濃度直讀法快速測定雜糧中鉛的含量

孔曉龍，張 芳，2，袁曉宇

（1. 鄭州科技學院食品科學與工程學院，河南鄭州 450064；2. 鄭州市食品安全快速檢測重點實驗室，河南鄭州 450064）

雜糧通常是指除水稻、小麥以外的豆類和谷類作物[1]，其資源豐富、種類繁多，富含多酚、糖醇、蒽醌等功能活性成分，具有優(yōu)質的營養(yǎng)價值[2-3]。然而，隨著人們對雜糧需求的增加，其存在的重金屬污染問題也廣泛受到關注。研究表明，鉛具有較強的蓄積毒性，對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、造血系統(tǒng)和血管等有毒害作用，還可能引起高血壓、冠心病等疾病[4-5]。我國GB 2762—2017《食品中污染物限量》 規(guī)定，豆類、谷物及其制品中鉛的限量為0.2 mg/kg[6]。目前，測定鉛的方法有石墨爐原子吸收光譜法[7-8]、火焰原子吸收光譜法[9-10]、電感耦合等離子體質譜法[11-12]、原子熒光光譜法[13-14]和陽極溶出伏安法[15-16]等，以上方法所使用的儀器較昂貴，操作繁瑣且無法實施快速檢測。濃度直讀法所用儀器便宜、小巧便攜且操作簡單，適用于在現(xiàn)場對批量樣品進行快速測定，已在食品分析領域得到應用[17-20]，但該法用于測定雜糧中鉛的含量尚未報道。將微波消解技術與濃度直讀法相結合，測定鄭州市售雜糧中鉛的含量及在不同組織部位中的分布規(guī)律，為消費者選購雜糧提供一定的參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

黃豆、紅豆、紅蕓豆、小米、苦蕎米、高粱米、黑米、糙米、小麥仁，購自鄭州市馬寨鎮(zhèn)好又多超市。

冰乙酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鈉、硝酸鉀、抗壞血酸（分析純），天津市致遠化學試劑有限公司提供；無水乙酸鈉、氫氧化鈉、硝酸鉛、30%雙氧水，70%硝酸（分析純），鄭州派尼化學試劑廠提供。

（1） 1.000 g/L Pb2+標準儲備液。準確稱取1.600 0 g Pb(NO3)2于燒杯中，用少量硝酸溶解后，用水定容至1 000 mL 容量瓶中。

（2） 鉛標準液。吸取1.000 g/L 鉛標準儲備液5.0 mL 于50 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，此時溶液含鉛100.00 mg/L。用時逐級稀釋為10.000 0，1.000 0，0.100 0，0.001 0，0.000 1 mg/L 的鉛標準液。

（3） 0.10 mol/L 抗壞血酸溶液。準確稱取0.176 1 g抗壞血酸于燒杯中，用水溶解后，定容至100 mL 棕色容量瓶中，暗處放置并于4 ℃下保存。

試驗用水均為怡寶純凈水（電導率為2.56 μs/cm，pH 值6.80）。

1.2 儀器與設備

雷磁PXSJ-216 型離子計、232-01 型參比電極、PPb-1-01 型鉛離子電極、雷磁PHS-3C 型pH 計、JB-10 型雷磁攪拌器，上海儀電科學儀器股份有限公司產(chǎn)品；JA303P 型電子天平，常州幸運電子設備有限公司產(chǎn)品；XT-9900A 型智能微波消解儀、XT-9816-Ⅱ型樣品前處理加熱儀、XT-9700 型冷卻機，上海新拓分析儀器科技有限公司產(chǎn)品。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品的預處理

用水清洗樣品并進行皮肉分離后放入干燥箱中烘干。取出后分別進行粉碎、碾磨成粉末狀，過60 目篩，轉移到稱量瓶中繼續(xù)干燥至恒重，置于干燥器中保存。

用電子天平分別稱取0.5 g 左右干燥恒重的樣品置于溶樣杯中，加入6 mL HNO3溶液和2 mL H2O2溶液過夜，按表1 設定的參數(shù)進行微波消解后，于樣品前處理加熱儀上趕酸至透明，冷卻至室溫，調pH 值至4.0 后用水定容至50 mL 容量瓶內(nèi)。

