石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定糧食中重金屬的質(zhì)量控制措施

張歡歡 劉興 王繼勇 盧財(cái)謙

摘要：石墨爐原子吸收光譜法作為一種重要的重金屬檢測(cè)方法，被廣泛應(yīng)用于糧食中鎘、鉛和鉻等的分析檢測(cè)中。文章闡述了采用石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定糧食中重金屬元素的質(zhì)量控制措施，包括玻璃器皿、試劑的控制措施，儀器條件的控制措施以及對(duì)結(jié)果的內(nèi)部質(zhì)量控制措施，涵蓋測(cè)試過(guò)程的各個(gè)環(huán)節(jié)和細(xì)節(jié)，以期為采用該方法對(duì)糧食中重金屬進(jìn)行分析檢測(cè)的人員提供借鑒。

關(guān)鍵詞： 石墨爐原子吸收光譜法；質(zhì)量控制；糧食；重金屬

中圖分類號(hào)：TS210.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20210220

根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中污染物限量》（GB 2762）規(guī)定，谷物中要檢測(cè)的污染物包括鎘、鉛、汞、砷、鉻和苯并芘。石墨爐原子吸收光譜法作為一種重要的重金屬檢測(cè)方法，被廣泛應(yīng)用于糧食中鎘、鉛和鉻等的分析檢測(cè)中。食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品中鎘的測(cè)定》（GB 5009.15—2014）、《食品中鉛的測(cè)定》（GB 5009.12—2017）和《食品中鉻的測(cè)定》（GB 5009.123—2014）對(duì)檢測(cè)步驟和方法有詳細(xì)的敘述，但是實(shí)驗(yàn)操作中的一些細(xì)節(jié)、儀器測(cè)試條件等可能會(huì)對(duì)檢測(cè)結(jié)果造成影響。本文以大量實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)中遇到的問題，通過(guò)查閱資料文獻(xiàn)、與有資質(zhì)的檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行多方比對(duì)和交流，總結(jié)出一些經(jīng)驗(yàn)，以期對(duì)采用該種方法對(duì)糧食中重金屬進(jìn)行分析檢測(cè)的人員提供借鑒。

1 玻璃器皿、試劑的控制措施

1.1 玻璃器皿

根據(jù)食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，測(cè)重金屬所用到的所有玻璃儀器均需用硝酸溶液（1 + 4）浸泡24 h以上，用水反復(fù)沖洗，最后用去離子水沖洗干凈，這里的水一般為GB/T 6682規(guī)定的二級(jí)水，然后烘干再用。如果洗凈的器皿長(zhǎng)時(shí)間放置再重新使用時(shí)，需按要求重新浸泡、沖洗、烘干再用，因?yàn)橄磧舻钠髅箝L(zhǎng)時(shí)間放置會(huì)吸附空氣中的污染物。

1.2 試劑

實(shí)驗(yàn)用到的酸基本為硝酸、鹽酸、高氯酸等無(wú)機(jī)酸，要求均為優(yōu)級(jí)純，其他試劑如無(wú)另外說(shuō)明，也均為優(yōu)級(jí)純。在測(cè)定不同元素時(shí)，如果測(cè)得試劑空白值偏高，在排除玻璃器皿、石墨管和操作過(guò)程有其他污染的情況下，應(yīng)選取純度更高的無(wú)機(jī)酸來(lái)降低試劑空白值。

2 儀器條件的控制措施

2.1 石墨管

石墨管是石墨爐原子化器的重要部件，常用的石墨管主要有普通石墨管、熱解石墨管、平臺(tái)石墨管，普通石墨管適用于Cd、Pb、Ag等低溫（≤2 000 ℃）原子化的元素測(cè)定；熱解石墨管適用于低、中、高溫（>2 500 ℃）原子化的元素測(cè)定，如Ni、Ca、Ti、Si、V、Mo等；平臺(tái)石墨管適用于中、低溫（≤2 400 ℃）原子化的元素測(cè)定[1]440。因此可根據(jù)元素的原子化溫度選擇石墨管，Cd、Pb和Cr的測(cè)定均選用普通石墨管。

石墨管長(zhǎng)時(shí)間使用后，其表面可能被氧化、變粗糙。如進(jìn)一步發(fā)展，氧化將發(fā)生在注入孔的內(nèi)部，最終導(dǎo)致石墨管彎曲或斷裂。在石墨管被氧化的進(jìn)程中，檢測(cè)數(shù)據(jù)的重現(xiàn)性會(huì)逐漸變差，如吸收峰呈現(xiàn)兩個(gè)峰時(shí)，必須更換。更換石墨管時(shí)，應(yīng)先用清潔器或清潔液（20 mL氨水+20 mL丙酮+100 mL去離子水）清洗石墨錐的內(nèi)表面和石墨爐爐腔，除去沉積的碳化物。新的石墨管安放好后，應(yīng)進(jìn)行熱處理，即空燒，重復(fù)3 ～ 4次 [1]457。

