石墨爐原子吸收法測定馬鈴薯中的鉛和鎘

王曉，邵麗，滕振勇

（棗莊出入境檢驗檢疫局，山東棗莊277000）

滕州享有“中國馬鈴薯之鄉”的美譽，獲有國家農產品地理標志認證。然而近代工業生產中，工業“三廢”排入環境中，間接造成蔬菜產品中污染物的積累，致使其品質變差。特別是鉛、鎘作為環境中主要的無機污染元素[1-2]，它的累積性、不可逆轉性和隱蔽性，嚴重危及人和動物的健康甚至生命。測定馬鈴薯中的鉛、鎘含量對評價馬鈴薯品質，促進食品健康安全和馬鈴薯產業的可持續發展具有重要意義。

食品中鉛、鎘的分析方法主要包括原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、ICP 發射光譜法[3]。其中原子吸收光譜法由于具有靈敏度高，操作簡單、快速的特點，是較理想的分析鉛、鎘的方法。本實驗旨在采用石墨爐原子吸收法，探究濕法消解的最優化條件，來測定馬鈴薯中鉛、鎘等重金屬元素的含量，為進一步研究、開發馬鈴薯提供科學的依據。

1 材料與儀器

1.1 材料與試劑

馬鈴薯產地為滕州；硝酸、高氯酸、過氧化氫、鹽酸均為優級純；鉛、鎘標準儲備液均為國家標準溶液（1 000 μg/mL）國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；實驗用水均為超純水。

1.2 儀器與設備

HITACHI（日立）Z-2010 型原子吸收分光光度計；AL104 電子天平：梅特勒-托利多儀器（上海）有限公司；YND-1 遠紅外耐酸堿控溫電爐：上海翔殷機電儀器廠制造。

2 方法

2.1 樣品前處理

馬鈴薯樣品經洗凈后，用勻漿機打成勻漿，保存備用。稱取制備后樣品1 g～5 g（精確到0.001 g）于錐形瓶中，加入混酸放置消化，然后于電熱板上加熱消解至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，放冷，定容至25 mL。同時做空白實驗。前處理過程所有的玻璃器皿均需置于20%～30%HNO3溶液中浸泡24 h。

2.2 儀器工作條件的選擇及背景校正

采用塞曼方式[4-5]扣除背景。原子吸收分光光度計的工作條件見表1。

表1 原子吸收分光光度計測定工作參數Table 1 Working parameters of determine trace element with atomic absorption spectrophotometer

3 結果與討論

3.1 單因素試驗探究影響濕法消解的條件

常用處理樣品的方法有濕法消解[6-7]和微波消解[8-9]。濕法消解是最傳統的消解方法，且具有操作方便、設備簡單、價格便宜等優點；微波消解簡單、快速，但微波消解儀價格昂貴。本實驗選用濕法消解。

3.1.1 混酸體系的選擇

常用的混酸的體系大致有以下幾種：HNO3-H2SO4，HNO3-HClO4，HNO3-H2O2。在相同消化時間、混酸比例的情況下，使用不同的混酸體系進行實驗，結果表明HNO3-HClO4體系對馬鈴薯的消解效果最好，樣品溶液呈清亮透明的黃綠色，鉛、鎘吸光值分別為0.021 1、0.093 2；HNO3-H2O2體系略次之，鉛、鎘吸光值分別為0.018 2、0.074 1；HNO3-H2SO4體系最差，鉛、鎘吸光值分別為0.014 28、0.067 0。

3.1.2 混酸比例的選擇

在HNO3-HClO4混酸體系，相同消解時間下，控制混酸比例分別為2 ∶1，4 ∶1，6 ∶1 進行實驗。結果表明，馬鈴薯中的鉛、鎘在混酸比例為4 ∶1 的條件下，消解效果較好，鉛、鎘的吸光值分別為0.019 0、0.095 4；在混酸比例6 ∶1 條件下略次之，鉛、鎘的吸光值分別為0.016 6、0.073 8；在混酸比例2 ∶1 條件下最差，鉛、鎘的吸光值分別為0.015 7、0.068 9。