表1 ?微波消解參數(shù)設置

微波消解參數(shù)設置見表1。

1.3.2 樣品的測定

（1） 儀器的標定。打開離子分析儀并預熱15 min后，依次按“pX”鍵→“模式/4”→選擇“直讀濃度”模式→選擇濃度單位μg/L→“確認”→選擇“兩點校準模式”→輸入c1=0.1→“確認”→將Pb2+離子性選擇電極、參比電極和溫度傳感器電極均插入0.1 μg/L 的鉛標液中→將溶液充分攪拌均勻，讀數(shù)穩(wěn)定后→按“確認”鍵。取出，用水清洗電極并擦干→將電極插入10 μg/L 鉛的標液→輸入c2=10→按上述相同的方法進行標定→儀器自動給出校準后的電極斜率→“確認”→對空白溶液進行校準→“確認”→完成儀器標定。

（2） 樣品的測定。分別向燒杯中加入2.5 mL 樣品消解液，0.1 mol/L 抗壞血酸溶液3 mL，1 mol/L KNO3溶液2 mL，調溶液的pH 值至4 后，加入HAc-NaAc 緩沖溶液3 mL，搖勻，轉移至25 mL 容量瓶中并定容至刻度。將處理好的電極對及溫度傳感器插入上述溶液中，待數(shù)顯穩(wěn)定后按“確認”鍵，直接讀出試液中鉛的濃度ρx，進而計算樣品中鉛的含量ω。

式中：ω——樣品中鉛的含量，mg/kg；

ρx——樣品中鉛的質量濃度，μg/L；

m——稱取雜糧的質量，g。

2 結果與分析

2.1 電極轉換系數(shù)

轉換系數(shù)是衡量電極質量的重要參數(shù)，越接近100%，表明電極遵循能斯特響應的本領越強，質量越好[21]。所用鉀電極的實際響應斜率為27.068，因其理論斜率為29.580，電極的轉換系數(shù)為91.51%，大于90%，所用鉛離子選擇性電極的能斯特響應性能良好。

2.2 單因素試驗結果

2.2.1 pH 值的影響

依次向燒杯中加入100 μg/L 的Pb2+標準液1 mL，0.1 mol/L 抗壞血酸3 mL，1 mol/L 硝酸鉀2 mL，HAc-NaAc 緩沖溶液3 mL，分別調pH 值分別為1，2，3，4，5，6，7 后移入25 mL 容量瓶中并用水定容。此時，溶液中鉛離子質量濃度為4 μg/L。

pH 值對試驗結果的影響見圖1。

圖1 pH 值對試驗結果的影響

由圖1 可知，隨著pH 值的增加，溶液中鉛離子的質量濃度逐漸降低，當pH 值為4~7 時，鉛離子的質量濃度基本不變。當pH 值為4 時，測定結果與溶液中鉛離子的真實質量濃度最接近，因此選用溶液的pH 值為4。

2.2.2 HAc-NaAc 緩沖溶液的用量

其他因素不變，分別加入HAc-NaAc 緩沖溶液的體積為0，1，2，3，4，5 mL，混勻并在相同條件下測溶液中鉛離子的質量濃度。

HAc-NaAc 添加量對試驗的影響見圖2。

圖2 HAc-NaAc 添加量對試驗的影響

由圖2 可知，隨著HAc-NaAc 體積的增加，溶液中鉛離子的質量濃度逐漸降低。當HAc-NaAc 的體積在3~5 mL 時，鉛離子質量濃度基本不變。且HAc-NaAc 緩沖溶液體積為3 mL 時，測定結果與溶液中鉛離子的真實質量濃度最接近。因此，選擇HAc-NaAc 緩沖溶液的體積為3 mL。

2.2.3 抗壞血酸濃度的影響

其他因素不變，分別加入0.1 mol/L 抗壞血酸溶液的體積為0，1，2，3，4，5 mL，即溶液中抗壞血酸的濃度分別為0，0.004，0.008，0.012，0.016，0.02 mol/L，在相同條件下測溶液中鉛離子的質量濃度。

抗壞血酸濃度對試驗的影響見圖3。

圖3 抗壞血酸濃度對試驗的影響

由圖3 可知，隨著抗壞血酸濃度的增加，溶液中鉛離子的濃度逐漸增大。當抗壞血酸濃度為0.012 mol/L 時，測定結果與溶液中鉛離子的真實質量濃度最接近。因此，選擇抗壞血酸濃度為0.012 mol/L。

