石墨爐原子吸收光譜法檢測涼粉中鎘元素含量

劉常凱，昝川南

（廣西-東盟食品檢驗檢測中心，南寧 530021）

涼粉是一種小吃，主要原材料為涼粉草，深受老百姓青睞。隨著生活水平的提高，人們對食品安全問題也越來越重視。食品污染物［1］是食品中生成或由環境污染帶入的、非有意加入的化學性危害物質。涼粉草在生長過程中會吸收土壤中的鎘元素導致涼粉易被鎘污染，對人體造成危害。2014 年中國土壤污染狀況調查公報表明，鎘已成為點位超標率較高的污染物，鎘污染和鎘中毒已成為重要的公共衛生安全問題［2］。鎘的共生性和含鎘化合物溶解困難，易富集于生物體內，人體中的鎘濃度過大，會出現慢性中毒，患“痛痛病”，輕者牙齒黃斑、骨質軟化、全身疼痛，嚴重者會出現嗅覺喪失或自然骨折。研究證明，這些癥狀是因為鎘在體內蓄量過大引發了肝、腎慢性中毒和鈣吸收困難［3］。由于鎘在涼粉中與有機物結合成穩定難溶的化合物，不能直接測定，需要對涼粉進行前期處理，破壞其有機結合體，釋放出待測組分［4］，通常采用的前期處理方法有濕法消解［5］、干法灰化、高壓消解和微波消解。微波消解法運用微波密閉加熱原理［6］，在實際應用中，微波消解技術能夠實現對樣品快速有效消解，并且保證消解的徹底性［7］。微波消解法的消解過程密閉，使用酸單一且用量少，具有環境污染小、元素揮發損失小、回收率高、準確度高、檢出限低等優點［8，9］。

檢測方法常見的有火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法及雙硫腙分光光度法、ICP-MS 法等。原子吸收光譜法在重金屬檢測中的應用廣泛，其具有靈敏、高效、準確等優點［10］。在采用石墨爐原子吸收光譜法對涼粉中鎘進行測定時，石墨管的選擇及儀器參數優化相當重要，選擇不合適的石墨管會導致檢測結果不準確。原子吸收光譜儀工作程序分為4 個階段，干燥、灰化、原子化和清潔，其中灰化階段及原子化階段對結果影響較大［11］。本研究通過優化儀器條件、取樣量、石墨管及基體改進劑，加標回收試驗等進行考察，找出較優儀器參數條件，按優化的試驗條件進行試驗，獲得涼粉中重金屬鎘元素的含量，檢測結果準確。該方法為涼粉中重金屬鎘含量的風險監測提供一定數據支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

900T 型原子吸收分光光度計，PE 公司；Milli-Q超純水系統（電導率大于等于18.2 MΩ/cm）、硝酸（色譜級），默克化工技術（上海）有限公司廣州分公司。鎘單元素溶液標準物質（Cd）GBW08612 濃度為1 000 μg/mL，中國計量科學研究院。樣品購于南寧市、梧州市、北海市3 個城市的各大超市、便利店及農貿市場，共計108 批涼粉樣品。

1.2 儀器工作條件

鎘元素波長為228.8 nm，狹縫寬為0.7 nm，燈電流為4 mA，載氣為高純度（99.999%）的氬氣，氣流量為250 mL/min，AA-BG 扣背景，進樣體積為25 μL，基體改進劑為50%硝酸鈀，進樣量為5 μL，測量條件為峰面積，以標準線性進行定量，對儀器條件進行優化，獲得涼粉中鎘元素檢測的最優石墨爐升溫程序，結果見表1。

表1 石墨爐升溫程序優化結果

1.3 鎘單元素標準線性的制備

精密量取鎘單元素標準溶液（1 000 μg/mL）0.05 mL 置于50 mL 量瓶中，加硝酸溶液定容至刻度，得到鎘單元素標準工作液，濃度為1 μg/mL，再精密量取鎘標準工作液（1 μg/mL）0.25 mL 置于50 mL量瓶中，加硝酸溶液定容至刻度，得到鎘元素標準使用液，濃度為5 ng/mL，上機，由儀器自動逐級稀釋鎘標準溶液，鎘標準線性質量濃度為0、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 μg/L。

1.4 樣品前處理

稱取涼粉干樣品約0.2 g 置于微波消解罐中，加5 mL 硝酸，先在電熱消解儀上進行預消解1 h 后在微波消解儀上按程序進行消解［12，13］，消解程序見表2。消解結束后打開蓋子，轉移到電熱消解儀上趕酸至近2 mL 后冷卻至室溫，用超純水沖洗轉移至50 mL 量瓶中，用超純水定容至刻度，待測。

