珍珠巖助濾劑吸附鉛測(cè)定前處理方法優(yōu)化

羅旗峰，續(xù) 穎

（廣東美味鮮調(diào)味食品有限公司，廣東中山 528437）

珍珠巖是由火山噴發(fā)的熾熱酸性熔巖驟冷后形成的具有特殊珍珠裂隙結(jié)構(gòu)的玻璃質(zhì)巖石礦物，其主要特性是能在瞬時(shí)高溫條件下膨脹4～25倍。珍珠巖經(jīng)過(guò)高溫膨脹、研磨和破碎分級(jí)等生產(chǎn)工序后可形成高孔隙率、化學(xué)穩(wěn)定性好、超質(zhì)輕、吸附能力強(qiáng)的膨脹珍珠巖，并廣泛應(yīng)用于建筑、化工、生物制藥和食品等多個(gè)領(lǐng)域[1]。在現(xiàn)代食品工業(yè)中，膨脹珍珠巖與硅藻土作為主流助濾劑應(yīng)用于液體產(chǎn)品的快速過(guò)濾工藝。相較于硅藻土助濾劑，珍珠巖助濾劑的生產(chǎn)成本可降低至40%；同時(shí)滲透性更強(qiáng)，可在基礎(chǔ)助濾階段替代硅藻土助濾劑，提高生產(chǎn)效益[2]。

珍珠巖礦所處地質(zhì)的年代和結(jié)構(gòu)的差異直接影響珍珠巖中有害金屬元素種類和含量，進(jìn)而影響珍珠巖助濾劑產(chǎn)品質(zhì)量[3]。鉛是最常見(jiàn)的重金屬污染物之一，其具有高溶解度、強(qiáng)遷移性特征，其毒性大，主要影響免疫系統(tǒng)、泌尿系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和神經(jīng)系統(tǒng)，多產(chǎn)生免疫紊亂、腎病、鉛性貧血等癥狀[4-5]。吸附在珍珠巖助濾劑表面的鉛在過(guò)濾環(huán)節(jié)容易遷移至濾液中，最終通過(guò)食物鏈在人體中蓄積，對(duì)人體健康構(gòu)成危害。重金屬鉛一直是食品監(jiān)督部門的重要監(jiān)測(cè)對(duì)象，國(guó)家食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 31634—2014對(duì)食品添加劑珍珠巖中的鉛含量有4 mg·kg-1的限值要求[6]。

標(biāo)準(zhǔn)方法通過(guò)沸騰鹽酸溶液浸提珍珠巖助濾劑中的鉛并用石墨爐原子吸收光譜法進(jìn)行測(cè)定。在實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中，部分快速過(guò)濾型珍珠巖助濾劑存在鉛提取率較低的問(wèn)題，該類型珍珠巖助濾劑比慢速過(guò)濾型有著堆積密度更小、孔隙率更高、同等質(zhì)量下體積更大的特點(diǎn)。在前處理過(guò)程中，大量鹽酸溶液滲透進(jìn)珍珠鹽助濾劑孔隙中，隨著液體的快速蒸發(fā)，液面會(huì)出現(xiàn)低于樣品的情況，影響提取效率和后續(xù)液體的分離。同時(shí)方法的洗滌體積少（30 mL分3次洗滌），無(wú)法充分洗出樣品孔隙中的鉛離子，檢測(cè)結(jié)果精密度差，結(jié)果偏低。本文對(duì)方法前處理中的浸取液體積和洗滌方式等條件進(jìn)行優(yōu)化，減少殘?jiān)秀U離子的殘留，同時(shí)探討硝酸溶液作為浸提液的可能性，以期為珍珠巖助濾劑的質(zhì)量把關(guān)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

石墨爐原子吸收光譜儀（PerkinElmer PinAAcle 900Z），Milli-Q型超純水儀（美國(guó)Milli-pore公司）。

水（一級(jí)）、硝酸（GR）、鹽酸（GR）、磷酸二氫銨（SP，國(guó)藥集團(tuán)）、10 000 mg·L-1硝酸鈀（PerkinElmer）、1 000 mg·mL-1鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中心）及鹽酸溶液（1+3）。

鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液：將鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液1 000 mg·mL-1用 0.2 mol·L-1的硝酸溶液梯度稀釋至 1.00 mg·L-1。

基體改進(jìn)劑：移取2.0 mL 10 000 mg·L-1硝酸鈀溶液，再加入1.0 g磷酸二氫銨，溶解后用水定容至50 mL。

1.2 儀器工作條件

鉛空心陰極燈電流：10 mA；載氣：氬氣（250 mL·min-1）；波長(zhǎng)：283.31 nm；狹縫：0.7nm；測(cè)量方式：吸光度；讀數(shù)方式：峰面積；背景校正：縱向塞曼背景校正；進(jìn)樣體積：20 μL；基體改進(jìn)劑：5 μL。

