石墨爐原子吸收光譜儀測定白酒及釀酒原料大米中重金屬鎘的研究

郎定常，鄧亞紅，鮑 姝，韓秋月

（四川省酒類科研所，四川成都610017）

近年來，隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，環(huán)境中鎘污染日益嚴(yán)重。鎘進(jìn)入人體后，對骨骼、腎、肝臟、生殖系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)等均可造成損傷，并影響人體的正?；顒?，造成貧血、高血壓、神經(jīng)痛、骨質(zhì)松軟、腎炎和分泌失調(diào)等病癥，被美國毒物管理委員會（ATSDR）列為第6位危及人體健康的有毒物質(zhì)[1-2]。

白酒生產(chǎn)過程中，釀造原料、水，以及在釀造、貯存、運輸過程中與含重金屬鎘的器具接觸，都有可能導(dǎo)致酒體中鎘含量增加。隨著人們食品安全意識的提高及國家對食品安全的高度重視，對白酒中重金屬鎘的準(zhǔn)確分析測定顯得尤為重要。

大米是中國白酒的主要原料之一，大米中的鎘主要來自被污染的土壤，研究表明，稻谷由于自身的特性，對重金屬鎘的富集能力比其他農(nóng)作物強(qiáng)[3]，且稻谷經(jīng)脫殼加工成大米后，鎘元素總體含量變化不大[4-5]，GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》規(guī)定，大米中鎘的限量為0.2 mg/kg。因此，開展釀酒原料大米中重金屬鎘的檢測方法研究，探索出適用于白酒企業(yè)快速、簡便的測定方法，有利于企業(yè)加強(qiáng)生產(chǎn)過程控制，提高行業(yè)食品安全風(fēng)險控制能力和水平。

GB 5009.15—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中鎘的測定》前處理方法有壓力消解罐消解法、微波消解、濕式消解法、干法灰化，這些方法處理過程繁瑣，前處理時間長，需要消耗較多的強(qiáng)酸和氧化試劑，存在待測樣品被污染的風(fēng)險，增加操作人員的安全隱患。本實驗對白酒及釀酒原料大米中重金屬鎘檢測方法進(jìn)行探索，采用白酒直接進(jìn)樣，酸直接浸提大米中鎘的前處理方法，研究基體改進(jìn)劑、灰化溫度、原子化溫度等因素對結(jié)果的影響。該方法具有無需消解、方便快捷、節(jié)約成本、結(jié)果準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點，適用于白酒企業(yè)對重金屬鎘進(jìn)行食品安全風(fēng)險控制的快速檢測。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑及儀器

1.1.1 試驗樣品

1#白酒：來自某酒廠。

2#白酒、3#白酒、4#白酒、5#白酒、6#白酒：購于某超市。

1#大米：大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)NCS101003，編號GBW(E)100350，鎘標(biāo)準(zhǔn)值 0.32（±0.02）mg/kg，湖南省糧油產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心。

2#大米、3#大米、4#大米、5#大米、6#大米：來自白酒廠。

1.1.2 試劑

鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（1×106μg/L）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液（5.0 μg/L）：準(zhǔn)確吸取1 mL鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，配制成1×104μg/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，再逐級稀釋至5.0 μg/L，備用。

濃硝酸：BV-III級，北京化學(xué)試劑研究所。

硝酸溶液（1%）：取5 mL濃硝酸于500 mL容量瓶中，超純水定容至刻度。

硝酸溶液（3%）：取15 mL濃硝酸于500 mL容量瓶中，超純水定容至刻度。

高氯酸：優(yōu)級純，天津市鑫源化工有限公司。

混合酸：取9份硝酸與1份高氯酸混合。

硝酸鎂溶液（10 g/L）：由PerkinElmer公司提供。

磷酸二氫銨溶液（10%）：由PerkinElmer公司提供。

1.1.3 儀器設(shè)備

美國PE公司AA900T型原子吸收光譜儀（配橫向加熱石墨爐和Zeeman扣背景裝置以及AS900自動進(jìn)樣器）；鎘空心陰極燈；WinLab32-AA光譜數(shù)據(jù)工作站（美國PE）；可調(diào)式電熱板（IKACMAG HP7），廣州儀科實驗室技術(shù)有限公司；超純水機(jī)（PCWJ-10），成都品成科技有限公司；馬弗爐（SX2-4-10TP），上海一恒科技有限公司；研磨機(jī)，北京科偉永興儀器有限公司；超聲波清洗器（KQ-500E），昆山市超聲儀器有限公司。

