磁性固相萃取-原子吸收法測定葛仙米中的Cu2+

張帆，喻念念，張瑩

（1.長沙環(huán)境保護(hù)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南長沙 410004；2.湖南省檢驗(yàn)檢疫科學(xué)技術(shù)研究院，湖南長沙 410004）

葛仙米是藍(lán)藻門念珠藻科的一種具有高營養(yǎng)價(jià)值和高保健功效的藥食兩用新資源食品，富含多糖、氨基酸以及具有抗氧化能力的藍(lán)藻蛋白[1-2]，其主要來源為野生。隨著人們生活水平的提高，為了滿足人們的食用需要，葛仙米的人工培養(yǎng)技術(shù)也逐漸發(fā)展起來，葛仙米相關(guān)產(chǎn)品近年來大量涌現(xiàn)在人們的視線中。一些生產(chǎn)商為了提高葛仙米的賣相，獲取更大的經(jīng)濟(jì)利益，使用銅溶液來保護(hù)葛仙米的色澤，使得其產(chǎn)品中Cu2+超標(biāo)，但目前國內(nèi)尚無此類檢測標(biāo)準(zhǔn)可以對其進(jìn)行檢測。

磁性納米材料憑借其比表面積大、吸附性強(qiáng)、易分離等獨(dú)特的性能，目前作為一種新型的前處理材料，廣泛應(yīng)用于食品中污染物檢測的前處理中，有效地解決了傳統(tǒng)前處理方法所面臨的耗時(shí)長、試劑消耗多、凈化耗材成本高等瓶頸[3-4]。

本研究采用化學(xué)共沉淀法制備磁性多壁碳納米管對葛仙米消解液中的Cu2+進(jìn)行富集，經(jīng)過洗脫后，結(jié)合火焰原子吸收法測定，建立了葛仙米中Cu2+的快速、高選擇性分析方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

AA 220FS火焰原子吸收分光光度計(jì)（配有Cu空心陰極燈），美國瓦里安公司；SA300振蕩器，日本YAMATO公司；PHS-3C pH計(jì)，上海雷磁儀器廠；SB-5200DT超聲波清洗器，寧波新芝生物科技股份有限公司；JEM-1230透射電子顯微鏡，日本電子株式會(huì)社；CJB-DS數(shù)顯定時(shí)磁力（加熱）攪拌器，河南愛博特科技發(fā)展有限公司；MILLI-Q去離子水系統(tǒng)，美國Millipore公司。

硝酸、鹽酸為優(yōu)級純，上海國藥集團(tuán)；FeCl3·6H2O、FeCl2·4H2O、磷酸、磷酸氫二鈉、氫氧化鈉、無水乙醇、氨水為分析純，上海國藥集團(tuán)；實(shí)驗(yàn)室用水為超純水；500 μg/mL銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，環(huán)境保護(hù)部標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所；多壁碳納米管外徑20～30 nm，長度0.5～2 μm；羥基化多壁碳納米管，純度大于95%，南京先鋒納米材料科技有限公司；葛仙米干品購于湖南長沙葛仙米養(yǎng)殖基地。

1.2 方法

1.2.1 磁性碳納米管的制備

磁性碳納米管的合成主要參考了文獻(xiàn)[5]中化學(xué)共沉淀法并進(jìn)行了一定改進(jìn)來制備。準(zhǔn)確稱取0.15 g多壁碳納米管（MWCNT）到潔凈的500 mL三口燒瓶中，然后往三口燒瓶中加入150 mL超純水，固定在超聲清洗機(jī)中超聲分散20 min，接著從三口燒瓶的旁邊端口加入0.25 g六水合三氯化鐵，穩(wěn)固地將三口燒瓶放置于60 ℃油浴鍋中，三口瓶中的混合物在氮?dú)獗Ｗo(hù)下通過機(jī)械攪拌裝置勻速攪拌40 min后，再從三口燒瓶中旁邊端口加入0.40 g四水合氯化鐵，在氮?dú)獬掷m(xù)保護(hù)下，采用機(jī)械攪拌裝置繼續(xù)勻速攪拌40 min。在三口瓶的一端口安裝并通過橡膠塞固定裝有20%的100 mL氨水溶液的分液漏斗裝置，并控制分液漏斗裝置的流速為逐滴加入。在全程氮?dú)獗Ｗo(hù)下，三口燒瓶中所有混合物于60 ℃油浴加熱下反應(yīng)2 h。反應(yīng)結(jié)束后，用稀土磁鐵從三口燒瓶中懸浮液中分離出來合成的磁性碳納米管，使用超純水清洗多次，直到洗至中性，真空干燥24 h，取出后保存于真空干燥器內(nèi)備用。

1.2.2 磁性碳納米管的表征

合成的磁性碳納米管的形態(tài)采用透射電鏡進(jìn)行表征。

1.2.3 Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

使用1%硝酸逐級稀釋Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，配制成濃 度 為 0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、3.0 mg/L、4.0 mg/L 的 Cu2+標(biāo)準(zhǔn)工作曲線。

