石墨爐原子吸收分光光譜法測定糧食中鎘含量的方法確認(rèn)

張歡歡，劉 興，王繼勇，盧財(cái)謙

（1.東莞市角美糧食儲(chǔ)備庫,廣東 東莞 523145;2.東莞市糧食和物資儲(chǔ)備中心，廣東 東莞 523000）

鎘元素在工業(yè)上廣泛應(yīng)用，然而鎘元素及其化合物均有毒，工業(yè)“三廢”的排放，造成了土壤、農(nóng)作物等的污染，其中鎘對稻谷的污染問題較為嚴(yán)重，同時(shí)鎘是蓄積性的毒物，人體即使攝入很微量的鎘，也會(huì)對腎臟產(chǎn)生危害。糧食作為眾多食品的原料源頭，準(zhǔn)確測定谷物中的鎘元素含量十分重要。GB 2762明確規(guī)定稻谷、糙米、大米和豆類的鎘限量為0.2mg/kg，除此之外的谷物和谷物碾磨加工品為0.1mg/kg。

目前我國食品中鎘測定的食品安全標(biāo)準(zhǔn)方法有GB 5009.15規(guī)定的石墨爐原子吸收光譜測定方法和GB 5009.268第一法電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）。ICP-MS法儀器價(jià)格較高，不易推廣。石墨爐原子吸收法因具有操作簡單、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)而得到廣泛應(yīng)用和推廣。在采用石墨爐原子吸收光譜法進(jìn)行糧食鎘含量測定時(shí)，儀器條件、設(shè)備參數(shù)的優(yōu)化十分關(guān)鍵，不合適的儀器條件往往會(huì)導(dǎo)致檢驗(yàn)結(jié)果不理想，其中涉及到元素原子化的過程影響最為顯著。石墨爐測定法涉及到原子化的階段包括干燥或去溶劑階段、灰化階段、原子化階段和清潔階段，其中灰化階段和原子化階段對測定結(jié)果的影響較為顯著。本文采用微波消解的方法對糧食樣品進(jìn)行前處理，通過對石墨爐原子吸收分光光度計(jì)關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，探索最佳的儀器工作條件，求出AA7000石墨爐原子吸收光譜法測鎘的檢出限，同時(shí)以質(zhì)控樣品為參照，進(jìn)行精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法檢出限低，測定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，此方法對糧食樣品鎘含量測定具有一定的實(shí)踐指導(dǎo)意義。

1 試驗(yàn)

1.1 主要儀器與試劑

AA 7000石墨爐原子吸收分光光度計(jì) （日本島津公司）；WX-8000微波消解儀；Milli-Q Integral 3超純水機(jī)；ATY 124型分析天平。

鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 （1 000 μg/mL）、標(biāo)準(zhǔn)大米粉GBW(E)100360（鎘含量 0.22 mg/kg±0.02 mg/kg）、硝酸（優(yōu)級(jí)純）、30%過氧化氫（分析純）。

1.2 樣品前處理

稱取糧食樣品0.3～0.5 g于微波消解罐中，加5mL硝酸和2 mL過氧化氫，按表1程序進(jìn)行消解，消解完畢，待消解罐冷卻（一般80℃以下）后打開，消解液呈無色或淡黃色，加熱趕酸至近干，放冷后將試樣消解液用1%硝酸洗入25 mL容量瓶中，并定容至刻度，混勻備用，同時(shí)做試劑空白。

表1 微波消解條件

1.3 儀器工作條件

儀器載氣為高純氬氣（99.999%）；熱解涂層石墨管；不加基體改進(jìn)劑 （糧食樣品基體成分較為簡單，干擾小）；波長228.8 nm；狹縫 0.7 nm；燈電流8mA；點(diǎn)燈方式BGC-D2；峰高方式測量；進(jìn)樣體積20 μL；石墨爐升溫程序見表 2：

表2 石墨爐升溫程序

1.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

用1%硝酸溶液將鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋至質(zhì)量濃度為2.5 ng/mL的鎘標(biāo)準(zhǔn)使用液，用自動(dòng)進(jìn)樣器自動(dòng)稀釋配置 0 ng/mL、0.5 ng/mL、1 ng/mL、1.5 ng/mL、2.0 ng/mL、2.5 ng/mL的鎘標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 石墨爐升溫程序的優(yōu)化和確認(rèn)

