fā)出，通過將樣品原子化的原子化器后，進(jìn)入分光系統(tǒng)得到單色光，再經(jīng)光電倍增管到達(dá)檢測器。工作時，樣品進(jìn)入原子化器進(jìn)行原子化，光通過原子化器時有一部分被吸收，透光率減小。根據(jù)朗伯-比爾定律，吸光度與樣品中待測元素的濃度成正比，根據(jù)吸光度可計算出樣品的元素濃度。根據(jù)測定時元素的原子化方式的不同，可分為火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法，前者使用簡便，后者靈敏度高[4]?；鹧嬖游展庾V法檢測限可達(dá)到10-9g/mL數(shù)量級，石墨爐原子吸收法可達(dá)到10-13g/mL數(shù)量級。

3 在飼料重金屬檢測時的注意事項

3.1 樣品的制備

在飼料的重金屬檢測過程中，樣品的消解過程是關(guān)鍵技術(shù)所在。不同的消解方法，所用酸的種類不同，操作過程不同，消解結(jié)果有時也會有差異[5]。一般采用消化爐消解法和微波消解法兩種消解方法對飼料樣品進(jìn)行消解處理，本實(shí)驗使用微波消解法進(jìn)行樣品的消解處理，消解所用的酸為硝酸。

3.1.1 樣品制備原則

用原子吸收光譜儀進(jìn)行測定的樣品，要做到以下4點(diǎn)：（1）保證樣品的純度，要盡可能地避免其他成分的混入，如其他待測組樣品或雜質(zhì)的混入，人為造成干擾；（2）找到最適宜的樣品檢測濃度，可通過控制待測樣品的體積和用量的來實(shí)現(xiàn)；（3）在某些微量樣品檢測時，在保證最少樣品用量的前提下盡可能地制備備用樣品，以備不時之需；（4）樣品選取時應(yīng)具有普遍性和代表性，可以代表待測原料的整體狀態(tài)和真實(shí)情況。

3.1.2 樣品制備注意事項

原料要經(jīng)過充分研磨粉碎，并烘干至恒重后方可取樣。取樣的重量要合適，保證樣品的吸光度范圍在0.01～0.70最為適宜。此外，消解后的溶液一定要注意觀察是否有膠體和沉淀物的存在，若在消解過程中樣品中某些成分不能完全消解成液體，則需要進(jìn)行加熱、加壓等輔助手段來使其消解為澄清溶液，否則會造成在實(shí)驗過程中儀器的堵塞。同時，所用的試劑要均為優(yōu)級純，水要用超純水，標(biāo)準(zhǔn)工作液要用高純物質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)貯藏液（通常為1 000 μg/mL濃度）來配制以備制作校正曲線。所用標(biāo)準(zhǔn)工作液、空白對照液和樣品待測液都進(jìn)行相同的酸化過程，并應(yīng)當(dāng)同步進(jìn)行。

3.1.3 制樣方法

稱取0.40 g過篩后的樣品置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，按照設(shè)定的升溫程序進(jìn)行消解（120 ℃維持5 min，升溫到160 ℃維持10 min，升溫到180 ℃維持10 min）。冷卻后將微波消解罐中的內(nèi)容物全量轉(zhuǎn)移至250 mL消化管中，在加熱板中進(jìn)行趕酸處理，至溶液體積濃縮至1 mL左右。冷卻后全量轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，用1%硝酸洗滌消化管2～3次并將洗滌液全部轉(zhuǎn)移至容量瓶中，并用洗滌液定容至標(biāo)線，搖勻待測[6]。

3.2 原子吸收光譜儀的工作條件選擇

為了保證測定數(shù)值的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，需要保證原子吸收光譜儀處于最佳工作狀態(tài)，這就要求操作人員要及時調(diào)整儀器工作條件。以天津農(nóng)學(xué)院水產(chǎn)學(xué)院的原子吸收光譜儀（型號為PinAAcle 900H）的火焰法為例，其最佳的工作條件見表1。

表1 原子吸收光譜儀火焰法工作條件

3.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

按照上述方法配置不同元素的標(biāo)準(zhǔn)工作液，Zn濃度在0～1.6 mg/L范圍內(nèi)具有良好的相關(guān)性。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程Y=-0.1368X2+0.6234X，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 8，檢出限為0.007 8 μg/mL。Fe濃度在0～1.6 mg/L范圍內(nèi)有良好的相關(guān)性。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=-1.6841X2+6.5611X。相關(guān)系數(shù)R2=1.000 0，檢出限為0.000 6 μg/mL。

3.4 加標(biāo)回收率和精密度

以同一種飼料樣品作為本底，Zn做加標(biāo)量為0.5、1.0、1.5 mg/kg的回收率實(shí)驗，結(jié)果見表2，飼料中2種重金屬元素的回收率在98.27%～101.8%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.73%～1.50%；Fe做加標(biāo)量為0.5、1.0、1.5 mg/kg的回收率實(shí)驗。結(jié)果見表2，飼料中2種重金屬元素的回收率在91.3%～94.4%。相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.95%～2.91%，均符合要求。

表2 加標(biāo)所測得飼料中Zn含量

表3 加標(biāo)所測得飼料中Fe含量

4 儀器的日常維護(hù)和故障處理

4.1 日常維護(hù)

