懸浮液進樣-石墨爐原子吸收光譜法測定大米中鉛的含量

2014-12-03 11:49:00

懷化學院學報 2014年11期

(懷化學院化學與化學工程系，湖南懷化 418000)

大米是我國大部分地區的主糧.但隨著環境惡化、“三廢”污染加劇以及加工、包裝過程中污染等原因，大米中鉛等重金屬超標已成為關乎食品安全的重要議題[1，2].食品中鉛含量測定的標準方法是原子吸收光譜法(GB5009，12-2010 食品安全國家標準).但該方法需在測定前采用干灰化法或濕消化法(包括微波消解法)對樣品進行前處理，將試樣中各種形態的鉛轉入溶液才能進樣測定[3-7].而無論哪種消解方法，均在一定程度上有操作繁復、耗時長、樣品容易受到二次污染或損失等問題.近年，懸浮液直接進樣原子吸收光譜法在痕(微)量金屬分析中得到研究[8-12]，但用于測定大米中的鉛尚未見報道.

懸浮液直接進樣—石墨爐原子吸收光譜法的原理是充分利用了石墨爐本身對樣品基體具有灰化處理能力這一特點，樣品無需消化而直接進樣測定.其中，懸浮液的制備是該技術的關鍵之一，它直接決定了樣品的均勻性、穩定性和取樣的代表性.另外，由于樣品未經消化就直接進樣，基體干擾大.為此，需要采用基體改進技術，以得到更高的灰化溫度和更長的灰化時間.此外，升溫程序選擇是否得當，將對結果產生很大影響，因此其升溫程序的選擇也是至關重要的.本文就穩定懸浮液的制備、最佳升溫程序等進行了實驗研究.結果表明，該方法用于測定大米中鉛的含量，準確度、靈敏度高，且速度快，干擾少.

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與樣品

1.1.1 儀器

AA-6300C原子吸收分光光度計 (日本島津公司);AB204-N 電子分析天平(梅特勒);101-1AB型電熱鼓風干燥箱(天津市泰斯特儀器有限公司);FY135 中草藥粉碎機.

常規玻璃儀器經10%硝酸溶液浸泡24 h 以上，臨用前用高純水沖洗干凈，晾干備用.

1.1.2 試劑與樣品

試劑:濃硝酸(GR)，瓊脂(AR)，實驗用水為高純水.

樣品:四種不同品種的大米，分別為珍珠米、糯米、銀針米、稻花香米.

1.2 溶液配制

(1)鉛標準儲備液(1 000 mg/L)

準確稱取1.0000 g 金屬鉛(99.99%)，分次加少量濃硝酸，加熱溶解，總量不超過30 mL，移入1000 mL 容量瓶，加高純水定容至刻度.搖勻.

(2)鉛標準溶液(100 ng/mL):上述鉛標準儲備液，加3%硝酸稀釋而成.

(3)0.15%瓊脂溶液:稱取1.5 g 瓊脂于1 L 燒杯中，加入約0.6 L 水，攪拌均勻后靜置過夜.加熱至微沸，保持微沸至溶液透明，補加水至1 L，冷卻待用.

(4)NH4H2PO4(10%):稱取10.0 g NH4H2PO4用水定容至100 mL.

1.3 儀器條件

原子吸收分光光度計工作條件和石墨爐升溫程序分別見表1和表2.

表1 原子吸收分光光度計工作條件

表2 石墨爐升溫程序

1.4 樣品預處理

將四種不同的大米樣品分別置于100 ml 燒杯中用水漂洗幾次，再用高純水洗3次，然后在60～70℃烘箱中烘干至恒重，烘干后用粉碎機粉碎，粉碎后過100目篩裝入試劑瓶中，貼上標簽后置于干燥器中備用.

1.5 懸浮液制備與進樣測定

準確稱取過100 目篩的大米樣品0.5000 g 置于50 ml 容量瓶中，加5 ml NH4H2PO4溶液，用0.15%瓊脂溶液定容至刻度，搖勻，再轉移到50 ml 燒杯中用磁力攪拌器攪拌10 min 形成均勻穩定的懸浮液.

將懸浮液倒入樣品杯中，采用自動進樣器進樣20 uL，按表1及表2的儀器工作條件進行測定.用0.15%瓊脂溶液測定試劑空白.

2 結果與方法學驗證

2.1 工作曲線繪制

圖1 鉛工作曲線

量取100 ng/mL Pb 標準液2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL至50 mL 容量瓶中，用0.15%瓊脂溶液定容配制成濃度為5、10、15、20、25 ng/mL的工作液.以0.15%瓊脂溶液為空白，在前述測定條件下，采用自動進樣器進樣20 uL，測定Pb元素標準系列溶液的吸光度，繪制工作曲線，如圖1所示.

由圖可知，線性回歸方程:Abs =0.004634CPb+0.00435，相關系數r=1.0000，線性良好.