石墨爐的升溫程序包括四個(gè)階段，分別為干燥或去溶劑階段、灰化階段、原子化階段和清潔階段。一般情況下，干燥階段是蒸發(fā)去除試液的溶劑，避免高溫使溶劑極速蒸發(fā)發(fā)生試樣飛濺導(dǎo)致待測元素?fù)p失；灰化階段是進(jìn)一步分解、去除有機(jī)物或低沸點(diǎn)無機(jī)物，以減少基體成分對待測元素的干擾；原子化階段是根據(jù)待測元素的性質(zhì)選擇最適宜的溫度，在保證待測元素?zé)o損失的前提下，使樣品中目標(biāo)待測元素原子化；凈化階段是將石墨管中的殘留物質(zhì)徹底除去干凈，防止產(chǎn)生“記憶效應(yīng)”[1]。在這四個(gè)階段中，灰化階段和原子化階段對測定結(jié)果的影響較為顯著，溫度的變化和時(shí)間的控制是關(guān)鍵。在灰化階段，如果灰化溫度過低、灰化時(shí)間過短，易出現(xiàn)試液基體成分去除不完全，反之會(huì)造成待測元素的損失；在原子化階段，原子化溫度過低，待測元素不能全部原子化，易出現(xiàn)峰拖尾，過高又易出現(xiàn)待測物質(zhì)的損失，出現(xiàn)雙峰或者峰值低于基線的情況[2]，并且原子化溫度過高，會(huì)影響石墨管壽命。因此在保證目標(biāo)成分不損失、轉(zhuǎn)化效率高的情況下盡量選擇低溫。

本文按表1的升溫程序制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后選用1.0 ng/mL標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)進(jìn)行測試，以吸光度值為依據(jù)，對灰化溫度、原子化溫度和原子化時(shí)間進(jìn)行優(yōu)化。分別將灰化溫度設(shè)為200℃、250℃、300℃、350℃、400℃,將原子化溫度設(shè)為 1 500℃、1 600℃、1700℃、1 800℃、1900℃，將原子化時(shí)間設(shè)為 1s、2 s、3 s、4 s、5 s分別進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明吸光度值隨著灰化溫度、原子化溫度的升高和原子化時(shí)間的延長出現(xiàn)先上升、后下降的趨勢，在灰化溫度為300℃、原子化溫度在1 700℃和原子化時(shí)間為3 s時(shí)吸光度值最高，因此選定表2的升溫程序作為最優(yōu)條件。

2.2 線性范圍的確認(rèn)

根據(jù)GB 5009.15《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中鎘的測定》，鎘標(biāo)準(zhǔn)曲線工作液的線性范圍為0～3 ng/mL。本實(shí)驗(yàn)室使用的儀器是島津AA7000型石墨爐原子吸收分光光度計(jì)，該儀器的最佳進(jìn)樣量為20μL，對于高鎘含量樣品，當(dāng)稱樣量為0.3～0.5 g時(shí)，樣品的吸光度值可能接近線性范圍的限值，甚至超過線性范圍，因此有必要對標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性范圍進(jìn)行探討。

本試驗(yàn)選擇線性范圍0～1.5 ng/mL、0～2.5ng/mL、0～3.0 ng/mL和0～5.0 ng/mL，分別繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，經(jīng)試驗(yàn)得出相關(guān)系數(shù)分別為0.9997、0.9987、0.9971和0.9922，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，線性范圍越大，相關(guān)系數(shù)越小，線性范圍為0～5 ng/mL時(shí)，相關(guān)系數(shù)低于0.995，不符合實(shí)驗(yàn)要求，而0～1.5 ng/mL的線性范圍偏小，不適合稻谷、糙米、大米等鎘含量偏高樣品的測定，因采用自動(dòng)進(jìn)樣器稀釋配置標(biāo)準(zhǔn)溶液，故選定線性范圍為0～2.5 ng/mL。對于吸光度值接近線性范圍限值樣品，可采用稀釋樣品溶液或增大樣品定容體積等方法使吸光度值在線性合適范圍內(nèi)。