對原子吸收光譜儀進(jìn)行日常維護(hù)是為了減少和避免儀器發(fā)生故障，延長儀器的使用壽命，確保儀器的性能穩(wěn)定，保證測定結(jié)果的穩(wěn)定性。

運(yùn)用火焰法時，開機(jī)后應(yīng)放氣一段時間，防止乙炔管道中空氣的混入導(dǎo)致回火。若儀器長期未使用時，需將廢液桶蓋上的液封口處加注蒸餾水，否則無法點(diǎn)火；時常檢查空氣壓縮機(jī)的工作狀態(tài)和氣體壓力，若供氣不足導(dǎo)致氣體壓力低于儀器所需壓力，則會出現(xiàn)開機(jī)時能點(diǎn)火成功，但會立即熄滅的現(xiàn)象；樣品測定結(jié)束后，要吸入超純水空燒幾分鐘，以達(dá)到清洗燃燒頭的目的。

運(yùn)用石墨爐法時，進(jìn)樣針的位置直接關(guān)系到測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，進(jìn)樣針過高，樣品液滴不能與石墨管接觸而留在管壁上造成結(jié)果偏差。進(jìn)樣針太低，樣品液滴與石墨管接觸后浸沒過進(jìn)樣針端部，待進(jìn)樣針抬離石墨管時會帶走部分體積的樣品造成測定結(jié)果不準(zhǔn)確。因此在進(jìn)樣時，調(diào)整進(jìn)樣針的位置，使樣品液滴與石墨管接觸后邊緣正好與進(jìn)樣針端部相切；新更換的石墨管要空燒幾次，并用大氣量吹洗石墨管以去除雜質(zhì)。

無極燈在使用時應(yīng)預(yù)熱30 min以上，不同元素的無極燈所加電流應(yīng)在標(biāo)注范圍內(nèi)，燈能量應(yīng)在50以上。

4.2 故障處理

4.2.1 燈能量低

故障現(xiàn)象：無極燈能量達(dá)不到50以上甚至無能量顯示。處理辦法：（1）檢查無極燈與燈座是否接觸良好；（2）檢查燈電流是否在標(biāo)定范圍內(nèi)，波長和狹縫是否正確；（3）是否預(yù)熱30 min以上。

4.2.2 燃燒頭不能正常吸樣

故障現(xiàn)象：火焰法測樣品時吸樣管不能吸取樣品甚至向外排氣泡。處理辦法：此故障一般會同時伴有霧化效率低的現(xiàn)象，應(yīng)為清洗燃燒頭后沒有進(jìn)行調(diào)節(jié)所致。（1）配制確定濃度的銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，在銅元素操作條件下，用吸樣管吸取標(biāo)準(zhǔn)溶液；（2）旋松固定鎖環(huán)，先逆時針旋動調(diào)節(jié)螺帽，當(dāng)顯示吸光度為零同時吸樣管向外排出氣泡時停止旋轉(zhuǎn)，向相反方向旋動調(diào)節(jié)螺母，當(dāng)吸光度達(dá)到最高時停止擰動調(diào)節(jié)螺母，并旋緊固定鎖環(huán)，調(diào)節(jié)完成。

4.2.3 點(diǎn)不著火

故障現(xiàn)象：火焰法測定樣品時點(diǎn)不著火。處理辦法：（1）檢查乙炔氣體鋼瓶內(nèi)總壓力值，若壓力低于700 kPa就及時更換新瓶；（2）空氣壓縮機(jī)的氣壓不夠，調(diào)整相應(yīng)的氣壓值，若氣壓還不能達(dá)到要求，可嘗試更換壓縮機(jī)空氣濾芯。

4.2.4 石墨爐測樣精確度差

故障現(xiàn)象：石墨爐測樣品時數(shù)據(jù)重復(fù)率低，波動較大。處理辦法：（1）調(diào)整進(jìn)樣針在石墨管中的位置達(dá)到要求；（2）檢查自動取樣器取樣管是否有堵塞；（3）降低樣品中酸的含量，pH過低會對取樣管內(nèi)壁造成腐蝕，導(dǎo)致精確度降低。

4.2.5 信號出現(xiàn)不規(guī)律的雙峰

故障現(xiàn)象：石墨爐測樣品時吸光度值出現(xiàn)2次峰值。處理辦法：（1）降低灰化溫度，使產(chǎn)生額外峰值的化合物不能原子化；（2）進(jìn)樣針的位置不準(zhǔn)確，導(dǎo)致樣品一部分在平臺上，一部分在石墨管壁上；（3）基體改進(jìn)劑的選擇不對，不能充分抑制其他物質(zhì)的原子化；（4）石墨管老化，導(dǎo)致樣品受熱不均。

5 結(jié)語

使用原子吸收光譜儀分析飼料中重金屬元素的含量，其操作方法簡單便捷、結(jié)果準(zhǔn)確性高、重復(fù)率好，是未來飼料分析中常用的儀器之一。操作者對飼料樣品制備、標(biāo)準(zhǔn)曲線的建立、不同元素的最佳工作條件以及一些常見的故障處理辦法的重視，可杜絕測定數(shù)據(jù)的偏離，最大限度地發(fā)揮儀器的性能，以獲得滿意的分析結(jié)果。