稀酸浸提稻米和秸稈中鎘元素提取效率與浸提因子關系探究

摘 要：以稀硝酸為浸提溶液，以稻米和秸稈為樣品，從浸提方式、硝酸濃度、固液比、浸提時間4個方面研究了浸提因子對稀硝酸浸提稻米和秸稈樣品中鎘元素的影響。結果表明：在控制單因子變量情況下，振蕩浸提效果比靜置浸提效果要好；在提取完全之前，提取率隨著提取劑酸度的增加而顯著提高，但隨固液比的增加提取率反而明顯下降；浸提時間從10 min延長到30 min對提取效果無明顯影響。

關鍵詞：稀硝酸；浸提；稻米；秸稈；鎘；工藝優化

中圖分類號：TS201.6 文獻標識碼：A 文章編號：1006-060X（2018）05-0089-03

Relationship between Extraction Efficiency and Extraction Factors of Cadmium in Dilute Acid Leaching Rice and Straw

LI Hai-lu，TANG You-yun，YANG Qian，LI Wei-yan，WU Xiao-dan，YANG Jun

（Hunan Soil and Fertilizer Research Institute， Changsha 410125， PRC）

Abstract：With dilute nitric acid as extraction solution， rice and straw as samples， the effects of extraction factors on cadmium element in rice and straw samples were studied from 4 aspects： extraction method， nitric acid concentration， solid-liquid ratio and extraction time. The results showed that under the condition of controlling single factor variable， the effect of shaking extraction was better than that of static extraction； Before extraction， the extraction rate increased significantly with the increase of acidity， but with the increase of solid-liquid ratio， the extraction rate decreased significantly； the extraction time from 10 min to 30 min had no significant effect on the extraction efficiency.

Key words：dilute nitric acid； extraction； rice； straw； cadmium； process optimization

稻米是我國主要糧食作物，是世界上三分之一人類的主食。秸稈還田是當今世界普遍重視的一項培肥地力的增產措施，在杜絕秸稈焚燒所造成的大氣污染的同時還有增肥增產作用[1-2]。鎘（cadmium，Cd）是污染物中一種常見的重金屬，國際癌癥研究署將其劃分為對人體有明確致癌性的致癌物[3-4]。隨著現代工業發展，鎘被廣泛運用，而又通過廢水、大氣沉降等途徑排入環境，進而進入水稻體中，造成鎘污染[5]。“鎘大米”事件的爆發，引發人們對鎘污染的持續關注，近幾年，國家也相繼出臺了一系列關于農產品鎘污染的普查和防治政策。

防治和解決鎘污染工作離不開檢測環節，如何快速準確檢測樣品中的鎘元素含量是目前亟需解決的問題。常見鎘元素的檢測方法有原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法等，樣品前處理普遍采用濕法消化法、干法灰化法和微波消解法

等[6-7]，這些前處理方法雖然能準確提取樣品中的重金屬，但存在著操作步驟繁瑣、前處理過程時間過長、使用強腐蝕性酸、需高溫、樣品易損失等問題。筆者擬通過稀酸浸提法提取稻米和秸稈中的鎘元素，并研究浸提因子對提取效率的影響，為在常溫下快速提取稻米和秸稈中的鎘元素，建立鎘元素的大批次高通量快速檢測技術提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 測試樣品 供試稻米樣品的鎘含量為0.964 mg/kg，供試秸稈樣品的鎘含量為2.926 mg/kg，均經過計量認證實驗室驗證。

1.1.2 試劑及儀器設備 主要試劑有硝酸（優級純，國藥集團化學試劑有限公司）、鎘標準溶液（1000μg/mL，鋼鐵研究總院國家鋼鐵材料測試中心）、磷酸氫二銨（優級純，國藥集團化學試劑有限公司）、高純氬氣（99.999%，眾賽特種氣體供應公司）等。主要儀器設備有超純水器（AWL-2002-U，艾科浦）、電子天平（ME204，Metter-Toledo；d=0.0001g）、回旋振蕩搖瓶機（ZHWY3112，上海智城）、原子吸收分光光度計（ZEEnit600，Analytik Jena AG）。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品預處理 稻米樣品：水稻脫粒后留其籽粒，105℃恒溫烘干水分，礱谷機去殼，粉碎機粉碎1～3 min，混勻備用。秸稈樣品：水稻脫粒，去根后留其莖、葉，105℃恒溫烘干水分，剪碎，粉碎機粉碎1～3 min，混勻備用。