2.2.4 硝酸鉀濃度的影響

其他因素不變，分別加入1 mol/L KNO3的體積為0，1，2，3，4，5 mL，即溶液中KNO3的濃度分別為0，0.04，0.08，0.12，0.16，0.20 mol/L，在相同條件下測溶液中鉛離子的質量濃度。

硝酸鉀濃度對試驗的影響見圖4。

圖4 硝酸鉀濃度對試驗的影響

由圖4 可知，隨著硝酸鉀濃度的增加，鉛離子濃度也逐漸增大。當硝酸鉀濃度為0.08 mol/L 時，測定結果與溶液中鉛離子的真實質量濃度最接近，硝酸鉀濃度繼續(xù)增加時，溶液中鉛離子質量濃度基本不變。因此，硝酸鉀濃度為0.08 mol/L。

2.3 測定結果及精密度

在最佳單因素試驗條件下，對樣品進行6 次平行測定。

樣品的測定結果見表2。

表2 樣品的測定結果

由表2 可知，黃豆皮、紅豆皮、紅蕓豆皮中鉛的含量均高于相應的黃豆肉、紅豆肉、紅蕓豆肉中鉛的含量。黑米中鉛的含量最高，小麥仁中鉛的含量較低。但上述測定的雜糧中鉛的含量顯著高于國標規(guī)定的豆類、谷物及其制品中鉛的限量0.2 mg/kg[6]。6 次平行測定的相對標準偏差RSD 均小于5%。

2.4 檢出限、定量限與回收率

按照1.3.2 的測定方法，對空白溶液進行11 次平行測定，按3 倍標準偏差和10 倍標準偏差分別計算出鉛的檢出限和定量限為0.09 μg/L 和0.3 μg/L。

以苦蕎米為例，按照1.3.2 的測定方法進行加標回收率試驗，每個樣品各進行5 次平行測定，檢驗無可疑值后取平均值報告。

加標回收率見表3。

表3 加標回收率

由表3 可知，苦蕎米的加標回收率為90.6%~105.0%，測定結果理想。

2.5 國標法對比試驗

樣品經(jīng)1.3.1 方法進行前處理，按照GB 5009.12—2017 食品中鉛的測定第一法石墨爐原子吸收光譜法[22]分別測定雜糧中鉛的含量。

國標法測定結果見表4。

表4 國標法測定結果

由表4 可知，雜豆類的皮中鉛的含量均高于相應肉中鉛的含量。雜糧中鉛的含量最高的為黑米，最低的是小麥仁。但上述測定的雜糧中鉛的含量顯著高于國標規(guī)定的豆類、谷物及其制品中鉛的限量0.2 mg/kg[6]。與濃度直讀法測定的結果相一致。3 次平行測定的相對標準偏差RSD 均小于5%。

2.6 顯著性檢驗

樣品經(jīng)過前處理后，用該方法和國標法進行對照測定。

對照試驗結果見表5。

表5 對照試驗結果

由表5 可知，2 種方法的相對標準偏差均小于5%，經(jīng)F 檢驗和t 檢驗表明[23]，在置信度為95%時，濃度直讀法與國標法測定的結果偶然誤差和系統(tǒng)誤差均不顯著，即2 種方法不存在顯著性差異。

3 結論

將微波消解技術與濃度直讀法相結合，測定雜糧中鉛的含量及分布情況。通過單因素試驗得出測定鉛含量的最佳條件為溶液pH 值4，HAc-NaAc 緩沖溶液的體積3 mL，溶液中抗壞血酸的濃度0.012 mol/L，硝酸鉀濃度0.08 mol/L。6 次平行測定的相對標準偏差均小于5%，雜豆類皮中鉛的含量高于肉中鉛的含量，且試驗所測的雜糧中鉛的含量顯著高于國標規(guī)定的豆類、谷物及其制品中鉛的限量0.2 mg/kg。該方法與國標第一法相比，無顯著性差異。該方法簡便、快速、所用儀器小巧便捷，為食品中鉛含量的測定提供了一種較為理想的分析方法，有一定的推廣應用價值和現(xiàn)實意義。