1.1.4 儀器工作條件

鎘波長：228.80 nm；燈電流：4 mA；狹縫：0.7 nm，橫向加熱，Zeeman背景校正。樣品進(jìn)樣體積20 μL。石墨爐工作條件見表1、表2。

表1 石墨爐工作條件(白酒中鎘的檢測)

表2 石墨爐工作條件（大米中鎘的檢測）

1.2 試驗方法

1.2.1 試樣處理

酒樣過濾后直接進(jìn)樣檢測。同時取超純水做空白試驗。

取適量大米于研磨機(jī)中磨勻，過200目篩，得到均勻的粉狀樣品，于105℃烘箱中烘4 h后，取出置于干燥皿中冷卻30 min，準(zhǔn)確稱取0.5 g樣品（精確至0.0001 g）于50 mL塑料離心管中，先加少量0.3%硝酸潤濕樣品，再繼續(xù)加入0.3%硝酸定容至50 mL。充分搖勻后，超聲提取30 min，靜置，離心分離，取上清液直接進(jìn)樣檢測。同時取0.3%硝酸做空白實驗。

1.2.2 儀器分析

標(biāo)準(zhǔn)曲線的濃度范圍為0～5.0 μg/L。以1%硝酸溶液作為校準(zhǔn)空白，吸取鎘標(biāo)準(zhǔn)稀釋液于AS-900自動進(jìn)樣器的進(jìn)樣盤中，設(shè)置自動稀釋為1.0 μg/L、2.0 μg/L、3.0 μg/L、4.0 μg/L、5.0 μg/L，注入石墨爐，測定其吸光值，并求得吸光值與濃度關(guān)系的回歸方程。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，測定試劑空白，將待測溶液導(dǎo)入石墨管中進(jìn)行定量分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 試樣前處理的優(yōu)化

目前對白酒中重金屬鎘的檢測報道較少，酒樣的前處理方法各不相同：王書蘭使用旋轉(zhuǎn)蒸發(fā)儀將酒樣濃縮30倍后，直接進(jìn)樣測定白酒中的鎘[6]；路生滿直接上機(jī)分析檢測市售白酒的鎂、鉀、鉛、鎘[7]。白酒中含有大量的有機(jī)物，檢測時可能會對結(jié)果造成影響。本實驗將直接進(jìn)樣、低溫加熱進(jìn)樣檢測法與國標(biāo)的濕法消解進(jìn)行比較，3種方法的回收率均在90%～110%，符合GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》的要求。方法一操作簡單，耗時短，避免多步操作和多次轉(zhuǎn)移樣品帶來的誤差和污染，因此選擇方法一。

國標(biāo)及文獻(xiàn)報道大米前處理的方法主要有：濕法消解、干法消解、微波消解等[8-10]，這些方法一是耗時費力，無機(jī)酸、過氧化氫等試劑易污染環(huán)境并對檢測人員的健康造成危害；二是在消解和轉(zhuǎn)移的過程中，樣品易被污染和損失，影響結(jié)果的準(zhǔn)確性。本研究基于大米中鎘元素基本以酸可溶性的游離或絡(luò)合等形態(tài)存在，使用稀酸快速提取直接進(jìn)樣檢測大米中的鎘，并將本方法與濕法消解、干法消解進(jìn)行比較（結(jié)果見表3），研究其對大米樣品檢測結(jié)果的影響，確定最優(yōu)前處理方法。

表3 1#大米不同前處理方法檢測結(jié)果的比較

方法一：稱取0.5 g 1#大米（精確至0.0001 g）于50 mL塑料離心管中，先加少量0.3%硝酸潤濕樣品，再繼續(xù)加入0.3%硝酸定容至50 mL。充分搖勻后，超聲提取30 min，靜置，離心分離，取上清液直接進(jìn)樣檢測。同時取0.3%硝酸做空白實驗。

方法二：準(zhǔn)確稱取0.5 g 1#大米（精確至0.0001 g）于小燒杯中，加入10 mL硝酸-高氯酸混合溶液，加蓋浸泡過夜，置于恒溫電熱板上消化，若變棕黑色，再加硝酸，直至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶微黃色，放冷后將消化液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，用超純水定容至刻度，混勻備用進(jìn)樣檢測。同時取超純水做空白試驗。

