原子吸收光譜儀在飼料重金屬檢測時的注意事項及處理方法

梁健，孫學亮，張達娟，陳成勛，張樹林

（天津農學院 水產學院，國家級水產生態與養殖實驗教學示范中心，天津市水產生態及養殖重點實驗室，天津 300384）

自1955年提出原子吸收光譜法，該技術便獲得了迅速的發展，目前已成為測定樣品中金屬含量的主要方法。基于原子吸收光譜法研發的原子吸收光譜儀，是一臺能夠快速檢測元素含量的儀器，可測定多種金屬元素，因其操作簡便、準確度高、靈敏度高、測定范圍廣、測定元素多、干擾少等特點，被廣泛應用于化學實驗、物理實驗甚至是農學實驗的常量及微痕量元素分析中。

飼料是含有一種以上養分，能被畜禽采食、消化和利用的物質[1]。飼料可分為飼料添加劑、預混料、濃縮料和全價飼料等，飼料中存在的重金屬元素可被飼養的動物吸收而蓄積在肝臟、腎臟及肌肉等組織器官中，通過食物鏈的富集作用最終進入人體，危害人類健康，其中鉛、鎘、鉻和汞等重金屬可造成神經系統、呼吸系統及消化系統疾病[2]。同時，飼料中未被飼養動物所吸收的重金屬會以殘餌糞便的形式進入土壤和水體中，污染自然環境[3]。故飼料的安全關系到食品安全和環境安全，對飼料中重金屬元素含量的檢測能夠更好地預防和控制人體對重金屬元素的攝入，避免對人體的健康造成危害。

1 飼料中重金屬元素的危害

近些年對飼料的抽樣檢測中，發現部分小型飼料生產企業和養殖戶為了加快養殖動物的生產、生長速度，超量使用重金屬元素添加劑，導致飼料中鉛、銅、鎘、汞等超標現象。同時，20世紀工業發展大量排放的“三廢”不經過處理直接排放到自然界中，造成水體、土壤和空氣污染，有害物質進入植物或其他飼料原料中，也會對飼料品質產生影響。這樣不合格的飼料通過食物鏈最終富集在人類體內，對身體造成危害。如鉛的蓄積能力很強，食用鉛元素含量超標的食品，可導致神經系統和血液系統的病變，甚至損害腎功能。而長期食用含鎘的食品可引起中毒反應，誘發心腦血管病變、腎功能失調等疾病。汞中毒的反應為頭疼、頭暈、肢體麻木等，嚴重威脅人類健康[1]。

2 原子吸收光譜法的相關理論

常見的食品重金屬元素測定方法包括原子吸收光譜法、X射線熒光法、高效液相色譜法和原子熒光法等。與其他方法相比，原子吸收光譜的應用價值更高，具有測定速度快、鑒定元素種類多、選擇性好和檢出限低等特點，適用于現階段飼料的重金屬元素測定。

原子吸收光譜法是利用基態原子可以對一定波長光輻射的吸收特性，當光源中具有待測元素特征譜線的光，在通過樣品蒸汽時，蒸汽中的待測元素的原子中外層電子從基態躍遷到激發態，實現有選擇的共振吸收。光被吸收的程度和吸收輻射的待測元素原子總數量之間呈正比例關系，因此由輻射特征譜線光被削弱的程度，可測定待測元素的含量。結合朗伯-比爾定律，輻射強度的變化可以作為定量的依據。

朗伯-比爾定律：A=KNL

其中：A是吸收率；K是常數；N是吸收輻射的待測元素原子總數；L是吸收光程。

原子吸收光譜儀是應用原子吸收光譜法原理開發出來的一種儀器，特征光譜輻射由空心陰極燈等光源發出，通過將樣品原子化的原子化器后，進入分光系統得到單色光，再經光電倍增管到達檢測器。工作時，樣品進入原子化器進行原子化，光通過原子化器時有一部分被吸收，透光率減小。根據朗伯-比爾定律，吸光度與樣品中待測元素的濃度成正比，根據吸光度可計算出樣品的元素濃度。根據測定時元素的原子化方式的不同，可分為火焰原子吸收光譜法和石墨爐原子吸收光譜法，前者使用簡便，后者靈敏度高[4]。火焰原子吸收光譜法檢測限可達到10-9g/mL數量級，石墨爐原子吸收法可達到10-13g/mL數量級。