2.3 檢出限

在上述儀器工作條件下，采用石墨爐原子吸收法對鎘系列標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行測定，以鎘的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以吸光度值為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出線性方程和斜率b，按公式S=b/V（b為工作曲線的斜率，V為進(jìn)樣體積）計(jì)算儀器測量的靈敏度S，同時(shí)對樣品空白進(jìn)行11次吸光度測定，計(jì)算樣品空白標(biāo)準(zhǔn)偏差sA，按公式QL=3sA/S計(jì)算石墨爐原子化法測定鎘的檢出限[3]，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表3、表4。

表3 線性測量數(shù)據(jù)

表4 樣品空白吸光度數(shù)據(jù)

檢 出 限 QL=3sA/S=(3sA×V)/b=(3×0.0006×20)/0.19991=0.2 pg,實(shí)驗(yàn)結(jié)果小于1 pg，符合JJF 1574-2016《原子吸收分光光度計(jì)型式評價(jià)大綱》的要求。

2.4 方法的精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

同時(shí)稱量7份0.3 g的標(biāo)準(zhǔn)大米粉，按1.2方法進(jìn)行微波消解處理，在1.3儀器工作條件下進(jìn)行測定，因該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值較高，為0.22 mg/kg，吸取20 μL樣品溶液時(shí)，吸光度值接近標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍的最高點(diǎn)，因此將標(biāo)準(zhǔn)樣品溶液稀釋兩倍，也即測定時(shí)用自動(dòng)進(jìn)樣器吸取10 μL的標(biāo)準(zhǔn)大米粉溶液和10 μL的稀釋液 （1%硝酸溶液），稀釋因子設(shè)為2，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。由表5可知，7次測定結(jié)果相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.58%，表明該法精密度好，準(zhǔn)確度高。

表5 方法精密度和準(zhǔn)確度結(jié)果

2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)

稱取4份0.3 g的標(biāo)準(zhǔn)大米粉、4份0.4 g的小麥樣品粉、4份0.4 g的稻谷樣品粉，每種樣品粉的其中3份分別加入一定量的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，然后按建立的方法進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率按公式P(%)=[(加標(biāo)試樣測定值-未加標(biāo)試樣測定值)÷加標(biāo)量]×100計(jì)算，結(jié)果見表6。由表6可知，標(biāo)準(zhǔn)大米粉、小麥樣品粉和稻谷樣品粉的三水平加標(biāo)回收率分別為85.0%～92.3%、89.0%～96.0%、82.0%～91.0%，符合回收率范圍要求[4]，滿足實(shí)際檢測要求。

表6 加標(biāo)回收率測定試驗(yàn)數(shù)據(jù)

3 結(jié)果與討論

（1）本文采用微波消解法對糧食樣品進(jìn)行前處理，同時(shí)對石墨爐升溫程序進(jìn)行優(yōu)化，選定最佳的儀器工作條件，在選定的工作條件下，用石墨爐原子吸收法測定標(biāo)準(zhǔn)大米粉、小麥樣品粉和稻谷樣品粉的鎘含量，經(jīng)檢出限、精密度、準(zhǔn)確度和加標(biāo)回收率試驗(yàn)表明，本方法具有操作簡單，精密度和準(zhǔn)確度好、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)。

（2）采用自動(dòng)進(jìn)樣器自動(dòng)稀釋配置標(biāo)準(zhǔn)曲線工作液，選定0～2.5 ng/mL的線性范圍，對于吸光度值接近線性范圍限值樣品，可采用稀釋樣品溶液或增大樣品定容體積等方法使吸光度值在線性范圍內(nèi)。

（3）實(shí)驗(yàn)不添加基體改進(jìn)劑，標(biāo)準(zhǔn)大米粉、小麥和稻谷的三水平加標(biāo)回收率分別為85.0%～92.3%、89.0%～96.0%、82.0%～91.0%，符合回收率范圍要求，標(biāo)準(zhǔn)大米粉的測定結(jié)果在證書要求的不確定度范圍內(nèi)，說明在本實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的實(shí)驗(yàn)條件下，檢驗(yàn)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠，也因此確認(rèn)本實(shí)驗(yàn)室具備開展重金屬鎘檢測的能力。