微波消解-原子熒光光譜法測定鐵皮石斛中的重金屬元素

◎ 張 艷，陳紫涵，霍冰冰，王塵蕊，徐 芳，王 琦

（昆明醫(yī)科大學(xué) 公共衛(wèi)生學(xué)院（云南高校營養(yǎng)與食品安全重點實驗室），云南 昆明 650500）

鐵皮石斛為蘭科植物鐵皮石斛的干燥莖，其主要活性成分為多糖、黃酮等化學(xué)物質(zhì)，具有增強人體免疫功能、調(diào)節(jié)血糖血脂、抗氧化等藥用保健價值[1]。由于環(huán)境污染，鐵皮石斛在種植、加工、包裝等環(huán)節(jié)都有可能受到重金屬污染，重金屬對人體健康具有潛在危害。因此，對鐵皮石斛中重金屬的測定具有重大意義。

目前對重金屬的檢測主要采用原子吸收光譜法[2]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[3]、分光光度法[4]等。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法，檢測成本昂貴，對操作人員要求較高?；鹧嬖游展庾V法穩(wěn)定性和靈敏度較低，難以滿足鐵皮石斛重金屬分析實際需求。原子熒光光譜法是一種靈敏度較高的元素分析方法[5]，同時利用氫化物發(fā)生原理，能夠有效減少干擾元素的影響，適用于鐵皮石斛中重金屬元素分析。本文采用微波消解石斛樣品中重金屬的前處理方法，從消解劑類型和用量等對微波消解條件進(jìn)行了探究，同時對方法學(xué)進(jìn)行了驗證，建立了一種操作簡單、靈敏度高的微波消解-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定鐵皮石斛中重金屬的分析方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

AFS-3100雙道原子熒光光度計（北京科創(chuàng)海光儀器有限公司）；2型砷、汞、鉛空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）；WX-6000型微波消解儀（上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司）；可調(diào)式電加熱板（北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司）；超純水機（上海和泰儀器有限公司）。

試驗所用鐵皮石斛購自某市藥店，試驗所用水均為超純水，砷、汞、鉛單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg·mL-1，中國計量科學(xué)研究院）；鹽酸、硝酸（GR，北京化學(xué)試劑工廠）；硼氫化鉀、抗壞血酸（AR，天津市光復(fù)精細(xì)化工研究所）；重鉻酸鉀、草酸、氫氧化鈉（AR，成都市科龍化工試劑廠）；鐵氰化鉀、硫脲（AR，國藥試劑）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品前處理

稱取0.4 g（精確至0.000 1 g）鐵皮石斛粉末于消解罐中，加入濃硝酸5 mL和鹽酸2 mL，混勻后按照設(shè)定的條件進(jìn)行消解（表1）。樣品消解完全后，將溶液置于電熱板上趕酸至少量。同時做樣品空白試驗。

表1 微波消解條件表

取25 mL容量瓶，加入5.0 mL 100 g·L-1硫脲-抗壞血酸溶液和1.25 mL濃鹽酸，并加入消解液，超純水定容，混勻，上機測定As和Hg。取25 mL容量瓶，加入0.5 mL 20 g·L-1草酸，2.5 mL 100 g·L-1鐵氰化鉀和0.25 mL濃鹽酸，并加入消解液，超純水定容，混勻，上機測定Pb。

1.2.2 儀器工作條件

對3種元素儀器工作條件進(jìn)行優(yōu)化，最佳測定參數(shù)如表2所示。

表2 儀器工作條件表

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的配制

吸取1 μg·mL-1As標(biāo)準(zhǔn)使用液0.025 mL、0.500 mL、1.000 mL、1.500 mL、2.000 mL和2.500 mL于25 mL容量瓶中，加入20 mL 5%硫脲-抗壞血酸溶液，用5%的鹽酸定容，As標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為1.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、40.0 μg·L-1、60.0 μg·L-1、80.0 μg·L-1和100.0 μg·L-1。

吸取1 μg·mL-1Hg標(biāo)準(zhǔn)使用液0.04 mL、0.08 mL、0.16 mL、0.32 mL、0.64 mL和1.00 mL于100 mL容量瓶中，用5%的鹽酸定容，Hg標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為0.4 μg·L-1、0.8 μg·L-1、1.6 μg·L-1、3.2 μg·L-1、6.4 μg·L-1和10.0 μg·L-1。

吸取1 μg·mL-1Pb標(biāo)準(zhǔn)使用液0.1 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、5.0 mL和6.0 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL 10%鐵氰化鉀溶液，2 mL 2%草酸溶液，用5%的鹽酸定容，Pb標(biāo)準(zhǔn)系列濃度分別為1.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、40.0 μg·L-1和50.0 μg·L-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 前處理條件優(yōu)化

