微波消解-石墨爐原子吸收法檢測(cè)大米粉中鎘含量的方法研究

鎘是一種重金屬元素，呈銀白色，有金屬光澤，具有較大的毒性。如果水稻種植在含有鎘元素的土壤中，或生長(zhǎng)過程中使用了含鎘的水源，抑或使用了含鎘的化肥，都會(huì)對(duì)人體健康造成嚴(yán)重危害，所以必須高度重視大米與米制品的鎘含量檢測(cè)。傳統(tǒng)的鎘含量檢測(cè)方法主要是高壓消解或干式灰化，存在消耗米粉量較大、所需時(shí)間較長(zhǎng)等弊端，而經(jīng)微波消解進(jìn)行預(yù)處理，再用石墨爐原子吸收法可以有效避免此類問題，檢測(cè)結(jié)果也更加準(zhǔn)確。

1. 材料與設(shè)備

1.1 材料

選取0.23mg/kg的大米質(zhì)控樣，用于質(zhì)量控制和比較，以確保其他樣本測(cè)量結(jié)果與之相符。

1.2 試劑

1g/L的鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，用于制備更稀釋的溶液；優(yōu)級(jí)純度的硝酸；優(yōu)級(jí)純度、30%濃度的雙氧水；通過實(shí)驗(yàn)制備1%濃度的硝酸，先將10mL硝酸溶液置于100mL凈水中，再將硝酸溶液稀釋到1L即可。

1.3 設(shè)備

原子吸收分光光度計(jì)，型號(hào)為ZA-300，附有石墨爐設(shè)備；微波消解儀，型號(hào)為TANK型；趕酸器，型號(hào)為TK-12；微控?cái)?shù)顯電熱板，型號(hào)為EH-35，plus版本；電子天平；石墨管，C型，普通版本；鎘空心陰極燈；振蕩器等。

2. 試驗(yàn)與方法

2.1 測(cè)試條件

用BKG校正方式對(duì)測(cè)定信號(hào)進(jìn)行背景校正，減少光源、樣品容器等背景信號(hào)對(duì)目標(biāo)信號(hào)的影響，確保測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。將信號(hào)計(jì)算至峰高值，即光譜圖中特定波長(zhǎng)處信號(hào)強(qiáng)度的最大值。采取228.6nm處的測(cè)定波長(zhǎng)，1.2nm寬的狹縫，有利于光譜分辨率的提升。時(shí)間常數(shù)設(shè)定為0.1s，光譜儀響應(yīng)較快，能夠滿足快速的信號(hào)變化速度。選取7.5mA的燈電流，確保光源的亮度充足，且具有一定的穩(wěn)定性。選取290V的光電倍增管高負(fù)壓，確保光電被增管的放大倍數(shù)充足，能夠更加靈敏地檢測(cè)到信號(hào)。

石墨爐在升溫過程中需要經(jīng)過五個(gè)程序（干燥、灰化、原子化、清除、冷卻），每個(gè)程序的最終溫度設(shè)定有所不同，升溫的保持時(shí)間、氣體流量等參數(shù)也有一定的差異。具體而言，干燥程序的最終溫度為100℃，時(shí)間維持30s，氣體流量為200mL/min；灰化程序的最終溫度為700℃，持續(xù)時(shí)間20s，氣體流量為200mL/min；原子化程序的最終溫度為1300℃，時(shí)間維持3s，氣體流量為30mL/min；清除程序的最終溫度為1800℃，時(shí)間維持3s，氣體流量為200mL/min；冷卻程序的最終溫度為0℃，持續(xù)時(shí)間10s，氣體流量為200mL/min。

2.2 制備消解溶液

分別選取2組大米粉樣本，設(shè)置為質(zhì)控樣本與試樣，各稱取0.3g，允許存在0.0001g誤差。將2組樣本放置在微波消解罐內(nèi)，加入硝酸5mL，后將整個(gè)微波消解管放置在電熱板上，電熱板的溫度設(shè)定為120℃，放置時(shí)間為30min，再在罐內(nèi)加入過氧化氫2mL。進(jìn)入消解環(huán)節(jié)，完成20min的爬坡，溫度設(shè)定在190℃左右，持續(xù)時(shí)間為20min，隨后消解完成。將微波消解罐長(zhǎng)時(shí)間放置，待其完全冷卻后再開啟，加熱趕酸至接近干燥，確保去除多余的硝酸和過氧化氫，避免給后續(xù)分析帶來干擾。向消解罐中加入少量的1%硝酸溶液，對(duì)罐內(nèi)進(jìn)行沖洗，此項(xiàng)工序需進(jìn)行3次，隨后將罐內(nèi)的溶液倒入容量瓶中，并用1%硝酸溶液定容至刻度線處，再將容量瓶中的溶液充分混勻，放置在一旁備用。最終進(jìn)行試劑空白實(shí)驗(yàn)，不加入樣品，只加入與樣品消解過程相同的試劑，并進(jìn)行相同的處理步驟。通過比較試劑空白與樣品的分析結(jié)果，判斷試劑本身是否會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響。

