同位鍍汞陽極溶出伏安法測定牛奶中鎘、鉛、銅

朱浩嘉，潘道東*，顧愿愿，李建龍，趙紫微，丁 琳

（寧波大學海洋學院，浙江 寧波 315211）

牛奶中富含蛋白質、脂肪、乳糖、維生素等多種營養元素，能滿足人體多方面的營養需要，是人們重要的日常營養食品之一。近年來，由于環境和人為因素的影響，使牛奶以及奶制品受到了不同程度的重金屬污染。長期食用重金屬含量超標的牛奶，會嚴重影響人體健康，尤其對老年人和兒童的危害更大[1]。

鎘、鉛是嚴重污染環境，危害人類健康的有毒重金屬元素；銅雖是人體必需元素，但過量攝入會危害身體健康，如阻礙鐵、鋅的吸收，引發腦功能衰退等，所以對牛奶中鎘、鉛、銅含量的檢測十分必要[2]。目前對食品中重金屬的測定，比較常見的方法有原子吸收法、電感耦合等離子體發射光譜法、分光光度法等[3-5]。但原子吸收法的檢測限還不夠低，標準工作曲線的線性范圍窄，電感耦合等離子體發射光譜法儀器昂貴，易受污染，限制了其在實際檢測中的應用[6-7]。

陽極溶出伏安（anodic stripping voltammetry，ASV）法是一種具有高靈敏度、選擇性和多元素同時分析的電化學分析方法，儀器結構簡單、成本低、便于推廣、應用范圍廣，在分析領域中顯示出很大的潛力和優越性[8-11]，已經廣泛應用于水體檢測[12-14]、藥物成分分析[15-17]以及食品分析[18-20]等方面。如嚴金龍等[21]通過ASV法測定了食醋中的銅鉛鎘元素的含量，當銅、鉛和鎘金屬離子的含量為0.05～3.00 mg/L之間時，線性關系好，可用于對食醋的檢測。路純明等[22]使用同位鍍汞脈沖溶出伏安法對香煙中鎘元素含量進行了測定，線性范圍為3.56×10－8～1.07×10－6mol/L，檢測限為8.90×10－9mol/L。但是使用同位鍍汞陽極溶出伏安法同時測定牛奶中鎘、鉛、銅3 種元素，目前國內尚未見報道。采用同位鍍汞的方法同時測定牛奶中鎘、鉛、銅的含量，可以有效克服預鍍汞膜大量使用汞液造成的二次污染，同時還可以減少操作過程。此方法簡便、快速、準確，靈敏度高，可以實現對牛奶樣品中鎘、鉛、銅的同時測定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

鮮牛奶 市購；1 mg/mL鎘、鉛、銅標準液 國家標準物質中心；HgCl2、HAc、NaAc、HClO4、HNO3上海國藥有限公司；HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）：32 g NaAc溶于水中，加6 mol/L HAc 68 mL，稀釋至500 mL。所用試劑均為分析純，水為重蒸餾水。

CHI10308電化學工作站（三電極系統：玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑絲電極為輔助電極）上海辰華儀器公司。實驗中使用的玻璃儀器均在HNO3（1＋1）溶液中浸泡過夜后使用。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

準確移取5.00 mL牛奶樣品于高溫消化管內，加入5.00 mL HNO3和2.00 mL HClO4，再加入一粒玻璃珠，管口放歪嘴漏斗，靜置24 h，置電爐上加熱至紅色氣體散盡，取下冷卻，然后繼續加熱至冒濃白煙，冷卻至室溫，加入少量重蒸餾水，消化至樣品變為澄清液體后取出冷卻，加10%的HNO3溶液定容至50 mL，搖勻待測[23]。

1.2.2 電極預處理

將玻碳電極依次用乙醇（1＋1）、硝酸（1＋1）、去離子水分別超聲5 min，再依次用1.0、0.3、0.05 μm粒徑的α-Al2O3粉末反復打磨至鏡面，每次換不同粒徑α-Al2O3粉末前，將打磨布和電極用去離子水沖洗干凈，最后用氮氣將電極吹干備用。以打磨好的電極作為工作電極，置于0.5 mol/L H2SO4溶液中，接通三電極系統，在－1.0～1.0 V電位間進行循環掃描極化處理，直至循環伏安曲線穩定。

1.2.3 測定方法

取適量鎘、鉛、銅標準溶液于電解池中，加入HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）5 mL，HgCl2溶液5 mL，重蒸餾水稀釋至20 mL，通入高純N210 min以除氧。靜止10 s后，置入電極，開動電機旋轉工作電極，在－1.0 V處富集，富集240 s后停止旋轉工作電極，靜置10 s。控制方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV，采用方波伏安法從－1.0 V反向掃描至0.10 V，記錄掃描曲線，于－0.08、－0.52、－0.70 V處分別記錄銅、鉛、鎘離子的溶出峰。

2 結果與分析

2.1 底液選擇

圖 1 鎘、鉛和銅的陽極溶出伏安曲線Fig.1 Anodic stripping voltammetry curves of cadmium, lead and copper

本實驗分別以稀硝酸、KCl-HCl、KCl、NH3-NH4Cl、HAc-NaAc為底液進行實驗，結果發現，以HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）為底液，所得到的陽極溶出伏安曲線基線平穩，鎘、鉛和銅的溶出峰可以清楚分開且均具有良好峰形，見圖1。而且HAc-NaAc緩沖溶液對酸化的樣品具有較好的pH值調節能力。本實驗選擇HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）作為底液。