石墨爐升溫程序：110～130 ℃干燥保持60 s，1 000 ℃灰化保持20 s，1 900 ℃原子化保持3 s，2 450 ℃清洗石墨爐3 s。

1.3 樣品處理

稱取10 g（精確至0.001 g）試樣于250 mL燒杯中，加入120 mL鹽酸（1+3）溶液，充分?jǐn)嚢杈鶆蚝笊w上表面皿，用電爐緩慢加熱至沸，并保持15 min。取出靜置冷卻后，用慢速定量濾紙將上層清液過(guò)濾到250 mL容量瓶中，分別用約50 mL熱水洗滌殘?jiān)?次，再用約30 mL熱水洗滌濾紙，合并濾液并定容至刻度線后混勻。準(zhǔn)確移取1 mL于10 mL容量瓶中，用水定容至刻度，混勻后作為待測(cè)液。同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)系列配制

用 0.2 mol·L-1的硝酸溶液稀釋 1.00 mg·L-1鉛標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液成30.00 μg·L-1，再由自動(dòng)進(jìn)樣器自動(dòng)稀釋成 0 μg·L-1、3.00 μg·L-1、9.00 μg·L-1、15.00 μg·L-1、24.00 μg·L-1和 30.00 μg·L-1標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，根據(jù)鉛元素的吸光度與對(duì)應(yīng)濃度建立校正曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品處理方式的優(yōu)化

試驗(yàn)結(jié)果顯示，選用120 mL鹽酸溶液對(duì)樣品進(jìn)行沸騰浸提，可以有效地將珍珠巖助濾劑吸附的鉛游離出來(lái)并降低殘?jiān)袣埩舻你U含量。以50 mL熱水對(duì)殘?jiān)M(jìn)行多次洗滌，隨著洗滌次數(shù)的增加，洗滌液中的鉛含量逐漸降低。如圖1所示，在第3次洗滌后，洗滌液中的鉛含量變化不大，說(shuō)明洗滌效果已接近最優(yōu)。此時(shí)對(duì)應(yīng)總的定容體積為250 mL。

圖1 洗滌次數(shù)的影響

取同一陽(yáng)性快速型珍珠巖助濾劑樣品分別采用優(yōu)化前和優(yōu)化后的方法測(cè)定鉛含量，后續(xù)對(duì)殘?jiān)俅螠y(cè)定鉛殘余，進(jìn)行結(jié)果對(duì)比，如圖2所示。試驗(yàn)結(jié)果顯示優(yōu)化后的殘余占比僅3%，優(yōu)化后的方法可以充分提取珍珠巖助濾劑中的鉛。

圖2 優(yōu)化前后結(jié)果對(duì)比

2.2 線性關(guān)系與方法檢出限

依據(jù)1.2中設(shè)定的儀器條件使用石墨爐原子吸收光譜儀對(duì)鉛的系列標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)行檢測(cè)。線性回歸結(jié)果顯示，鉛在0～30 μg·L-1具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)（R2）＞0.999，如圖3所示。根據(jù)空白標(biāo)準(zhǔn)偏差法評(píng)估檢出限，對(duì)空白溶液連續(xù)10次測(cè)定并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差作為方法檢出限，檢出限為 0.015 mg·kg-1[7]。

圖3 鉛離子濃度-吸光度標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.3 方法的回收率和精密度

取已知鉛含量的珍珠巖助濾劑樣品，分別添加2.5 mg·kg-1、5.0 mg·kg-12 個(gè)濃度水平的鉛，按 1.3方法進(jìn)行檢測(cè)，每個(gè)添加水平平行測(cè)定4次，回收率與精密度見(jiàn)表1。由表1所示，2個(gè)添加水平的回收率在98.2%～107.6%，實(shí)驗(yàn)室變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）在1.1%～1.6%。結(jié)果表明，在2個(gè)加標(biāo)水平下，本法的回收率、精密度良好，可以滿足檢測(cè)的要求。

表1 鉛回收率及精密度試驗(yàn)結(jié)果

2.4 酸型的影響

在上述優(yōu)化的基礎(chǔ)上比較分析硝酸和鹽酸對(duì)提取效果的影響。為減小酸度的差異對(duì)提取效果的影響，配制酸度與鹽酸溶液（1+3）接近的硝酸溶液（1+4），分別對(duì)珍珠巖助濾劑樣品重復(fù)測(cè)定6次，并利用t檢驗(yàn)法對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，結(jié)果如表2所示。在95%的置信度水平，兩種方法測(cè)得的檢測(cè)結(jié)果間沒(méi)有顯著性差異（p＞0.05），硝酸溶液可以代替鹽酸溶液進(jìn)行珍珠巖助濾劑吸附鉛的測(cè)定。

表2 鹽酸溶液與硝酸溶液對(duì)結(jié)果的影響

3 結(jié)論

本方法采用120 mL鹽酸溶液沸騰提取珍珠巖助濾劑中的吸附鉛，再以150 mL熱水充分洗滌，以石墨爐原子吸收光譜儀測(cè)定鉛含量。方法提取率高，精密度在1.1%～1.6%，回收率在98.2%～107.6%，檢出限為0.015 mg·kg-1，可以準(zhǔn)確測(cè)定各類型珍珠巖助濾劑的吸附鉛含量，對(duì)珍珠巖助濾劑的質(zhì)量監(jiān)控水平的提升具有重要意義。