2.2 進(jìn)樣器管口位置調(diào)節(jié)

石墨爐原子吸收分光光度計(jì)的進(jìn)樣器容易受外部環(huán)境影響，輕微的觸碰即會(huì)導(dǎo)致進(jìn)樣器管口位置偏移，進(jìn)而影響到進(jìn)樣量和檢測(cè)結(jié)果，因此每次開機(jī)測(cè)試前都要檢查進(jìn)樣器管口位置是否合適，包括進(jìn)樣器管口的水平注入位置和管口注入到石墨管內(nèi)的深度。水平位置要在進(jìn)樣孔的正中間，否則容易造成樣品溶液掛壁。注入到石墨管內(nèi)的最佳深度應(yīng)為管口位置距石墨管注入孔底部約一個(gè)液滴的距離，太淺則排液時(shí)試液易飛濺，造成被測(cè)物損失，太深易致進(jìn)樣器管口掛液。

進(jìn)樣器管口長(zhǎng)時(shí)間使用時(shí)容易粘附石墨管內(nèi)的碳化物出現(xiàn)管尖變黑，甚至出現(xiàn)管口掛液，造成進(jìn)樣量不準(zhǔn)確，影響測(cè)量的重復(fù)性，此時(shí)應(yīng)更換移液管管尖。如果用的是聚四氟乙烯管（PTFE），長(zhǎng)時(shí)間使用出現(xiàn)變黑、臟污、彎曲等情況時(shí)，可將未彎曲的PTFE管拉出至預(yù)設(shè)長(zhǎng)度，然后用刻刀等薄型刀具將變型臟污部分垂直切除，再調(diào)節(jié)進(jìn)樣器管口到合適位置。如果是更換石墨管，也須重新調(diào)節(jié)進(jìn)樣器管口位置。

2.3 儀器的測(cè)量重復(fù)性

選用鎘空心陰極燈進(jìn)行測(cè)試，選擇系列標(biāo)準(zhǔn)溶液中的某一濃度溶液，使吸光度在0.10 ～ 0.30的范圍內(nèi)，進(jìn)行7次平行測(cè)定，并求出其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），即為儀器測(cè)鎘的重復(fù)性。若RSD值≤4.0%，則符合《原子吸收分光光度計(jì)型式評(píng)價(jià)大綱》（JJF 1574—2016）的要求，說(shuō)明儀器重復(fù)性良好，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

2.4 升溫程序的優(yōu)化和確認(rèn)

石墨爐的升溫程序涉及元素的原子化過(guò)程，會(huì)對(duì)檢驗(yàn)結(jié)果造成直接影響，因此需要對(duì)升溫程序的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，升溫程序包括4個(gè)階段，分別為干燥或去溶劑階段、灰化階段、原子化階段和清潔階段。在這4個(gè)階段中，灰化階段和原子化階段對(duì)測(cè)定結(jié)果的影響較為顯著，溫度的變化和時(shí)間的控制是關(guān)鍵，且不同的金屬元素參數(shù)也并不相同。在灰化階段，如果灰化溫度過(guò)低、灰化時(shí)間過(guò)短，易出現(xiàn)試液基體成分去除不完全，反之會(huì)造成待測(cè)元素的損失；在原子化階段，原子化溫度過(guò)低，待測(cè)元素不能全部原子化，易出現(xiàn)峰拖尾，過(guò)高又宜出現(xiàn)待測(cè)物質(zhì)的損失，出現(xiàn)雙峰或者峰值低于基線的情況[2]，并且原子化溫度過(guò)高，會(huì)影響原子化器壽命，石墨管容易燒壞[3]。因此在保證目標(biāo)成分不損失，轉(zhuǎn)化效率高的情況下盡量選擇低溫。

對(duì)于背景吸收值較高的有干擾的試樣，應(yīng)加入基體改進(jìn)劑，以允許提高灰化溫度，從而消除或減小基體干擾[4]。繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)和試樣測(cè)定時(shí)加入的基體改進(jìn)劑應(yīng)是等量的，這一點(diǎn)在優(yōu)化升溫程序時(shí)應(yīng)考慮在內(nèi)。

3 對(duì)結(jié)果的內(nèi)部質(zhì)量控制措施

3.1 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

關(guān)于重金屬檢驗(yàn)的食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中有詳細(xì)介紹標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置方法和線性范圍，但是在實(shí)際檢驗(yàn)工作中，要根據(jù)試樣中的待測(cè)元素含量和儀器條件對(duì)線性范圍進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，使樣品溶液的吸光度值在標(biāo)準(zhǔn)曲線合適的線性范圍內(nèi)，一般要求盡量使樣品的測(cè)定結(jié)果在標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間范圍內(nèi)。標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍不宜過(guò)大，因?yàn)楫?dāng)待測(cè)元素含量過(guò)高時(shí)，同種原子之間的碰撞能引起吸收譜線不對(duì)稱變寬，引起測(cè)定靈敏度下降，使工作曲線隨濃度提高向濃度坐標(biāo)軸彎曲[1]455，出現(xiàn)相關(guān)系數(shù)明顯降低的情況。對(duì)于吸光度值接近甚至超過(guò)線性范圍限值的樣品，可采用稀釋樣品溶液或增大樣品定容體積等方法使其吸光度值在標(biāo)準(zhǔn)曲線合適的線性范圍內(nèi)。

