原子吸收光譜法測定食品中Ni、Pb和Cd的方法研究

Research on the Method of Determining Ni， Pb， and Cd in Food by Atomic Absorption Spectroscopy

LI Jing (Weihai Huancui District Center for Disease Control and Prevention)

Abstract:Inorder tostudytheaplicationofatomicabsorptionspectroscopyinthedetectionofheavymetalelements (Ni， Pb，andCd)infood，thisarticletakespeanutsamplesastheresearchectandusesco-precipitationmethodcombinedwith flame atomic absorptionspectroscopy(AAS)to analyze theheavy metal elements inpeanuts.Itanalyzes the working curves， detection limits，andspikedrecoveryratesof standardsolutions with diferentconcentrations.Theresultsshowthatthecontent ofNi，Pb，andCdrespectivelyinpeautsamplesdoesnotexeedthelmitvalueofthenationalfoodaetystandard(GB276- 2022)，verifying theapplicabilityofthis method in food safety testing.

Keywords: atomic absorption spectroscopy; peanut samples; Ni; Pd; Cd

0 引言

尤其是在花生等農產品中的應用。

食品中重金屬污染是影響食品安全的重要問題，尤其是鎳、鉛和鎘等重金屬，它們對人體健康存在長期危害。為了有效監測這些污染物，原子吸收光譜法（AAS)被廣泛應用于食品中重金屬的分析。本研究結合共沉淀法和火焰原子吸收光譜法，采用標準溶液繪制工作曲線，研究并優化了金屬離子的分離、富集過程。本文旨在探索一種高效、靈敏且準確的方法，用于食品中微量重金屬的測定，

1 材料與方法

1.1材料與試劑

本實驗所用材料主要包括市售的10種花生樣品，這些樣品均來自不同地區和品牌，以確保數據的代表性。花生樣品在實驗前均去除外皮，使用研缽和研杵將其磨碎成均勻的細粉末，置于干燥器中備用。

試劑方面，采用國家標準物質中心提供的鎳（Ni）、鉛（Pb）和鎘（Cd）標準溶液，濃度均為 1000μg/mL ，用于繪制工作曲線和加標回收率實驗。二苯偶氮碳酰肼（Diphenylcarbazide，DPC， C₁₃H₁₂N₄O ），為優級純試劑，購自國內知名化學試劑公司，作為鎳和鎘的共沉淀劑。無水乙醇（ C₂H₅OH ）、無水乙酸鈉（ CH₃COONa ）、七水合硫酸鋅( ZnSO₄?7H₂O ）、氯化銨（ NH₄Cl ）、濃氨水（ NH₃?H₂O ，質量分數為 25%～28% ）、冰乙酸 ( CH₃COOH 和五水合硫酸銅 (CuSO₄?5H₂O 等試劑，均為分析純，購自國藥集團化學試劑有限公司。

此外，為確保實驗的準確性和可靠性，所有溶液的配制均使用新鮮制備的二次蒸餾水，水的電阻率不低于 18.2MΩ/cm ，避免了水中雜質對實驗結果的干擾。實驗過程中所用所有玻璃器皿在使用前均經酸洗處理，具體方法為：先用洗滌劑清洗，再依次用自來水、去離子水沖洗，然后在 5% 硝酸溶液中浸泡24小時，最后用二次蒸餾水沖洗3次，烘干備用。

