前處理方法對測定花生中重金屬鎘含量的影響

李麗娜王 悅詹德江彭天舒

(遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢測技術(shù)研究所,遼寧 沈陽 110161)

花生營養(yǎng)豐富,是我國食用油脂和植物蛋白質(zhì)的主要來源[1]。 花生對于重金屬鎘元素具有強(qiáng)烈的富集特性,過量鎘誘導(dǎo)花生產(chǎn)生過氧化損傷,影響花生的產(chǎn)量和品質(zhì)[2]。 花生中蓄積的鎘可通過食物鏈進(jìn)入人體,食用后人體可能會出現(xiàn)一系列疾病。

樣品前處理是樣品中重金屬元素含量檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一,對檢測結(jié)果有至關(guān)重要的影響[3]。 花生樣品的鎘檢測前處理基本依照國標(biāo)中GB5009.15-2014 中規(guī)定的方法進(jìn)行。 根據(jù)已有研究資料和本單位的實(shí)驗條件,選用了干灰化法、電熱板濕式消解法、全自動石墨消解儀消解法、微波消解法4 種方法對花生樣品進(jìn)行了前處理,應(yīng)用石墨爐原子吸收分光光譜儀進(jìn)行了上機(jī)測定,對比了不同前處理方法對測定結(jié)果的影響,為花生中重金屬鎘的精確檢測提供更多的參考依據(jù)[4～9]。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

花生樣品:來源于遼寧省不同種植區(qū)及不同種植模式下的花生樣品若干。 將花生樣品去殼,花生籽?；靹?用切片機(jī)將樣品切片,再用粉碎機(jī)把薄片打磨成細(xì)小顆粒,過50 目篩后,充分混勻,裝入潔凈的自封袋中,冰箱冷藏備用。

大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì):編號GBW(E)100348,購于鋼研納克檢測技術(shù)有限公司。

1.2 儀器與試劑

儀器:XS204 電子天平( METTLER TOLEDO 公司),最小分度值 0.1 mg;ZYUPK-II-10T 優(yōu)普超純水儀(成都優(yōu)普儀器設(shè)備有限公司);可調(diào)式電爐(興化市駿輝電熱電器廠);馬弗爐(北京科偉永興儀器有限公司);電熱板(鼎泰恒勝科技設(shè)備有限公司);AutoDigiBlock S60 全自動消解儀(北京萊伯泰科儀器有限公司);Mars Xpress 微波消解儀(美國CEM 公司);恒溫加熱器(上海博通化學(xué)科技有限公司);PinAAcle 900T 石墨爐原子吸收光譜儀(美國珀金埃爾默有限公司)。

試劑:超純水,符合GB/T 6682-2008《分析實(shí)驗室用水規(guī)格和試驗方法》中一級水的標(biāo)準(zhǔn),用超純水儀制備;硝酸(優(yōu)級純,上海安譜實(shí)驗科技股份有限公司);30%過氧化氫(優(yōu)級純,國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司);鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/L,國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院);硝酸鈀Pd(NO3)2溶液(10 000 mg/L,美國珀金埃爾默有限公司)。

1.3 樣品前處理方法

1.3.1 干灰化法(方法A)

準(zhǔn)確稱取試驗樣品0.5 g(精確至0.0001 g)于瓷坩堝種,先用小火在可調(diào)式電爐上使樣品燒至炭化無煙,移入馬弗爐中,500 ℃灰化8～10 h 至樣品消化至灰白色或淺灰色,冷卻。 用1%硝酸溶液將灰分溶解,分次洗滌移入50 ml 容量瓶中,定容至刻度,混勻。 同時做試劑空白試驗。

1.3.2 電熱板濕式消解法(方法B)