表2 微波消解儀消解程序

2 結果與分析

2.1 儀器條件的優化

2.1.1 背景扣除方式的選擇 當原子化溫度不足以將基體中的所有分子分解時就可能產生分子吸收，分子吸收所產生的信號加上原子所產生的信號，就可能產生較高的虛假信號，在火焰法中，背景信號通常在0.05 吸光度以下，但對某些類型的樣品（特別是在低紫外波段），背景干擾可能較高，石墨爐分析中，背景信號則可能達2.0 吸光度以上，背景校正就十分重要。本研究所用的PE 原子吸收分光光度計900T，背景扣除方式有氘燈扣背景和塞曼扣背景2種，通常氘燈扣背景是采用連續光源，在氘燈工作周期，氘燈寬譜線所測得的是背景信號（此時元素燈所產生的窄譜線原子吸收可忽略不計），2 次測量的差值，即為所需的原子吸收信號。氘燈扣背景方法靈敏度好、動態線性范圍好、費用低，但燈的強度有時會不合適，空心陰極燈和氘燈的強度匹配需要精心調整，扣除由窄譜線分子吸收而造成的背景校正誤差大；而塞曼扣背景最主要的優點是背景的扣除準確地在被分析元素的共振譜線處進行，且只需1 個光源，波長覆蓋整個波段范圍，可準確扣除結構背景，扣除某些譜線干擾，背景校正速度快，因此選擇塞曼扣背景方式對背景進行校正。

2.1.2 石墨管及基體改進劑的選擇 各種石墨管改進技術陸續應用于實際工作，熱解石墨管、鎢鉭熱解石墨管、襯鉭熱解石墨管、難熔碳化物石墨管、玻璃狀碳管等已有文獻報道，在食品檢驗中最常用的是熱解石墨管。熱解石墨管在石墨爐分析中一直占據著重要地位，石墨管還分有帶端蓋石墨管和不帶端蓋石墨管，分析揮發性元素，如鎘，鉻等，選擇帶端蓋的石墨管可提高揮發性元素的檢出限，進樣孔增大，可更快地灰化復雜基質，但石墨管經過多次加熱后，進樣孔會形成積碳并結塊，從而導致孔道變小，加入的樣品進入不了管壁內的平臺，而且由于加熱次數過多，石墨管壁會越燒越薄，管道平臺增大，導致樣品吸收值過低，進而使檢測結果偏低。為了保證檢測的準確度，石墨管在使用達到800 次左右時，就應該及時更換［14］，且選擇普通熱解石墨管既經濟實惠也能達到分析要求；參照GB 5009.15—2014《食品安全國家標準食品中鎘的測定》中所用基體改進劑為磷酸二氫銨（10 g/L），基體改進劑的作用為在測定基體復雜的樣品時提高灰化溫度減少樣品基體的存在，避免待測元素在原子化階段前的損失，提高靈敏度，為了獲得更好的穩定性、重現性，消除雙峰現象，抑制電離干擾等，基于這些因素，在基體改進劑的選擇上，就需要考慮這些因素帶來的干擾，磷酸二氫銨溶液是一種消除Cl 元素干擾的基體改進劑，測定鉛（Pb）、鎘（Cd）時可以作為首選。本研究樣品為涼粉，涼粉基質復雜，含有果膠、淀粉等大分子雜質，磷酸二氫銨不能很好地消除除Cl 離子以外的干擾，通過試驗考察，將硝酸鈀溶液作為本次試驗基體改進劑，鈀能夠很好地與鎘形成穩定的絡合物，使鎘在灰化過程中不易損失，同時硝酸的作用是溶解氯化鈀，起到助溶作用。

2.1.3 石墨爐升溫程序的優化 石墨爐升溫程序4個步驟中對檢測結果影響比較大的是灰化和原子化，原子化溫度是由元素及其化合物自身的性質決定的，原子化溫度的選擇原則是選用達到最大吸收信號的最低溫度作為原子化溫度，原子化時間應以保證完全原子化為準，原子化階段停止通保護氣，以延長自由原子在石墨爐內的平均停留時間。本研究采用上機測定鎘標準溶液（濃度為5 ng/mL）所得峰型對原子化溫度進行優化，固定灰化溫度，調整原子化溫度，將原子化溫度分別調整為1 300、1 500、1 700 ℃，獲得鎘元素的峰，結果見圖1。從圖1 中可見，當原子化溫度為1 300 ℃時，基體成分未完全去除，導致待測元素峰型基線略有抬高，影響吸光度值，檢測結果偏低；原子化溫度為1 700 ℃時，峰尖出現平頭或峰值低于基線［15］，同時石墨管長期在高溫下，使用壽命也會大大縮短，需要經常更換石墨管，增加檢測成本；原子化溫度為1 500 ℃時，鎘元素峰型較對稱，峰高、吸收值都能夠達到最大吸收信號。故選擇原子化溫度為1 500 ℃，在保證鎘元素完全原子化的情況下選擇最低原子化溫度，以提高石墨管的壽命及獲得最大吸收值。