為防止試劑之間的交叉污染，每次取用試劑時均使用專用的移液器和滴定管，且操作人員佩戴無粉乳膠手套，確保實驗的嚴謹性和可靠性。

1.2實驗儀器

本研究中使用的主要儀器設備包括：（1）原子吸收分光光度計（PinAAcle900T，珀金埃爾默公司）。配備火焰和石墨爐雙模式，采用空氣-乙炔火焰，波長分別設定為Ni（ 232.0nm ）、Pb(283.3nm）和Cd( 228.8nm ），帶有背景校正功能，提高測定的準確性；（2）pH計（梅特勒-托利多S220型）。用于精確測定溶液的 pH 值，精度達 ±0.01 ，確保共沉淀過程中的最佳pH條件；（3)高速冷凍離心機（H1850R，湘儀）。最高轉速達 18000rpm ，可在低溫條件下快速分離沉淀，防止熱量對樣品的影響；（4）微量移液器（大龍DLAB）。量程覆蓋0.1μL 至 10mL ，精確移取試劑和標準溶液，減少體積誤差。（5）超純水制備系統（SynergyUV，密理博）。制備電阻率 18.2MΩ?cm 的超純水，確保溶液配制的純凈度[21；（6)電子分析天平（梅特勒-托利多XS105DU型）。感量為 0.01mg ，用于精確稱量樣品和試劑，保證質量的準確性；（7）萬用電爐（FL-2Y型）。用于樣品的消解和加熱處理，溫度可控，提供均勻的加熱環境；（8)多管漩渦混合器（NV-2800型）。用于溶液的混勻處理，提高反應的充分性。此外，實驗過程中還使用了容量瓶（ (50mL，100mL， 250mL ）、移液管、比色Ⅲ等常規實驗器具，所有玻璃器皿在使用前均經過嚴格的清洗和烘干處理，確保實驗結果的可靠性。

1.3共沉淀過程

為有效分離和富集樣品中的鎳、鎘和鉛離子，本研究采用共沉淀法進行預處理。具體步驟如下：首先，準確吸取 40mL 含已知量Ni、Cd、Pb的混合標準溶液，其中Ni、Pb各 50μg ，Cd為 向溶液中加入 0.5mL 濃度為 1000mg/L 的 Zn 標準溶液，作為共沉淀載體。加入 0.5mL 質量分數為 0.2% 的二苯偶氮碳酰肼（DPC）溶液，作為沉淀劑，與目標金屬離子形成穩定的配合物。其次，使用pH計測定溶液的初始pH值。為使金屬離子充分沉淀，于溶液中逐滴加入氯化銨-氨水緩沖溶液，將pH值調節至 10.0 在該pH條件下，Ni-DPC和Cd-DPC配合物沉淀完全，而Pb由于形成的配合物溶解度較大，未被沉淀。再次，將溶液在室溫下靜置30分鐘，給予充分的反應時間，使沉淀物完全形成。隨后，將混合溶液置于高速離心機中，以 5000rpm 的速度離心5分鐘，促使沉淀與上清液徹底分離。最后，離心結束后，小心倒出上清液，用少量二次蒸餾水洗滌沉淀，以除去吸附在沉淀表面的雜質離子。然后，加入1mL濃硝酸溶解沉淀，使金屬離子重新進入溶液中，并以二次蒸餾水定容至 10mL ，待測[3]。

對于Pb的測定，由于其未在上述條件下沉淀，故直接取上清液進行火焰原子吸收光譜法測定。在整個操作過程中，嚴格控制實驗條件，確保共沉淀

過程的重現性和有效性。

1.4樣品前處理

為了準確測定花生樣品中重金屬元素的含量，需對樣品進行消解處理。具體步驟為：首先，取已磨碎的花生粉末 1.0000g （精確至 0.0001g ）置于50mL聚四氟乙烯消解罐中。向其中加入 10mL 高純度的濃硝酸（ HNO₃ ）和 2mL 高氯酸( HClO₄ ），蓋緊消解罐蓋子，輕輕搖勻，使樣品與酸充分接觸，靜置過夜，促進初步消解。第二天，將消解罐置于電熱板上，加熱至 150°C ，開始消解。隨著加熱的進行，溶液逐漸變為棕黃色，待冒出大量棕紅色二氧化氮（ NO₂ ）氣體時，降低溫度至 120°C ，繼續加熱，直至溶液顏色轉為淺黃色，且無明顯氣體逸出。其次，提高溫度至 180^°C ，促使高氯酸發揮強氧化性，溶液中會出現白色濃煙（氯化氫和氯氣），此時應注意通風，繼續加熱至溶液透明且近乎干燥，但避免加熱至完全干涸，以防止金屬元素的損失。最后，消解完成后，待樣品冷卻至室溫，用少量二次蒸餾水潤洗消解罐壁，將消解液轉移至 100mL 容量瓶中，以二次蒸餾水定容至刻度，充分搖勻，作為待測溶液。