準(zhǔn)確稱取試驗樣品0.5 g(精確至0.0001 g)于潔凈的錐形瓶中,加入8 ml 硝酸和2 ml 過氧化氫溶液,加蓋,浸泡過夜。 加一小漏斗在電熱板上加熱消解,110～150～180 ℃逐步升高溫度,直至樣品冒白煙,消化液呈無色透明或略帶微黃色,余至1 ml 左右并放冷后,將消解液洗入50 ml 容量瓶中,用超純水洗滌錐形瓶3～5 次,洗液合并于容量瓶中,并用超純水定容至刻度,混勻備用;同時做試劑空白試驗。

1.3.3 全自動石墨消解儀消解法(方法C)

準(zhǔn)確稱取制備好的試驗樣品 0.5 g ( 精確至0.0001 g),置于PTFE 消解管中;加入8 ml 硝酸和2 ml 過氧化氫溶液,浸泡過夜。 100%強(qiáng)度搖勻1 min 后支架下降至加熱模塊中,按全自動石墨消解儀設(shè)定的升溫程序進(jìn)行升溫,條件見表1。 消解完畢,消解液余至1 ml 左右,冷卻后,用石墨消解儀自帶的定容功能將消解液定容至50 ml。 同時做試劑空白試驗。

表1 全自動石墨消解儀消解樣品升溫程序

1.3.4 微波消解法(方法D)

準(zhǔn)確稱取試驗樣品0.5 g(精確至0.0001 g)于微波消解儀配套的消解罐中,加入3 ml 硝酸和2 ml 過氧化氫溶液,浸泡過夜。 設(shè)置微波消解程序,詳見表2。 消解完畢,待消解罐冷卻后打開,消解液呈無色或淡黃色;再將消解罐置于恒溫加熱器中加熱趕酸,至消解液余至1 ml左右,避免燒干,用少量超純水清洗消解罐3～5 次,將洗出的溶液合并至 50 ml 容量瓶中,定容。 同時做試劑空白試驗。

表2 微波消解儀運(yùn)行程序

1.4 上機(jī)分析方法

1.4.1 儀器工作條件

對石墨爐原子吸收光譜儀的儀器條件進(jìn)行了優(yōu)化,選擇最優(yōu)的儀器工作參數(shù)(見表3)。

表3 石墨爐原子吸收光譜儀工作條件及參數(shù)

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

取1 000 mg/L 鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液,分別用2%的硝酸溶液逐級稀釋配制成合適濃度的中間液, 再稀釋配制成4.0 μg/L 的上機(jī)主標(biāo)液,其余各級別標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度由儀器自動稀釋而成,結(jié)合鎘元素在石墨爐原子吸收光譜儀上的線性范圍,將鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度設(shè)置為0 μg/L、0.4 μg/L、0.8 μg/L、1.6 μg/L、2.4 μg/L 和4.0 μg/L。進(jìn)樣針分別吸取空白樣液、鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液以及基體改進(jìn)劑,按儀器設(shè)定好的吸取量分配方式從低濃度至高濃度依次導(dǎo)入石墨爐,以吸光度作為縱坐標(biāo),濃度作為橫坐標(biāo),繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。 標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為Y=0.0541x+0.0002,相關(guān)系數(shù)為0.9996,這說明在測定的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍內(nèi),鎘元素濃度與吸光度的線性關(guān)系良好。

1.4.3 樣品上機(jī)測定與結(jié)果計算

樣品及空白經(jīng)過前處理,定容,混勻后,倒入2 ml 的潔凈上機(jī)樣品杯中,上機(jī)測定。 根據(jù)以下公式計算樣品中的鎘含量值:

式中:X—試樣中鎘含量,單位為mg/kg;

C1—試樣消化液的鎘含量,單位為μg/L;

C0—樣品空白液的鎘含量,單位為μg/L;

V—樣品定容體積,單位為ml;

m—試樣質(zhì)量,單位為g。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前處理方法的基本參數(shù)比較

4 種前處理方法的基本參數(shù)比較詳見表4。 由表中參數(shù)分析可知:

表4 不同前處理方法的基本參數(shù)比較

方法A 干灰化法基本不加或加入很少的試劑,故空白值低,不會對環(huán)境造成污染;但所用消解時間較長,條件不太容易控制。

方法B 電熱板濕式消解法屬于完全開放式消解,容易造成重金屬間的交叉污染,且在過程中會對操作人員身體造成一定的危害,還易產(chǎn)生酸氣污染環(huán)境。

方法C 全自動石墨消解儀消解法同樣屬于濕式消解法,但因其為半封閉狀態(tài),且實(shí)現(xiàn)了全自動操作,所以要明顯優(yōu)于電熱板消解。 處理方法安全、相對快速,消解過程標(biāo)準(zhǔn)化、程序化,對人體和環(huán)境污染小。 消解數(shù)量雖然和儀器孔位有關(guān),但一般為60 位以上,適合大批量樣品的前處理。

從試劑用量、消解效率空白值、對環(huán)境的污染、操作難易程度等方面來看,方法D 微波消解法明顯優(yōu)于其他3種消解方法,但由于所配套的微波消解罐的數(shù)量限制,所能處理的樣品數(shù)量有限,對于大批量的樣品需要分多批次消解,且需要配備趕酸裝置。

2.2 不同前處理方法準(zhǔn)確度、精密度比較

由于無合適的花生標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),所以本研究采用4 種不同的前處理方法分別對大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)按前述消解條件進(jìn)行消解后,在儀器條件參數(shù)等一致的情況下,測定重金屬鎘的含量,比較5 次測定結(jié)果的平均值、結(jié)果范圍、相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD 值,詳見表5。

表5 不同前處理方法消解大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的鎘元素測定結(jié)果 (n=5)

大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)100348 的鎘含量標(biāo)定值范圍為(0.24±0.01)mg/kg,從表中可以看出:4 種前處理方法的測定平均值均在標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的標(biāo)定值范圍內(nèi),4 種方法的準(zhǔn)確度和精密度均符合要求。 方法D 微波消解法處理的標(biāo)準(zhǔn)大米粉的測定值更接近標(biāo)定值的中間值,且RSD值最低;方法A 干灰化法的測定值稍低于中間值,且比其他方法的測定值稍低,可能與坩堝對被測組分有一定吸附作用有關(guān),會使待測金屬有一定程度的損失;方法B 和方法C 都屬于濕式消解法,但方法C 的RSD 值更低一些,這可能與方法C 所使用的全自動石墨消解儀半封閉化和標(biāo)準(zhǔn)化有關(guān)。

2.3 不同前處理方法消解花生樣品測定結(jié)果比較

從所有花生樣品中隨機(jī)選擇3個樣品,每個樣品設(shè)5個平行,分別用4 種前處理方法進(jìn)行消解,并上機(jī)測定。由表6 中數(shù)據(jù)分析可知:方法A 干灰化法的測量平均值要低于其他三種方法;方法B 電熱板消解法的RSD 值較其他方法要高,可能因其為敞開式消解,會有不同程度的污染或者損失;用方法D 微波消解法進(jìn)行前處理,其測量值的RSD 值更低,精密度更高,穩(wěn)定性更好。

表6 不同前處理方法消解花生樣品的鎘元素測定結(jié)果

3 結(jié)論與討論

對于花生樣品中重金屬鎘含量的測定,干灰化法、電熱板濕式消解法全自動石墨消解儀消解法和微波消解法4 種前處理方法均能對其進(jìn)行完全消解,均符合實(shí)驗室重金屬檢測要求。 但從消解時間、試劑消耗量、對環(huán)境污染程度、空白值、結(jié)果的準(zhǔn)確度和精密度等多方面綜合比較,微波消解法要優(yōu)于其他3 種方法,具有密閉、背景低、污染輕、高效、準(zhǔn)確、穩(wěn)定安全等優(yōu)點(diǎn)。 當(dāng)樣品量比較大時,也可以選擇全自動石墨消解儀消解法,消解更程序化,效率更高。