正交實驗優化微波消解海洋沉積物重金屬鎘測定的　條　件

王李寶，凌云，黎慧，沈輝，戚原野，萬夕和，史文軍，孫瑞健，（.江蘇省海洋水產研究所，江蘇　南通　6007；.南京農業大學資源與環境學院，江蘇　南京　0095）

正交實驗優化微波消解海洋沉積物重金屬鎘測定的條件

王李寶1，凌云1，黎慧1，沈輝1，戚原野2，萬夕和1，史文軍1，孫瑞健1，
（1.江蘇省海洋水產研究所，江蘇南通226007；2.南京農業大學資源與環境學院，江蘇南京210095）

為優化微波消解海洋沉積物重金屬鎘測定的實驗條件，設計三因素（溫度、保持時間、微波功率）三水平的正交實驗，微波消解海洋沉積物成分分析標準物質，用原子吸收分光光度計測定消解液鎘含量，計算回收率，數據常用SPSS18.0軟件進行分析。結果顯示，海洋沉積物微波消解最佳實驗條件組合為180℃，5 min，1 200 W，該條件下海洋沉積物微波消解鎘測定回收率為96.5%。

正交實驗；微波消解；海洋沉積物；鎘

doi：10.3969/j.issn.1004-2091.2016.04.008

鎘作為工業和環境污染物之一，對人和動物的毒性效應均較強。其毒性在世界在研毒素中位居第三，已經引起國內外諸多學者的廣泛關注［1］。在聯合國環境規劃署所提出的12種具有全球意義的危險性物質中，鎘位列首位；美國毒物管理委員會（ATSDR）也將其列為第6位危及人類健康的有毒物質，同時被國際癌癥研究機構確定為人類和動物肺癌和前列腺癌的致癌物［2］。

灘涂沉積物作為近岸各種海洋生物的主要棲息場所，不可避免地成為各種污染物的匯與源［3-4］。重金屬作為一種難降解、長潛伏和易累積的污染物，近年來受到越來越多的關注［5］。沿海灘涂目前多以發展海水養殖為主，富集在灘涂沉積物中的重金屬較容易通過再懸浮等物理、化學和生物過程被釋放出來，造成灘面的“二次污染”；還可能通過沉積物間隙水下滲作用向下遷移，危及不同深度的灘涂底棲生物，并通過食物鏈進一步危及產品質量安全和人體健康［6］。因此對海洋沉積物環境中鎘的監測，分析其含量具有十分重要的意義。

為了準確測定沉積物中鎘的含量，樣品前處理方法至關重要，常見的前處理方法主要有干法消解、濕法消解和微波消解。微波消解技術近些年發展起來的痕量元素分析樣品預處理方法，該法具有環保、節時、易操作等優點［7］。此外，該法效果受諸多因素的影響，如樣品種類、溫度、時間、pH值、壓力、功率等［8］，因此如何選擇最佳微波消解條件，使樣品分解徹底，提高樣品前處理效率是提升檢測結果質量的重要保障。本文采用正交設計實驗，尋求沉積物鎘測定的最佳微波消解條件，為優化沉積物重金屬檢測提供一定的基礎數據。

1　材料和方法

1.1儀器和試劑

主要儀器有熱電M6型原子吸收分光光度計、CEM-MARs微波消解儀、Mettler公司PB153-L型電子分析天平等。

鎘標準溶液GBW08612，濃度為1000 μg/mL，由國家標準物質中心提供；近海海洋沉積物成分分析標準物質GBW07314，由國家海洋局第二海洋研究所制備。所用聚四氟乙烯坩堝、容量瓶、移液管等在1 mol/L稀硝酸中浸泡24 h后，再用超純水洗凈，待用。實驗用水均為millipore純水儀Elix-5 Academic制備的超純水。

1.2消解方法

準確稱取近海海洋沉積物成分分析標準物質（0.2±0.0001）g，放入微波消解管中，滴加少量蒸餾水浸潤，加入5 mL硝酸和2 mL 30%的過氧化氫溶液，放置4 h或過夜冷處理。同時做空白實驗。然后放入微波消解儀中進行消解。消解結束后，取出冷卻至室溫，打開消解管，用超純水沖洗消解管蓋后，將消解管放置控溫電熱板上進行趕酸處理，溫度設置在（180±5）℃，當消解液至黃豆大小顆粒時停止加熱，趕酸，不可蒸干。冷卻后用超純水全量轉移至25 mL容量瓶中，定容至標線，待測。