2.2 底液pH值的影響

圖 2 pH值對峰電流的影響Fig.2 Effect of pH on peak current

由圖2可以看出，鎘、鉛和銅的峰電流隨著底液pH值的變化而變化，pH值在3.5～4.5范圍，鎘、鉛和銅的峰電流隨著pH值的增大而增加，pH值大于4.5，鉛和鎘的峰電流開始有明顯下降趨勢，pH值大于5.0時，銅的峰電流明顯下降。實驗還發現pH值過高，易出現氫波干擾，影響測定結果。因此實驗選用pH值為4.5的HAc-NaAc緩沖液為底液。

2.3 汞液濃度的影響

由圖3可以看出，汞液濃度會影響銅、鉛和鎘的峰電流大小，當汞液濃度由1×10－6mol/L增加到1×10－3mol/L，銅、鉛和鎘離子的峰電流都隨之增大，但隨著汞液濃度增大，易在電極上產生氣泡，使體系的酸度發生變化，降低檢測效果，同時對環境污染也加大。因此選擇汞液濃度1×10－4mol/L。

圖 3 汞液濃度對峰電流的影響Fig.3 Effect of mercury concentration on peak current

2.4 富集條件的選擇

2.4.1 富集電位對峰電流的影響

圖 4 富集電位對峰電流的影響Fig.4 Effect of deposition potential on peak current

由圖4可知，富集電位－1.3～－0.9 V范圍內，銅、鉛和鎘的溶出峰電流基本保持恒定，電位超過－0.5 V則觀察不到溶出峰；富集電位大于－0.9 V，峰電流則隨電位的增大而降低，可能是由于生成的汞齊還原不充分造成的；富集電位太低，則電極表面易產生析氫反應，影響金屬在電極表面沉積，降低檢測靈敏度。因此實驗選用－1.0 V為富集電位。

2.4.2 富集時間對峰電流的影響

由圖5可見，富集時間在60～420 s范圍時，銅、鉛和鎘峰電流均隨富集時間延長而增大。但是實驗采用的是同位鍍汞，隨著富集時間的延長，富集量增加，汞膜厚度也增加，長時間富集會導致汞膜發生滲透作用[24]，實驗重復性變差，同時富集時間過長會使小體系中待測離子濃度改變而且延長了實驗時間。因此富集時間選用240 s。

圖 5 富集時間對峰電流的影響Fig.5 Effect of deposition time on peak current

2.5 儀器參數的選擇

實驗中發現，方波頻率10～40 Hz、電位增量1～7 mV、方波幅度10～60 mV，隨著方波頻率、電位增量和方波幅度的增大，銅、鉛和鎘的峰電流基本保持恒定，但銅、鉛和鎘的半峰寬增大，峰變得不對稱，峰形明顯變差，影響檢測效果。因此本實驗選擇方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV。

2.6 線性范圍和檢測限

配制系列不同質量濃度的鎘、鉛、銅標準溶液，在優化實驗條件下，研究了鎘、鉛和銅的峰電流與質量濃度之間的關系，并平行測定20 次空白溶液，得出銅、鉛和鎘的檢測限，結果見表1。

表 1 各元素的線性方程、相關系數、線性范圍與檢測限Table 1 Linear equations, correlation coefficients, linear ranges and limits of detection of Cu, Pb and Cd

2.7 樣品加標回收率

準確移取5.00 mL牛奶樣品，按1.2.1節方法處理樣品，加入一定質量濃度的銅鉛鎘標準溶液，樣品重復測定5 次，結果見表2。結果顯示鎘、鉛、銅測量結果相對標準偏差（RSD）均小于5%，鎘的回收率范圍為96%～105%，平均回收率為99.57%；鉛的回收率范圍為95%～105%，平均回收率為101.3%；銅的回收率范圍為96 %～101%，平均回收率為98.00%。

表 2 加標回收率實驗結果Table 2 Recoveries of Cd, Pb and Cu in spiked milk samples

2.8 樣品分析

準確移取5.00 mL牛奶樣品，按1.2.1節方法對樣品進行測定，樣品重復測定5 次，并與原子吸收光譜（atomic absorption spectroscopy，AAS）的測定結果進行比較，結果見表3。利用t檢驗法進行顯著性檢驗，發現本方法測定結果與AAS法測定結果無顯著性差異（P＞0.05），RSD均小于5%。結果表明，本法靈敏度高、選擇性和可靠性較好，可以用于牛奶中銅、鉛、鎘的同時快速分析。

表 3 樣品中的銅、鉛、鎘含量分析Table 3 Comparative contents of Cu, Pb and Cd in milk samples determined by three different methods

3 結 論

實驗采用同位鍍汞陽極溶出伏安法對牛奶中銅、鉛和鎘元素進行同時測定，對測試條件進行了優化。實驗結果表明，在底液為HAc-NaAc緩沖溶液，pH 4.5、汞液濃度1×10－4mol/L、富集電位－1.0 V、富集時間240 s、方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV條件下，方法靈敏度高，線性范圍寬，檢測限低，鎘、鉛和銅的檢測限分別為0.06、0.30、0.10 μg/L，樣品加標平均回收率分別為99.57%、101.3%、98.00%，測定結果RSD均小于5%。分別使用ASV和AAS對樣品進行測定，利用t檢驗法對測定結果進行顯著性檢驗，發現兩者之間無顯著性差異（P＞0.05），結果表明該方法測得的銅、鉛和鎘元素含量準確、可靠。而且方法簡單、快速，可用于對牛奶中鎘、鉛和銅元素含量的同時檢測。

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