1.2.2 試驗設計 （1）浸提方式：以0.5%硝酸溶液按固液比1︰50浸提稻米樣品，按固液比1：100浸提秸稈樣品，采用靜置和振蕩（回旋式，180 r/min）2種浸提方式浸提10 min，計算各處理的提取率。（2）硝酸濃度：以酸度為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%的硝酸溶液在常溫下振蕩20 min，分別提取稻米樣品（固液比為3︰50）和秸稈樣品（固液比3︰100）中的鎘元素，計算各處理的提取率。（3）固液比：以酸度為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%的硝酸溶液按1︰50、2︰50、3︰50、4︰50和5︰50的固液比常溫下振蕩20 min提取稻米中的鎘元素；以酸度為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%的硝酸溶液按1︰100、2︰100、3︰100、4︰100和5︰100的固液比常溫下振蕩20 min提取秸稈中的鎘元素，計算各處理的提取率。（4）提取時間：以酸度為0.01%、0.05%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%的硝酸溶液，稻米樣品固液比采用1︰50，秸稈樣品固液比采用1︰100，常溫下振蕩浸提10、20、30 min

提取鎘元素，計算各處理的提取率。每個處理重復5次。提取率（R）的計算公式：R（%）=；式中，

X1為采用試驗設計的方法測得的鎘含量（mg/kg），X0 為樣品中實際鎘含量（mg/kg）。

1.2.3 儀器工作條件 石墨爐原子吸收光譜儀：譜線228.8 nm；燈電流3 mA；燈類型HCL；狹縫0.8 nm；積分模式為峰面積；積分時間2.5 s；采用塞曼模式校正背景；磁場模式為2-磁場模式；自動進樣，進樣量20 μL；基體改進劑為1%磷酸氫二銨，體積5 μL；升溫程序見表1。

2 結果與分析

2.1 浸提方式對稻米和秸稈中鎘元素提取的影響

試驗結果顯示，稻米樣品振蕩提取的提取率為101%，而靜置提取的提取率僅為73%；秸稈樣品振蕩提取的提取率為102%，而靜置提取的提取率僅為69%。由此可知，在相同的酸度、固液比、浸提時間條件下，振蕩浸提的提取效果要優于靜置浸提的提取效果。

2.2 硝酸溶液酸度對稻米和秸稈中鎘元素提取的影響

如圖1所示，稻米樣品提取完全（提取率為100%）的酸度在0.20%～0.50%；秸稈樣品提取完全（提取率為100%）的酸度在0.50%～1.00%。而在提取完全之前，稻米樣品在0.01%酸度下提取率為17%，酸度增加至0.20%時提取率達到95%，秸稈樣品在0.01%酸度下提取率為19%，酸度增加至0.50%時提取率達到99%。這表明在提取完全之前，無論是稻米樣品還是秸稈樣品中鎘元素的提取率都隨著酸度的增加而提高，稻米和秸稈中鎘元素的提取效率與提取劑酸度呈正相關關系。

2.3 固液比對稻米和秸稈中鎘元素提取的影響

從表2可以看出，0.05%硝酸溶液、1︰50固液比浸提稻米鎘元素的提取率為86%，而固液比增至5︰50時，提取率降至75%；0.20%硝酸溶液、1︰100固液比浸提秸稈鎘元素的提取率為93%，而固液比增至5︰100時提取率僅為42%。這表明在相同的振蕩時間和硝酸酸度條件下，隨著固液比的增加，稻米和秸稈中鎘元素的提取率呈下降趨勢，稻米和秸稈中鎘元素的提取效率與固液比呈負相關關系。

2.4 提取時間對稻米和秸稈中鎘元素提取的影響

由表3可知，稻米樣品在0.05%硝酸溶液浸提，振蕩10、20、30 min的提取率分別為85%、86%、85%；秸稈樣品在0.05%硝酸溶液浸提，振蕩10、20、30 min的提取率分別為76%、78%、77%。綜合0.01%～1.00%硝酸溶液浸提所得提取率分析，隨著浸提時間的從10 min延長至30 min，稻米和秸稈中鎘元素的提取率無顯著變化。

3 結 論

常溫下，通過控制浸提過程中單因子的變化，采用稀酸浸提稻米和秸稈中鎘元素，試驗結果顯示：振蕩浸提的提取效果比靜置浸提要好；在提取完全之前，稻米和秸稈中鎘元素的提取率與浸提劑酸度呈正相關關系，與固液比呈負相關關系；提取時間從10 min延長至30 min，稻米和秸稈樣品中鎘元素的提取率無顯著變化。該研究結果表明，選用合適的浸提因子組合成提取方案，能完全提取出稻米和秸稈中的鎘元素，而這種處理方法在降低檢測成本、改善檢測環境、保護檢測人員健康等方面都有重要意義。

參考文獻：

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（責任編輯：成 平）