方法三：準(zhǔn)確稱取0.5 g 1#大米（精確至0.0001 g）于坩堝中，先小火在可調(diào)式電爐上炭化至無煙，移入馬弗爐500℃灰化6～8 h，冷卻，加1 mL混合酸在可調(diào)式電爐上小火加熱，將混合酸蒸干后，再轉(zhuǎn)入馬弗爐中500℃繼續(xù)灰化1～2 h，直至試樣消化完全，呈灰白色或淺灰色。放冷，用1%硝酸溶液將灰分溶解，將試樣消化液移入50 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液定容至刻度，混勻備用。同時做試劑空白實驗。

由表3可見，3種方法的回收率均在90%～110%，準(zhǔn)確度符合GB/T 27404—2008《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測》的要求。方法三檢測結(jié)果低，回收率低，方法一與方法二結(jié)果均在質(zhì)量控制范圍內(nèi)（0.32 mg/kg±0.02 mg/kg），但方法一處理時間短，試劑用量少，不需要使用特定的儀器，操作簡便、快捷，因此選擇方法一。

2.2 基體改進(jìn)劑的優(yōu)化

目前酒類中鎘的檢測一般使用磷酸二氫銨[6、11]作為基體改進(jìn)劑，大米中鎘的檢測一般使用磷酸二氫銨[9、12]和硝酸鎂[13-14]作為基體改進(jìn)劑，基體改進(jìn)劑的加入，能生成穩(wěn)定性較高的鎘，從而使鎘的灰化溫度得到提高。

因此，本實驗分別研究了不同濃度硝酸鎂溶液、磷酸二氫銨溶液作為基體改進(jìn)劑對1#白酒、1#大米測量結(jié)果的影響，并與不加基體改進(jìn)劑進(jìn)行比較（見表4）。

表4 不同基體改進(jìn)劑的峰面積和背景吸收面積

由表4可見，1#白酒不使用基體改進(jìn)劑時，吸光值最大，且背景吸收較低，效果較好，因此檢測白酒樣品時選擇不加基體改進(jìn)劑。

1#大米使用磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑時，吸光值較低，背景較大，濃度在0.01%時背景峰出現(xiàn)拖尾；使用0.05%硝酸鎂為基體改進(jìn)劑，吸光值最大，且背景較低，因此選擇0.05%硝酸鎂作為大米鎘檢測的基體改進(jìn)劑。

2.3 灰化溫度的優(yōu)化

鎘屬于低溫?fù)]發(fā)元素，灰化溫度較高會引起待測物損失，有研究表明，鎘的灰化損失是由于鎘的氧化物被碳還原，以氣態(tài)單質(zhì)鎘的形式蒸發(fā)而導(dǎo)致的[15]?；一瘻囟容^低則不能有效地除去基體，造成原子化階段基體對分析信號的嚴(yán)重干擾。

結(jié)合儀器（PE AA 900T）推薦條件，固定干燥溫度（110℃、130℃）、原子化溫度（1500℃）和清除溫度（2450℃），改變灰化溫度，測定1#白酒、1#大米樣品的吸光值，得到不同灰化溫度下的吸光值（見圖1）。

由圖1a可見，隨著溫度的升高，吸光值逐漸增加，在300℃時達(dá)到最大吸光值，隨著溫度的繼續(xù)升高，鎘因揮發(fā)而損失，吸光值逐漸降低，因此選擇300℃為白酒中鎘的最佳灰化溫度。

由圖1b可見，吸光值隨著溫度的升高，逐漸增加，在400℃時達(dá)到最大吸光值，隨著溫度的繼續(xù)升高，鎘因揮發(fā)而損失，吸光值逐漸降低，因此選擇400℃為大米中鎘的最佳灰化溫度。

圖1 不同灰化溫度下的吸光值

2.4 原子化溫度的優(yōu)化

結(jié)合儀器（PE AA 900T）推薦條件，固定干燥溫度（110℃、130℃）、灰化溫度[300℃（1#白酒）和400℃（1#大米）]和清除溫度（2450℃），改變原子化溫度，測定1#白酒和1#大米的吸光值，得到不同原子化溫度下的吸光值（見圖2）。

由圖2 a可見，隨著原子化溫度的升高，吸光值在1500℃達(dá)到最大，隨著溫度的繼續(xù)升高，吸光值逐漸降低，因此選擇1500℃為白酒中鎘的最佳原子化溫度。