3.1.3 消解時間的選擇

在選擇混酸為HNO3-HClO4，且比例為4 ∶1 的條件下，控制電加熱板溫度為150 ℃～200 ℃之間，消解時間分別為2、4、6 h 進行實驗。結果表明，馬鈴薯中的鉛在6、4 h 時消解，吸光值分別為0.018 6、0.015 2；鎘在4、6 h 時消解，吸光值分別為0.089 1、0.082 3。在消解時間為2 h 時，樣品得不到完全消解。

3.2 正交試驗設計與結果分析

3.2.1 正交試驗設計

為探究馬鈴薯消解的最優條件，選擇最優化方案，本試驗考慮混酸體系、混酸比例、消解時間3 個因素，以吸光度為試驗指標，選用L9（34）正交試驗表進行正交試驗。正交設計表見表2。

表2 正交設計因素及水平表Table 2 Table of factor level of form factors and conditions

3.2.2 正交試驗結果與分析

正交試驗結果見表3 和表4。

表3 正交試驗結果Table 3 Results of orthogonal experimental

表4 指標計算結果Table 4 Result of targets

由試驗結果可知，鉛消解的最優化方案是C2B1A2，即在HNO3-HClO4混酸體系下，混酸比例為6 ∶1，消解時間為6 h 條件下，消解效果最好；鎘消解的最優化方案是A2B2C1，即在HNO3-HClO4混酸體系下，混酸比例為4 ∶1，消解時間為4 h 條件下，消解效果最好。

3.3 標準曲線的繪制

分別取標準儲備液（1.00 μg/mL）用空白基質（3.2%HNO3）逐級稀釋至鉛、鎘濃度分別為20.00、10.00 ng/mL的標準工作液。選擇標準曲線法，以吸光度值（y）為縱坐標，濃度（x）為橫坐標進行線性擬合，得回歸方程分別為y=3.670×10-3x+1.357×10-2，y=5.030×10-2x+2.874×10-2，相關系數分別為0.999 0，0.999 5。

3.4 回收率實驗

以樣品的加標回收率驗證方法的準確性，選擇高、中、低三個水平，分別做6 平行試驗，測得各元素回收率值見表5。

表5 加標回收率的測定Table 5 The recovery of the standard addition in sample（n=6）

由此可看出回收率集中在98.00%～101.3%之間，說明此方法有較好的回收率。

3.5 精密度實驗和檢出限的測定

準確稱取樣品11 份，在最優化條件下進行平行測試，結果見表6。

表6 精密度實驗Table 6 Accuracy

由表可以看出此方法精密度集中在0.224 8 %～1.234 6%之間，說明此方法具有較高的精密度。對空白試樣進行連續20 次平行測定，以檢出限[10-12]為3 sbl/s計算，得出鉛、鎘的檢出限分別為1.200、0.210 0 ng/mL。

3.6 實際樣品的測定

取馬鈴薯樣品在建立的最佳優化方案下進行濕法消解，然后吸取樣液和空白液在選擇的儀器工作條件下進行上機測試。測得馬鈴薯樣品中鉛、鎘含量分別為0.035、0.048 mg/kg，均未超出國家食品鉛、鎘限量衛生標準。

4 結論

本實驗采用石墨爐原子吸收法測定馬鈴薯中的鉛、鎘含量，通過選擇混酸體系、混酸比例、消解時間三個因素，建立正交試驗，最終確定了濕法消解的最優化條件，鉛在HNO3-HClO4為6 ∶1，消解時間6 h 的條件下，消解效果最好；鎘在HNO3-HClO4為4 ∶1，消解時間4h 的條件下，消解效果最好。該方法加標回收率在98.00%～101.3%之間，精密度在0.224 8%～1.234 6%之間。本研究建立了一種能夠準確測得馬鈴薯中痕量鉛和鎘的方法。

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