2.2 樣品測定結果

對銀針米等4種大米進行了測定，結果如表3所示.

表3 樣品測定結果

可見幾種大米中鉛的含量都小于國家規定的限量標準0.2 mg/kg.

2.3 檢出限測定

檢出限為某特定方法在給定的置信度內可從樣品中檢出待測物質的最小濃度或量.對空白溶液重復測量6次，記錄吸光度，以吸光度標準偏差的三倍與標準曲線的斜率的比值，計算檢出限.

實驗測得在該方法中鉛的檢出限為0.22 ng/mL.

2.4 精密度試驗

儀器精密度試驗是為了檢驗儀器的穩定性和精密性.指用相同方法對同一樣品溶液進行多次測定，考察各個測定值彼此接近的程度.具體如下:取同一樣品待測液，連續測定7次.計算其相對標準偏差.結果如表4所示，其相對標準偏差為3.61%，表明儀器精密度良好.

表4 精密度實驗結果

2.5 重復性試驗

指在同一條件下對同一批樣品，從樣品供試品液制備開始，制備多份供試品溶液.每份供試品液再分別進行測定，測定所得到的數據進行統計學處理，計算平均值和相對標準偏差.具體如下:取同一樣品5份，按上述制備方法，平行處理并測定.結果如表5.

表5 重復性試驗結果(n=5)

可見，相對標準偏差均小于5%，重復性良好.

2.6 加標回收率

加標回收試驗是用于確定實驗測定結果的準確性.取1種樣品分別加入一定量的鉛標準溶液按照與測定樣品相同的步驟進行加標回收率試驗，計算回收率.結果如表6所示.由表3.7可知懸浮液直接進樣的回收率在96.0%～99.0%之間.表明方法回收率良好.

表6 加標回收率試驗結果

3 討論

3.1 懸浮劑及其濃度的確定

懸浮液的均勻性和穩定性直接影響測定的精密性和準確度.試驗比較了瓊脂、黃原膠、丙三醇、乙醇等作為懸浮劑的穩定性和均勻性情況，發現瓊脂懸浮效果最好.樣品顆粒的沉降速度與顆粒粒徑成正比，因此應盡可能降低樣品的粒徑.實驗表明，樣品經粉碎過100 目篩，懸浮液可呈現較好的穩定性.懸浮介質濃度增大，懸浮液的黏度越高，穩定時間越長.但黏度太大時，懸浮液不易流動，難于進樣，影響測定精密度.試驗結果表明，當懸浮劑濃度達到0.2%時，懸浮液黏度太大，進樣困難，也易產生爆沸，故選擇0.15%的瓊脂水溶液作為懸浮劑，實驗表明用0.15%瓊脂溶液制備出的均勻的懸浮液可穩定24 h 而不出現沉降.

3.2 干燥程序及時間的選擇

懸浮液直接進樣帶入大量干物質使加入石墨爐的樣品徹底干燥較為困難，所以本方法根據實際工作情況選擇了1種2 步干燥程序:先以斜坡方式加熱到150℃初步干燥大部分游離水分，也可防止暴沸;再以斜坡方式加熱到250℃，徹底干燥.為使干燥完全，本實驗所選干燥時間為30 s.

3.3 樣品粉碎粒度的選擇

理論上樣品粉碎得越細檢測精密度越高，本實驗測得樣品粉碎后過100 目篩的平行檢測的相對標準偏差小于5%，已基本滿足實驗要求.故本實驗選擇樣品粉碎后過100 目篩.

3.4 灰化溫度及灰化時間對吸光度的影響

在石墨爐原子吸收光譜法測定微量元素過程中，灰化溫度是影響測定結果比較明顯的因素之一.灰化溫度低，灰化不完全，導致吸光度偏低;灰化溫度高，元素在灰化過程中損失大，導致吸光度偏低.固定其它條件，只改變灰化溫度，測定其吸光度，結果如圖2所示.因采用懸浮液直接進樣把大量有機物帶入石墨爐所以必須選用較高的灰化溫度和足夠的灰化時間才能灰化完全.根據灰化曲線(圖2)，選擇灰化溫度為750℃，在750℃下選擇不同的灰化時間進行檢測，當灰化時間達到20s 以上時吸光度值基本保持穩定，所以根據實際工作情況選擇灰化時間為23 s.

圖2 鉛灰化溫度曲線

3.5 原子化溫度及原子化時間對吸光度的影響

在石墨爐原子吸收光譜法測定微量元素過程中，原子化溫度也是影響測定結果比較明顯的因素之一.固定其他條件，只改變原子化溫度，測定其吸光度，結果如圖3所示.由圖3可知，當原子化溫度達到2 550℃時，吸光值最大，故本實驗選擇原子化溫度為2 550℃.在2 550℃下選擇不同的原子化時間進行檢測，當原子化時間達到2 s 以上時吸光度值基本保持穩定，所以根據實際工作情況選擇原子化時間為2 s.