MPT-AES法測定大米中鉛和鎘

趙明明，李麗華，張金生

（遼寧石油化工大學化學與材料科學學院，遼寧撫順113001）

MPT-AES法測定大米中鉛和鎘

趙明明，李麗華，張金生*

（遼寧石油化工大學化學與材料科學學院，遼寧撫順113001）

用微波等離子體炬（MPT）為激發光源，氬氣為等離子體工作氣，用氣動霧化進樣，微波消解大米條件進行了正交試驗考察，研究了微波等離子體炬原子發射光譜法（MPT-AES）測定大米中鉛和鎘。詳細考察了Pb和Cd的最佳分析譜線波長、微波前向功率、載氣流量、工作氣流量等實驗參數對測定強度的影響。同時考察了酸濃度和共存離子對鉛和鎘測定的影響。在最佳條件下測得鉛和鎘的檢出限分別為4.8 ng/mL、5.7 ng/mL，精密度分別為2.35%、1.86%，加標回收率分別為97.2%～102.2%、97.5%～101.7%。

微波等離子體炬原子發射光譜法；大米；鉛；鎘

近年來，農產品質量安全問題已成為政府有關部門乃至普通百姓關注的焦點之一，其中有毒重金屬超標和污染問題不容樂觀，尤其是對鉛和鎘的含量，無公害農產品和綠色食品等食品標準中有嚴格限量，也是國家農產品例行監測的重要指標。這些重金屬中鉛鎘毒性很大，容易進入人體細胞，對內臟器官造成損傷。因此，測定大米中的重金屬含量對人們健康非常重要［1］。大米中重金屬元素的測定主要有原子吸收光譜［2-3］和ICP-AES法［4］。因此測定大米的鉛和鎘含量對人類健康具有非常重要的意義。本實驗采用MPT-AES法［5-8］測定大米中鉛和鎘含量。該法操作簡單，儀器價格經濟，方法快速測定結果可靠。

1試驗部分

1.1儀器與試劑

1020型MPT光譜儀（長春吉大·小天鵝儀器有限公司）；石英亞沸高純水蒸餾器：江蘇省金壇市環宇科學儀器廠；EXCEL全功能型微波消解儀：上海屹堯微波化學技術有限公司；鉛標準儲備液：1 g/L，鎘標準儲備液：1 g/L，鉻標準儲備液：1 g/L，銅標準儲備液：1 g/L。所用試劑均為分析純或優級純，水為亞沸蒸餾水。

稱取0.5 g大米（精確至0.000 1 g）過20目篩的粉樣于消化罐中，加入8 mL硝酸，浸泡10 min后，加入2 mL過氧化氫，浸泡20 min，將消化罐放入微波消解爐中，設置消解分析條件，消解完畢取出消解罐，冷卻后開罐，將消解液于電熱板上趕盡殘酸，用1%硝酸轉移至10 mL容量瓶中，定容，上機測定。同時制備空白液。

1.2光譜儀工作條件選擇

1.2.1分析譜線的選擇

分別配制質量濃度為5 mg/L鉛鎘的標準溶液進行波長掃描，最后選擇各自發射強度大、背景和光譜干擾小、信倍比大的發射譜線為最佳分析譜線，405.7 nm和228.8 nm。

1.2.2微波前向功率的選擇

微波功率對發射強度的影響是隨著微波功率的增加而增加，但由于微波功率較大時等離子體炬不穩定，而微波功率較小時等離子體對水分和樣品的承受能力較差亦會影響到穩定性。本研究綜合考慮了儀器性能和具體要求，選擇微波功率為80 W。

1.2.3載氣流量的選擇

從實驗中得知，各元素的相對發射強度均隨著載氣流量的增加成先增加后趨于平緩（或逐漸降低）的趨勢，這是由于載氣流量對進樣量、霧化效率、稀釋因子等方面有影響。載氣流量過小時，霧化效果差，等離子體能耗較大，所以信號強度低。載氣流量增大時，有利于中央通道的形成，同時可以延長樣品在中央通道的停留時間，因而發射強度增大。但過大時，載氣本身對等離子體冷卻作用增強，并且，對樣品稀釋作用也增強，故信號強度也應有所下降。本文從既保證發射強度最大又盡可能節省成本角度選取測試各待測元素的載氣流量分別為0.70 L/min和0.60 L/min。

1.2.4工作氣流量的選擇

工作氣流量對發射強度的影響試驗考查，當工作氣流量太小時，等離子體不穩定，且不能很好地阻隔周圍空氣向等離子體中擴散。當工作氣流量太大時，樣品在等離子體中的停留時間縮短，用于激發氬氣本身電離的能量損耗也增大，所以信號強度降低。試驗選取最佳工作氣流量均為0.50 L/min。