3 在飼料重金屬檢測時的注意事項

3.1 樣品的制備

在飼料的重金屬檢測過程中，樣品的消解過程是關鍵技術所在。不同的消解方法，所用酸的種類不同，操作過程不同，消解結果有時也會有差異[5]。一般采用消化爐消解法和微波消解法兩種消解方法對飼料樣品進行消解處理，本實驗使用微波消解法進行樣品的消解處理，消解所用的酸為硝酸。

3.1.1 樣品制備原則

用原子吸收光譜儀進行測定的樣品，要做到以下4點：（1）保證樣品的純度，要盡可能地避免其他成分的混入，如其他待測組樣品或雜質的混入，人為造成干擾；（2）找到最適宜的樣品檢測濃度，可通過控制待測樣品的體積和用量的來實現；（3）在某些微量樣品檢測時，在保證最少樣品用量的前提下盡可能地制備備用樣品，以備不時之需；（4）樣品選取時應具有普遍性和代表性，可以代表待測原料的整體狀態和真實情況。

3.1.2 樣品制備注意事項

原料要經過充分研磨粉碎，并烘干至恒重后方可取樣。取樣的重量要合適，保證樣品的吸光度范圍在0.01～0.70最為適宜。此外，消解后的溶液一定要注意觀察是否有膠體和沉淀物的存在，若在消解過程中樣品中某些成分不能完全消解成液體，則需要進行加熱、加壓等輔助手段來使其消解為澄清溶液，否則會造成在實驗過程中儀器的堵塞。同時，所用的試劑要均為優級純，水要用超純水，標準工作液要用高純物質的標準貯藏液（通常為1 000 μg/mL濃度）來配制以備制作校正曲線。所用標準工作液、空白對照液和樣品待測液都進行相同的酸化過程，并應當同步進行。

3.1.3 制樣方法

稱取0.40 g過篩后的樣品置于微波消解罐中，加入5 mL硝酸，按照設定的升溫程序進行消解（120 ℃維持5 min，升溫到160 ℃維持10 min，升溫到180 ℃維持10 min）。冷卻后將微波消解罐中的內容物全量轉移至250 mL消化管中，在加熱板中進行趕酸處理，至溶液體積濃縮至1 mL左右。冷卻后全量轉移至25 mL容量瓶中，用1%硝酸洗滌消化管2～3次并將洗滌液全部轉移至容量瓶中，并用洗滌液定容至標線，搖勻待測[6]。

3.2 原子吸收光譜儀的工作條件選擇

為了保證測定數值的科學性和準確性，需要保證原子吸收光譜儀處于最佳工作狀態，這就要求操作人員要及時調整儀器工作條件。以天津農學院水產學院的原子吸收光譜儀（型號為PinAAcle 900H）的火焰法為例，其最佳的工作條件見表1。

表1 原子吸收光譜儀火焰法工作條件

3.3 標準曲線的繪制

按照上述方法配置不同元素的標準工作液，Zn濃度在0～1.6 mg/L范圍內具有良好的相關性。標準曲線方程Y=-0.1368X2+0.6234X，相關系數R2=0.999 8，檢出限為0.007 8 μg/mL。Fe濃度在0～1.6 mg/L范圍內有良好的相關性。標準曲線方程為Y=-1.6841X2+6.5611X。相關系數R2=1.000 0，檢出限為0.000 6 μg/mL。

3.4 加標回收率和精密度

以同一種飼料樣品作為本底，Zn做加標量為0.5、1.0、1.5 mg/kg的回收率實驗，結果見表2，飼料中2種重金屬元素的回收率在98.27%～101.8%，相對標準偏差為0.73%～1.50%；Fe做加標量為0.5、1.0、1.5 mg/kg的回收率實驗。結果見表2，飼料中2種重金屬元素的回收率在91.3%～94.4%。相對標準偏差為1.95%～2.91%，均符合要求。