1.2.4 儀器測定條件

Cu空心陰極燈的燈電流為3.0 mA，工作波長為324.8 nm，狹縫為0.5 nm，乙炔氣體流量為2.0 L/min，空氣流量為 10.0 L/min。

1.2.5 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取1.0 g（精確至0.01 g）粉粹均勻的葛仙米干品于100 mL潔凈干燥的三角燒瓶中，然后往三角瓶中加入20 mL HNO3，將三角燒瓶放置到電熱板上于160 ℃下加熱消解剩余HNO3至3 mL左右時(shí)取下，待取下的三角燒瓶稍微冷卻后，加入10 mLH2O2、5 mLHNO3，三角燒瓶重新放置到160 ℃電熱板上加熱，待劇烈反應(yīng)消失后，電熱板溫度調(diào)高至240 ℃，恒溫消解至澄清后趕酸直至近干，冷卻后的三角燒瓶后可用1%的稀硝酸洗滌并將洗滌液轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，最后用1%的稀硝酸定容至容量瓶刻度線，同時(shí)做試劑空白。

取上述處理好的50.0 mL樣品溶液或配置好的0.2 mg/L的Cu2+標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用氫氧化鈉溶液或磷酸鹽緩沖溶液調(diào)節(jié)樣品溶液或標(biāo)準(zhǔn)溶液的pH值到6.0后，加入20 mg磁性碳納米管吸附劑進(jìn)行樣品溶液或標(biāo)準(zhǔn)溶液中Cu2+的富集；充分振蕩混勻10 min后，通過稀土磁鐵的強(qiáng)力外加磁性吸附作用下，使得磁性碳納米管快速與溶液分離，棄去溶液后，再采用超純水10 mL分2次清洗磁性多壁碳納米管并棄去；然后采用5 mL濃度為1 mol/L的鹽酸溶液對吸附了Cu2+的磁性碳納米管進(jìn)行洗脫；最后采用火焰原子吸收光譜儀對離心后的鹽酸洗脫液進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 磁性多壁碳納米管的表征

采用透射電鏡對合成的磁性碳納米管的形貌和粒徑進(jìn)行表征，從圖1中可以發(fā)現(xiàn)磁性納米粒子已經(jīng)成功修飾在羥基化多壁碳納米管上。采用化學(xué)共沉淀法合成磁性納米離子，方法雖然比較簡便，但從圖片可以發(fā)現(xiàn)，合成的磁性納米粒子粒徑通常較小，形狀也不是太規(guī)則，保存時(shí)間過長易發(fā)生團(tuán)聚。

圖1 磁性多壁碳納米管的透射電鏡圖

2.2 pH值對磁性納米管吸附Cu2+萃取率的影響

溶液的pH是一個(gè)影響磁性多壁碳納米管吸附Cu2+的吸附因素中較為關(guān)鍵的因素。調(diào)節(jié)一系列pH范圍2～8的含有銅離子濃度0.2 mg/L的溶液各50 mL，考察不同的pH對磁性多壁碳納米管對Cu2+萃取率的影響。從圖2可以看出，磁性多壁碳納米管對Cu2+萃取率隨著pH的增大而增大，并在pH為6時(shí)萃取率達(dá)到最大值。

圖2 pH對Cu2+萃取率的影響

2.3 洗脫溶劑體積的優(yōu)化

經(jīng)過實(shí)驗(yàn)對比發(fā)現(xiàn)鹽酸對Cu2+的洗脫能力比硝酸更強(qiáng)，為了盡可能地將富集在磁性碳納米管上的了Cu2+全部洗脫下來，試驗(yàn)對濃度為1 mol/L的鹽酸脫洗液體積進(jìn)行了優(yōu)化，在不浪費(fèi)試劑的前提下，洗脫溶劑用量為5 mL時(shí)可以獲得較為滿意的洗脫效率。

2.4 線性回歸方程、相關(guān)系數(shù)

Cu2+的標(biāo)準(zhǔn)曲線在0.5～4.0 mg/L濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)為0.999 8，線性方程如公式1所示。

式中，Abs為Cu2+溶液吸光度值，C為Cu2+濃度。

2.5 方法的精密度和準(zhǔn)確度

為了驗(yàn)證所建立檢測方法的可靠性，對樣液進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濃度平行測定6次，Cu2+的平均回收率在93.5%～95.0%，RSD為3.6%～4.9%，結(jié)果表明本方法基本能夠滿足葛仙米中銅離子的檢測要求。

3 結(jié)論

本研究建立了磁性固相萃取-火焰原子吸收法測定葛仙米中的Cu2+的分析方法。實(shí)驗(yàn)制備的磁性多壁碳納米管對葛仙米中的Cu2+具有良好的吸附性能和快速分離能力，可以滿足對葛仙米中痕量銅的快速測定。