圖2 不同原子化溫度下的吸光值

由圖2 b可見，吸光值隨著原子化溫度的升高，逐漸增加，在1600℃時達(dá)到最大，隨著溫度的繼續(xù)升高，吸光值逐漸降低，因此選擇1600℃為大米中鎘的最佳原子化溫度。

2.5 方法的線性關(guān)系與檢出限

在上述優(yōu)化條件下，鎘濃度在0～5.0 μg/L范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好（見圖3、圖4），白酒檢測方法的回歸方程為Y=0.0419X+0.0043，R2=0.9993（見圖3）；大米檢測方法的回歸方程為Y=0.0453X-0.0085，R2=0.9999（見圖4）。根據(jù) IUPAC 規(guī)定，對空白溶液連續(xù)測定11次，求得空白值的標(biāo)準(zhǔn)偏差S，根據(jù)檢出限3S，計算出白酒中鎘檢測方法的檢出限為0.0339 μg/L；大米中鎘檢測方法的檢出限為0.0946 μg/L。

圖3 白酒檢測方法標(biāo)準(zhǔn)曲線

圖4 大米檢測方法標(biāo)準(zhǔn)曲線

由此可見，在0～5 μg/L的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，鎘元素的質(zhì)量濃度與吸光值呈良好的線性關(guān)系，儀器的檢出限低。

2.6 方法的精密度試驗

取1#白酒、1#大米樣品平行測定20次，其濃度平均值分別為1.889 μg/L和0.310 mg/kg，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD（%）為2.88%和1.40%，結(jié)果見表5。

2.7 方法的準(zhǔn)確度試驗

測定白酒中鎘檢測方法的回收率試驗：往已測定的白酒樣品中加入鎘標(biāo)準(zhǔn)液，平行測定2次，計算其回收率，結(jié)果見表6，平均回收率范圍97.40%～102.40%。表明用本法測定白酒中的重金屬鎘，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

大米中鎘檢測方法的回收率試驗：往1#大米中加入鎘標(biāo)液，平行測定4次，計算其回收率，結(jié)果見表7，回收率范圍97.51%～103.97%。表明用本法測定大米中的重金屬鎘，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

2.8 樣品測定結(jié)果

對市售白酒及酒廠釀酒用大米中鎘的含量進(jìn)行測定，平行測定2次，取平均值，測定結(jié)果見表8。

檢測結(jié)果可見：白酒中鎘含量較低（0.66～1.71 μg/L），均低于GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》最低限量——礦泉水的限量3 μg/L；大米樣品中鎘的含量均符合國標(biāo)的要求，但含量差異較大，表明不同渠道來源的大米鎘含量差異較大。

表5 精密度試驗

表6 白酒回收率試驗

表7 大米回收率試驗

表8 市售白酒及大米樣品鎘含量

3 結(jié)論

本研究建立了石墨爐原子吸收光譜儀測定白酒及釀酒原料大米中鎘含量的方法，研究表明：白酒樣品直接進(jìn)樣，灰化溫度為300℃，原子化溫度為1500℃，在0～5 μg/L標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2=0.9993，方法的檢出限為0.0339 μg/L，加標(biāo)回收率為97.40%～102.40%；以3%硝酸作為浸提液提取大米中的鎘，0.05%硝酸鎂為基體改進(jìn)劑，灰化溫度為400℃，原子化溫度為1600℃，在0～5 μg/L標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2=0.9999，方法的檢出限為0.0946 μg/L，加標(biāo)回收率為97.51%～103.97%。

本研究對白酒樣品中的鎘進(jìn)行測定，結(jié)果表明，6個酒樣中鎘含量較低（0.66～1.71 μg/L），低于GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》最低限量——礦泉水的限量3 μg/L。

本研究對大米樣品中鎘的含量進(jìn)行測定，6個樣品中鎘含量符合GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》的要求，但結(jié)果差異較大，表明不同渠道來源的大米鎘含量差異較大，企業(yè)應(yīng)重視進(jìn)廠原料的食品安全風(fēng)險控制。

本方法能節(jié)省大量前處理時間，檢出限低，靈敏度高，簡單準(zhǔn)確，運用此方法測定白酒及釀酒原料大米中的鎘，快速方便，對白酒行業(yè)食品安全風(fēng)險控制具有十分積極的作用。