3.2 空白實(shí)驗(yàn)

試劑空白是和試樣一起進(jìn)行前處理和分析測(cè)定的，它可以評(píng)估實(shí)驗(yàn)用水、試劑及每個(gè)分析步驟可能帶來(lái)的污染或影響，空白值不僅影響到方法的檢出限，還影響到檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性[5]。在正常情況下，空白值比較穩(wěn)定，計(jì)算出重復(fù)測(cè)定的空白值的平均值，然后在樣品測(cè)定值中扣除。如果空白值明顯超出正常值，則表明測(cè)試過(guò)程有嚴(yán)重污染，樣品測(cè)定結(jié)果不可靠，需要找出污染原因，然后復(fù)檢。

3.3 質(zhì)控

質(zhì)控是隨同樣品測(cè)試做質(zhì)控樣品的測(cè)定，然后用統(tǒng)計(jì)方法對(duì)質(zhì)控樣品的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)的一種實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量控制方法。質(zhì)控樣品一般包括兩種：一種是在樣品中加入已知量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，成為加標(biāo)樣品；一種是選用與被測(cè)樣品基本相同或相近的實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)樣。

3.3.1 加標(biāo)樣品的質(zhì)控

式中：P為回收率，%；C1為加標(biāo)試樣測(cè)定值，mg/kg；C2為未加標(biāo)試樣測(cè)定值，mg/kg；C0為加標(biāo)量，mg/kg。

3.3.2 實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)樣的質(zhì)控

通常實(shí)驗(yàn)時(shí)會(huì)加入實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)樣即質(zhì)控樣，質(zhì)控樣與待測(cè)樣一起進(jìn)行前處理和測(cè)定，通過(guò)質(zhì)控樣的數(shù)據(jù)結(jié)果來(lái)判斷該次實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。當(dāng)質(zhì)控樣的測(cè)定值在不確定度范圍內(nèi)，一般認(rèn)為該次實(shí)驗(yàn)分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，如果超出不確定度范圍，則要查找原因，分析影響檢驗(yàn)結(jié)果的因素，并進(jìn)行復(fù)檢。但是并非質(zhì)控樣檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，待測(cè)樣品的結(jié)果就一定準(zhǔn)確可靠，因?yàn)橘|(zhì)控樣的基質(zhì)簡(jiǎn)單，背景干擾小，而待測(cè)樣品的基質(zhì)相對(duì)復(fù)雜，若出現(xiàn)背景干擾比質(zhì)控樣明顯偏大的情況，則要分析原因，通過(guò)加入基體改進(jìn)劑或是其他降低背景干擾的方法使待測(cè)樣的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

4 結(jié) 論

影響石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定糧食中重金屬的因素有很多，包括儀器、試劑和對(duì)結(jié)果的內(nèi)部質(zhì)量控制等諸多方面，在保證實(shí)驗(yàn)器具不受污染、試劑級(jí)別滿足試驗(yàn)要求的情況下，加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)室結(jié)果的內(nèi)部質(zhì)量控制是關(guān)鍵，包括標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制、將空白值控制在正常值范圍內(nèi)，通過(guò)回收率試驗(yàn)將加標(biāo)質(zhì)控樣品的回收率控制在要求的范圍內(nèi)、將實(shí)物標(biāo)準(zhǔn)樣控制在不確定度范圍內(nèi)等。總之，通過(guò)對(duì)整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程和細(xì)節(jié)的控制使測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

參考文獻(xiàn)

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Quality Control Measurement in the Determination of the Heavy Metals in Grain by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

Zhang Huanhuan1， Liu Xing2， Wang Jiyong1， Lu Caiqian1

（ 1. Dongguan Grain Reserve Jiaomei Depot， Dongguan， Guangdong 523145； 2. Dongguan Grain and Marerial Reserves Centre， Dongguan， Guangdong 523000 ）

Abstract： GFAAS， as an important method for the determination of the heavy metals， had been widely used in the determination of cadmium， lead and chromium in grain. The quality control measurement in the determination of the heavy metals in grain by GFAAS were described.It included glassware， reagents， the instrument condition and the internal quality control for the results. Which covered almost all details of the testing process. It was expected to provided some reference for the person who used this method to test the heavy metals in grain.

Key words： graphite furnace atomic absorption spectrometry， quality control， grain， heavy metals