圖1 各原子化溫度下鎘元素峰型

2.2 樣品前處理的優化

涼粉的主要原料是涼粉草，涼粉草中主要成分是果膠，樣品采用微波消解方式進行消解，微波消解所用聚四氟乙烯管因空間限制，樣品的取樣量要合適才能完全消解，按GB 5009.15—2014 中微波消解前處理要求的取樣量0.3～0.5 g 進行考察，選取檢測結果為未檢出的樣品作為加標基質，取樣量分別為0.2、0.3、0.5 g，采用樣品加標回收試驗進行驗證，加標量為150 ng，結果見表3。由表3 可知，取樣量為0.5 g 時，回收率最低，取樣量為0.3 g 時，回收率達不到檢測要求，且二者消解后的溶液均出現渾濁，液面漂浮細小顆粒；取樣量為0.2 g 時，消解后的樣品溶液澄清透明略帶淡黃色溶液，回收率最高。GB 5009.15—2014 中直接微波消解，會造成消解罐中大量泡沫溢至消解罐頂部，導致測定回收率偏低。對于涼粉樣品，取樣量為0.2 g較理想。

表3 樣品取樣量加標回收結果

2.3 線性試驗

按優化條件將配制的鎘元素標準使用液5 ng/mL由儀器自動逐級稀釋，由吸光度值與濃度建立線性方程y=0.056 56x+0.004 97，相關系數r=0.999 3。在優化好的儀器條件下線性較好，標準溶液的信號穩定。

2.4 重復性及穩定性、精密度試驗

稱取檢出鎘元素含量約為0.13 mg/kg 的涼粉樣品6 份，平行測定2 次，以測得的鎘元素含量作為指標，計算所測鎘元素含量的RSD［16］。涼粉中鎘元素的重復性RSD為0.17%，從6 份樣品溶液中取其中1份連續進樣6 次，所測精密度RSD為0.09%（表4），將該樣品溶液分別于4、12、16、24、48 h 進行鎘含量的測定，穩定性RSD為0.19%（表5）。結果表明，涼粉中鎘元素的重復性、精密度較好，樣品在48 h 內結果穩定。

表4 涼粉中鎘元素測定重復性、精密度、穩定性結果

表5 不同時間涼粉中鎘元素測定穩定性結果

2.5 加標回收試驗

選取1 份鎘含量為0.019 9 mg/kg 的涼粉樣品，稱取樣品9 份，編號為樣品1 至9，編號1 至3 的樣品精密加入標準使用液（1 000 ng/mL）0.05 mL，加標量為50 ng，編號4 至6 的樣品精密加入標準使用液0.15 mL，加標量為150 ng，編號7 至9 的樣品精密加入標準使用液0.20 mL，加標量為200 ng，按“1.4 樣品前處理”項下方法制備樣品溶液，上機測定鎘元素回收情況，計算回收率，結果見表6。由表6 可知，涼粉中鎘元素回收率高，表明該方法檢測涼粉中鎘元素準確度高。

表6 涼粉樣品回收率試驗結果

2.6 實際樣品的檢測

將采購所得108 批樣品按上述優化好的條件進行消解、趕酸、定容上機測定，測定結果見表7。由表7 可知，以GB 5009.15—2014《食品安全國家標準食品中鎘的測定》中鎘元素的定量限（0.003 mg/kg）為依據，判定結果是否檢出。參閱GB 2762—2022《食品安全國家標準食品中污染物限量》，尚無涼粉中鎘元素的限量指標，查閱DB45/T 1471—2016《涼粉草》，對于涼粉中重金屬鎘元素無相關惟一檢驗標準。

表7 實際樣品檢測結果

然而在實際檢測過程，涼粉中鎘元素有些檢出含量較大，具有一定的安全風險。檢測的108 批樣品在上述優化條件下檢出鎘元素的樣品有41 批次，檢測樣品檢出的最高含量為0.135 7 mg/kg，最低含量為0.005 9 mg/kg。

3 小結

采用微波消解法對涼粉樣品進行前處理，通過對儀器條件的優化，取樣量、石墨管及基體改進劑的選擇等條件進行考察，石墨爐原子吸收光譜法進行檢測，鎘元素在質量濃度0～5 ng/mL 線性范圍內，信號及吸光度值比較穩定，3 個水平加標回收率分別為96.06%～98.32%、99.76%～101.25%、103.78%～106.19%，精密度RSD為0.09%。涼粉按照產品大類劃分，屬于方便食品，GB 2762—2022《食品安全國家標準食品中污染物限量》中未對該類食品做出鎘元素的相應限量值規定。而涼粉的主要配料為淀粉和涼粉草，將本研究測試結果對比GB 2762—2022《食品安全國家標準食品中污染物限量》“谷物碾磨加工品”中鎘的限量值0.1 mg/kg，超該限度值的樣本占總樣本數量的11.11%。本研究針對涼粉中鎘元素的測定，開發出精密度好、回收率高、結果可靠的試驗方法，對涼粉中鎘元素進行風險監測具有一定的指導意義。