2.3 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線

將10mL濃度為1g/L的鎘標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)轉(zhuǎn)移至容量瓶中，注意確保容量與濃度的準(zhǔn)確性，然后采用1%硝酸對(duì)其進(jìn)行定容，經(jīng)過多次稀釋，使瓶中溶液稀釋至濃度為5ng/mL，作為鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，放置在一旁備用。將微波消解儀設(shè)置為最佳的狀態(tài)，準(zhǔn)備對(duì)鎘標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行一系列編程，使標(biāo)準(zhǔn)系列自動(dòng)生成，如表1所示。

2.4 樣品測(cè)定

鎘標(biāo)準(zhǔn)系列經(jīng)過設(shè)定后，需要對(duì)不同樣品進(jìn)行編程，具體試樣溶液的測(cè)定數(shù)值如表2所示。為使樣品測(cè)定具有準(zhǔn)確性，需將儀器設(shè)備設(shè)定為工作條件，而確保樣品消化液與標(biāo)準(zhǔn)溶液均能被吸收至20μL。然后將溶液放入石墨爐中，對(duì)其所產(chǎn)生的吸光度進(jìn)行測(cè)量，并記錄具體數(shù)值。

3. 結(jié)果與分析

3.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

將儀器設(shè)備設(shè)定為工作條件，得到具體的標(biāo)準(zhǔn)溶液吸光度數(shù)值，發(fā)現(xiàn)數(shù)值存在明顯差異，將其繪制成標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1所示。具體的校正方程為：y=0.16194x+0.0176，相關(guān)系數(shù)r取值約為0.9989。由此可見，當(dāng)鎘元素的含量在4μg/L以下時(shí)，吸光度與濃度能夠呈現(xiàn)出規(guī)整的線性關(guān)系。

將儀器設(shè)備設(shè)定為工作條件，對(duì)空白試劑進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定次數(shù)為11次，其計(jì)算方法的檢出限為0.065μg/L，具體結(jié)果如表3所示。

3.2 灰化溫度與原子化溫度的選擇

灰化是原子吸收光譜分析中的一個(gè)關(guān)鍵步驟，尤其是在處理含有易揮發(fā)基體和有機(jī)物的樣品時(shí)，高溫加熱能夠去除其中的多余成分，從而簡(jiǎn)化樣品并提高分析的準(zhǔn)確性。本試驗(yàn)配制了4μg/L的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，采用濃度為20g/L的磷酸二氫胺作為基體改進(jìn)劑，以此提高原子化效率，減少背景吸收，增強(qiáng)分析信號(hào)的穩(wěn)定性。本次試驗(yàn)需要維持原子化溫度，確保其不發(fā)生變化，然后對(duì)灰化溫度進(jìn)行不斷調(diào)整，并在每個(gè)溫度下測(cè)量鎘的吸光度，得到最佳灰化溫度，即在此溫度下，鎘的吸光度達(dá)到最大，背景吸收又盡可能低。在本試驗(yàn)中，最佳灰化溫度被確定為800℃，具體結(jié)果如圖2所示。

原子化溫度會(huì)對(duì)石墨管產(chǎn)生顯著影響，如果溫度過低，會(huì)使待測(cè)元素與集體物質(zhì)發(fā)生混合，無法有效分離出來，從而致使其留存在石墨管中；如果溫度過高，則會(huì)使石墨管不再耐用，縮短其使用壽命。因此，本試驗(yàn)配制了4μg/L的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，基體改進(jìn)劑采用濃度為20g/L磷酸二氫胺，以此改善鎘的原子化條件，減少背景吸收，從而提高測(cè)量的準(zhǔn)確性。本次試驗(yàn)需要維持灰化溫度，確保其不發(fā)生變化，然后對(duì)原子化溫度進(jìn)行不斷調(diào)整。經(jīng)過多次實(shí)驗(yàn)，最佳原子化溫度的數(shù)值被確定為1200℃，在此溫度下，鎘元素能夠被完全原子化，并且不會(huì)影響石墨管的使用壽命，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確、高效的鎘元素測(cè)量。具體結(jié)果如圖3所示。

3.3 精密度與回收率試驗(yàn)

對(duì)鎘含量明確的質(zhì)控樣進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)定后的結(jié)果顯示，含量數(shù)值為0.075。由此可見，該測(cè)定方法具有有效性，精密度較為準(zhǔn)確，具體結(jié)果如表4所示。

將鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液加入樣品中，經(jīng)過處理進(jìn)行回收率的檢測(cè)，得出具體數(shù)值，如表5所示。

3.4 試樣分析

將微波消解-石墨爐原子吸收法應(yīng)用于大米粉鎘含量的檢測(cè)，能夠使鎘含量得到精準(zhǔn)檢測(cè)，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果較為準(zhǔn)確，符合檢測(cè)要求，說明該方法具有可行性與有效性，具體結(jié)果如圖4與表6所示。

綜上所述，采用微波消解-石墨爐原子吸收法測(cè)定大米粉中的鎘含量，不僅簡(jiǎn)化了檢測(cè)過程，還提高了檢測(cè)的準(zhǔn)確性和靈敏度，能夠有效地反映樣品中鎘的真實(shí)含量，證實(shí)了該方法具有可行性和有效性。