2結果與討論

2.1設計正交試驗考察微波消解程序

以測定大米中的鉛鎘為實驗指標，用正交試驗設計方法考察微波消解的最佳工作條件［9-10］?？疾煜鉁囟龋ˋ）、消解壓力（B）、恒溫時間（C）對各元素含量測定的影響。對大米樣品進行微波消解，選定每個因素的不同的水平，安排三因素正交試驗。正交試驗方案及結果見表1、2、3、4、5、6。

表1　大米中鉛正交試驗因素水平Table 1Rice lead in factor levels orthogonal experiment

表2　正交試驗方案及結果Table 2Orthogonal experiment methods and results

根據表2中3個因素的極差值數據可知，對于Pb元素，消解溫度是影響大米樣品消解的主要因素，其次是消解時間，影響最小的因素是消解壓力，根據K值變化趨勢確定最佳的消解方案為A3B2C1，最終得到最佳微波消解條件如表3。

表3　最佳微波消解條件Table 3The best condition of microwave digestion

表4　大米中鎘正交實驗因素水平Table 4Cadmium in rice factor levels orthogonal experiment

根據表5中3個因素的極差值數據可知，對于Cd元素，消解溫度是影響大米樣品消解的主要因素，其次是消解時間，影響最小的因素是消解壓力，根據K值變化趨勢確定最佳的消解方案為A3B3C1，最終得到最佳微波消解條件（表6）。

表5　正交試驗方案及結果Table 5Orthogonal experiment methods and results

表6　最佳微波消解參數Table 6The optimum parameters of the microwave digestion

2.2干擾的考察

2.2.1酸效應

經考察，鉛鎘均不同程度地存在一定的酸效應。但樣品消解后消解液在電爐上已蒸至近干，大部分消解液已揮發掉，殘留其中的酸液濃度很低，不會造成樣品不均勻，對測定結果造成影響。

2.2.2共存離子

經考察，對于共存元素銅和鉻，當其含量在0倍～50倍銅和鉻含量的范圍內，其相對誤差的絕對值均小于5.0%，對鉛和鎘的發射強度影響可以忽略。

2.3方法檢出限、測量精密度

吸取不同量的Pb、Cd標準儲備液，稀釋成一系列濃度的工作液，在最佳實驗條件下進行測定，由計算機直接給出線性回歸方程和回歸系數。在最佳實驗條件下，分別進行11次平行測定，測得檢出限分別為4.8、5.7 ng/mL；相對標準偏差分別為2.35%、1.86%。

3樣品分析

分別測定不同地區大米中鉛和鎘的含量。每種樣品按1.2進行樣品預處理，在最佳實驗條件下平行測定4次。為了驗證方法的準確性，對樣品進行加標回收實驗，計算平均回收率，并與國標法［11］進行對比，測定結果如表7所示。

由表可以看出，3種大米中鉛和鎘的含量均在國標范圍內，可以食用。并且得出了用標準曲線法測定大米中Pb、Cd的回收率為97.2%～102.2%，97.5%～101.7%，RSD≤1.34%，表明MPT-AES是測定大米中Pb、Cd行之有效的分析方法。

表7　不同品牌中大米鉛和鉻的測定結果Table 7Different brands of rice the determination results of lead and chromium

4結論

1）采用MPT-AES法測定大米中的微量元素，方法靈敏度高，準確度高，精密度較好，分析速度快，與ICP-AES相比儀器運轉成本較低，從而可為大米中金屬元素的分析測定提供一種行之有效的測試方法。

2）據測量結果分析，不同產地大米中的鉛和鎘元素含量均在國標范圍內，可以食用。

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Determination of Plumbum and Cadmium in the Rice by MPT-AES

ZHAO Ming-ming，LI Li-hua，ZHANG Jin-sheng*
（School of Chemistry and Material Science，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China）

Using microwave plasma torch（MPT）as excitation light source，argon as support gas，the sample solution was introduced in to a pneumatic atomizer system.Orthogonal experimengt studies the congditions of microwave digestion of rice.The determination of plumbum and cadmium in rice beverage by microwave plasma torch atomic emission spectrometry（MPT-AES）was studied.The detection conditions，including analytical line，microwave forward power，flow rate of carrier gas and support gas to the emission strength of elements of plumbum and cadmium were optimized.The effects of acid concentration and coexistent ions on the detections were investigated in detail.The results showed that the detection limits of plumbum and cadmium were 4.8 ng/mL，5.7 ng/mL；the precisions were 2.35%，1.86%；the recovery were 97.2%-102.2%，97.5%-101.7%，respectively.

microwave plasma torch atomic emission spectrometry；rice；plumbum；cadmium

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.12.026

2013-12-14

趙明明（1987—），男（漢），在讀碩士，研究方向：微波化學，現代分析測試新技術。

張金生（1960—），男，教授，碩士生導師，博士，主要研究方向：微波化學，現代分析測試新技術。