2.1.1 消解劑

稱取鐵皮石斛0.4 g，分別加入鹽酸、硝酸和硝酸-鹽酸混合溶液各7 mL，按表1微波消解條件進(jìn)行消解，考察了消解劑類型對鐵皮石斛消解的影響。試驗結(jié)果表明，在消解溫度壓力一定的情況下，單獨使用鹽酸和硝酸后，消解液呈淡黃色且部分渾濁有沉淀顆粒物，而使用硝酸-鹽酸混合溶液后，溶液澄清透明，鐵皮石斛樣品消解完全，故選擇硝酸-鹽酸混合溶液作為消解劑。

2.1.2 消解劑用量

試驗考察了硝酸和鹽酸體積比為1.5、2.5、3.5、4.5、5.0時的樣品消解效果，結(jié)果見圖1。鐵皮石斛樣品消解過程中，隨著V(HNO3)∶V(HCl)增大，As、Pb、Hg 3種元素的熒光強度逐漸增大，當(dāng)消解劑V(HNO3)∶V(HCl)=2.5時，熒光強度達(dá)到峰值，分別為343、1 418和236，V(HNO3)∶V(HCl)進(jìn)一步增大時，熒光強度逐漸降低，因此試驗選擇消解劑用量為V(HNO3)∶V(HCl)=2.5。

圖1 消解劑用量條件優(yōu)化圖

2.2 線性范圍

在試驗條件下，選用標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，以熒光值（F）為縱坐標(biāo)，As、Hg、Pb標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度（X）為橫坐標(biāo)建立標(biāo)準(zhǔn)曲線，結(jié)果見表3。結(jié)果表明As、Hg、Pb 3種元素分別在1.0～100.0 μg·L-1、0.4～10.0 μg·L-1、1.0～50.0 μg·L-1范圍內(nèi)線性關(guān)系良好。

表3 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍表

2.3 精密度試驗

連續(xù)測定11次As、Pb、Hg標(biāo)準(zhǔn)溶液，求得相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表4。由表4可知，As、Pb、Hg的RSD分別為3.5%、4.9%、3.6%。

表4 精密度試驗結(jié)果表（熒光強度）

2.4 檢出限試驗

連續(xù)測定11次空白溶液，求得標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表5。由表5可知，3種元素標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為0.872%、1.947%、0.768%，根據(jù)國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）的定義，檢出限為

表5 空白溶液測定結(jié)果表（熒光強度）

式中：DL為檢出限，μg·mL-1；K為常數(shù)項，K=3；S為標(biāo)準(zhǔn)偏差；B為校準(zhǔn)曲線的斜率。

計算得到As、Pb、Hg的檢出限分別為0.016 2 μg·mL-1、0.531 1 μg·mL-1、0.004 8 μg·mL-1。

2.5 重復(fù)性試驗

稱取鐵皮石斛樣品各6份，進(jìn)行重復(fù)性試驗，結(jié)果見表6。試驗結(jié)果表明，樣品中As、Pb、Hg元素的RSD分別為4.6%、4.5%、3.1%。

表6 重復(fù)性試驗結(jié)果表（熒光強度）

2.6 加標(biāo)回收率試驗

選用鐵皮石斛樣品，進(jìn)行高、中、低3個濃度水平的加標(biāo)，試驗結(jié)果見表7。試驗結(jié)果表明，鐵皮石斛樣品中3種元素加標(biāo)回收率為94.6%～109.7%，RSD為6.2%～6.7%。

表7 加標(biāo)回收率試驗結(jié)果表

2.7 樣品測定

用本試驗方法分析了鐵皮石斛中As、Hg、Pb 3種重金屬元素的含量，分析結(jié)果見表8。試驗結(jié)果表明，5種樣品中砷、鉛、汞均有檢出，含量分別為0.265 8～0.350 0 mg·kg-1、0.042 9～0.369 6 mg·kg-1、0.008 4～0.009 7 mg·kg-1，其中砷和汞含量低于GB 2762—2017[6]中新鮮蔬菜限量要求（As≤0.5 mg·kg-1，Hg≤0.01 mg·kg-1），部分樣品中鉛含量高于GB 2762—2017中的限量要求（Pb≤0.1 mg·kg-1）。

表8 鐵皮石斛中重金屬的測定值表（n=3） 單位：mg·kg-1

3 結(jié)論

本試驗建立了微波消解提取，氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定鐵皮石斛中砷、汞、鉛的分析方法，優(yōu)化了消解條件，并對方法進(jìn)行了方法學(xué)驗證。結(jié)果表明，本方法具有消解效率高、操作簡單快速等特點，能夠滿足對鐵皮石斛中重金屬的檢測要求，為植物源性藥用食物中重金屬的測定和風(fēng)險評估提供技術(shù)保障。