表2 加標所測得飼料中Zn含量

表3 加標所測得飼料中Fe含量

4 儀器的日常維護和故障處理

4.1 日常維護

對原子吸收光譜儀進行日常維護是為了減少和避免儀器發生故障，延長儀器的使用壽命，確保儀器的性能穩定，保證測定結果的穩定性。

運用火焰法時，開機后應放氣一段時間，防止乙炔管道中空氣的混入導致回火。若儀器長期未使用時，需將廢液桶蓋上的液封口處加注蒸餾水，否則無法點火；時常檢查空氣壓縮機的工作狀態和氣體壓力，若供氣不足導致氣體壓力低于儀器所需壓力，則會出現開機時能點火成功，但會立即熄滅的現象；樣品測定結束后，要吸入超純水空燒幾分鐘，以達到清洗燃燒頭的目的。

運用石墨爐法時，進樣針的位置直接關系到測定結果的準確性，進樣針過高，樣品液滴不能與石墨管接觸而留在管壁上造成結果偏差。進樣針太低，樣品液滴與石墨管接觸后浸沒過進樣針端部，待進樣針抬離石墨管時會帶走部分體積的樣品造成測定結果不準確。因此在進樣時，調整進樣針的位置，使樣品液滴與石墨管接觸后邊緣正好與進樣針端部相切；新更換的石墨管要空燒幾次，并用大氣量吹洗石墨管以去除雜質。

無極燈在使用時應預熱30 min以上，不同元素的無極燈所加電流應在標注范圍內，燈能量應在50以上。

4.2 故障處理

4.2.1 燈能量低

故障現象：無極燈能量達不到50以上甚至無能量顯示。處理辦法：（1）檢查無極燈與燈座是否接觸良好；（2）檢查燈電流是否在標定范圍內，波長和狹縫是否正確；（3）是否預熱30 min以上。

4.2.2 燃燒頭不能正常吸樣

故障現象：火焰法測樣品時吸樣管不能吸取樣品甚至向外排氣泡。處理辦法：此故障一般會同時伴有霧化效率低的現象，應為清洗燃燒頭后沒有進行調節所致。（1）配制確定濃度的銅標準溶液，在銅元素操作條件下，用吸樣管吸取標準溶液；（2）旋松固定鎖環，先逆時針旋動調節螺帽，當顯示吸光度為零同時吸樣管向外排出氣泡時停止旋轉，向相反方向旋動調節螺母，當吸光度達到最高時停止擰動調節螺母，并旋緊固定鎖環，調節完成。

4.2.3 點不著火

故障現象：火焰法測定樣品時點不著火。處理辦法：（1）檢查乙炔氣體鋼瓶內總壓力值，若壓力低于700 kPa就及時更換新瓶；（2）空氣壓縮機的氣壓不夠，調整相應的氣壓值，若氣壓還不能達到要求，可嘗試更換壓縮機空氣濾芯。

4.2.4 石墨爐測樣精確度差

故障現象：石墨爐測樣品時數據重復率低，波動較大。處理辦法：（1）調整進樣針在石墨管中的位置達到要求；（2）檢查自動取樣器取樣管是否有堵塞；（3）降低樣品中酸的含量，pH過低會對取樣管內壁造成腐蝕，導致精確度降低。

4.2.5 信號出現不規律的雙峰

故障現象：石墨爐測樣品時吸光度值出現2次峰值。處理辦法：（1）降低灰化溫度，使產生額外峰值的化合物不能原子化；（2）進樣針的位置不準確，導致樣品一部分在平臺上，一部分在石墨管壁上；（3）基體改進劑的選擇不對，不能充分抑制其他物質的原子化；（4）石墨管老化，導致樣品受熱不均。

5 結語

使用原子吸收光譜儀分析飼料中重金屬元素的含量，其操作方法簡單便捷、結果準確性高、重復率好，是未來飼料分析中常用的儀器之一。操作者對飼料樣品制備、標準曲線的建立、不同元素的最佳工作條件以及一些常見的故障處理辦法的重視，可杜絕測定數據的偏離，最大限度地發揮儀器的性能，以獲得滿意的分析結果。