1.3正交實驗設計

選擇溫度（℃）、保持時間（min）、微波功率（W）三個因素，每個因素設三水平（表1），采用L9（33）正交設計［9］。每次消解分為三個步驟，第一步和第二步作為消解初始階段，條件設置均相同（第一步均為120℃，3 min，微波功率800 W；第二步均為160℃，3 min，微波功率800 W），微波消解效果的不同水平主要體現在消解的第三階段。按照正交實驗設計做9次試驗，每次實驗重復3次，共測定27次。同時設3個空白對照實驗。

表1　3因素3水平正交設計表

1.4檢測方法

利用原子吸收分光光度計（美國熱電M6）測定消解液中鎘含量。設置原子吸收分光光度計儀器參數為波長為228.8 nm，狹縫0.5 nm，燈電流8～10 mA，干燥溫度120℃，30 s；灰化溫度800℃，15 s～20 s，原子化溫度1 200℃，3 s，背景矯正為塞曼效應。

1.5數據處理

以近海海洋沉積物成分分析標準物質測定回收率為指標，利用正交設計助手軟件ⅡV3.1進行正交實驗設計極差分析。

2　正交實驗鎘含量測定結果

該研究中近海海洋沉積物成分分析標準物質正交實驗結果極差分析（見表2）顯示：微波消解功率對最終消解結果影響最大，其次是微波消解保持時間，溫度影響最小。三因素優化組合為溫度2時間2微波功率3，即微波消解第三階段最佳實驗條件為：溫度180℃，保持時間為10 min，微波功率為1 600 W。

表2　正交實驗鎘檢測結果

該研究中，海洋沉積物最佳的微波消解程序為表3。

表3　微波消解最佳程序條件

與GB 17378.5-2007《海洋監測規范第5部分：沉積物分析》中沉積物重金屬樣品測定前消解方法相比，微波消解方法的優勢不僅在于其操作便捷、快速、受基體干擾少、試劑消耗量少、節約能源、降低分析人員勞動強度等優點，還能進一步減輕環境污染、提高消解效率，防止外界污染，避免高溫消解時的元素揮發損失，特別適合砷、汞等易揮發元素樣品的消解。

由于正交實驗篩選優化實驗的高效、快速、經濟性，近年來在工業和醫藥行業中得到很多應用［10］。本文中選擇了三因素（溫度、保持時間、微波功率）作為探究條件，采用的正交設計對各因素水平僅通過9次實驗就獲得了結果，并獲得了較為理想的微波消解條件，為優化檢測沉積物中鎘的含量提供了基礎技術數據。在保障檢測結果數據的可靠性和準確性時，正交實驗方法不失為一種快速、有效的篩選實驗條件的方法。

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Optimal conditions for cadmium-measurement in microwave-digested marine sediments by orthogonal tests

Wang Libao1，Ling Yun1，Li Hui1，Shen Hui1，Qi Yuanye2，Wan Xihe1，Shi Wenjun1，Sun Ruijian1
（1.Jiangsu Marine Fisheries Research Institute，Nantong 226007，China；2.College of Resources and Environmental Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

To optimize the conditions for cadmium-measurement in microwave-digested marine sediments，we digested the standard marine sediments by microwave using the orthogonal tests on the bases of three factors involving temperature，holding time and power.The cadmium concentration was measured by graphite furnace atomic absorption spectrometer to calculate the recovery rate.The data were analyzed by SPSS 18.0.The results showed that the optimum test condition was that the temperature was 180℃，the holding time was 5 minutes and the microwave power was 1 200 W.The recovery rate of cadmium was 96.5%under the optimized experiment conditions.

orthogonal tests；microwave-digested；marine sediment；cadmium

Q176

A

1004-2091（2016）04-0039-03

國家海洋公益性行業科研專項（201005006-6）；南通市應用研究計劃（BK2013056）

王李寶（1978-），男，副研究員，研究方向：海洋生物學研究.E-mail：zebra_w@126.com

（2015-11-10）