在整個消解過程中，嚴格控制溫度和酸的用量，確保有機物完全分解，金屬元素以離子形式存在于溶液中，避免因殘留有機質或未完全消解導致的測定誤差。

2 結果與分析

2.1標準曲線和檢出限

為了確保測定的準確性和可靠性，需首先繪制Ni、 Pb 、Cd的工作曲線。具體方法如下：

分別準確移取0、25、50、100、 150μL 和 1200μL 濃度為 1000μg/mL 的Ni、 Pb 、Cd標準溶液，置于6個50mL 容量瓶中，每瓶均加入適量二次蒸餾水使總體積達到 40mL 。向每個容量瓶中加人 .0.5mL 濃度為1000mg/ L的Zn溶液、 0.5mL 濃度為 1000mg/ L的Cu溶液，以及 0.5mL 質量分數為 0.2% 的DPC溶液。

使用氨水和氯化銨將溶液的pH值調節至10.0，并以二次蒸餾水定容至 50mL 。靜置30分鐘后，進行離心分離，棄去上清液，將沉淀溶于 1mL 濃硝酸中，并以二次蒸餾水定容至 10mL ，得到系列濃度分別為 0，2.5，5.0，10.0，15.0，20.0μg/mL 的金屬離子標準溶液。

利用火焰原子吸收分光光度計，分別測定各標準溶液中Ni、Pb、Cd的吸光度，以濃度為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線。結果顯示，Ni、Pb、Cd的標準曲線均呈良好的線性關系，相關系數 (R²) 分別為0.9995、0.9994和0.9992，線性方程如下[4]：

Ni: Y=0.3826X+0.0018 （204號 Pb: Y=0.0194X+0.0009 Cd: Y=0.4136X+0.0013

通過計算3倍信噪比的方法，確定各元素的檢出限，結果為：Ni為 0.0078μg/mL ，Pb為0.0750μg/mL ，Cd為 0.0032μg/mL_? 具體數據見表1。

上述結果表明，方法具有良好的靈敏度和線性范圍，適合于待測樣品中Ni、 Pb. Cd的含量測定。

2.2加標回收率及精密度

為驗證方法的準確性和精密度，選取已知濃度的標準溶液進行加標回收實驗。具體操作為：在已處理的花生樣品溶液中，分別加入 1.00μg/mL 和5.00μg/mL 的Ni、 Pb 、Cd標準溶液，按照上述共沉淀和測定方法進行處理。每個濃度水平平行測定三次，計算平均回收率和相對標準偏差（RSD）。

結果顯示，各元素在不同濃度水平下的平均回收率均在 98.94% 至 99.32% 之間，RSD在 0.33% 至2.26% 之間，表明方法具有良好的準確性和重復性。具體數據見表2。

由上述結果可見，本方法在測定花生樣品中Ni、 Pb 、Cd含量時，具有高的準確性和精密度，滿足相關分析檢測要求。

2.3樣品分析

采用上述方法對10份花生樣品進行了測定，結果表明，各樣品中均檢出了Ni、 Pb 、Cd三種重金屬元素。Ni的含量范圍為 0.451.20mg/kg ，平均值為0.81mg/kg ；Pb的含量范圍為 0.080.20mg/kg ，平均值為 0.16mg/kg ；Cd的含量范圍為 0.25～0.45mg/kg 平均值為 0.35mg/kg 。

為評估花生樣品中重金屬污染情況，將測定結果與GB2762—2022《食品安全國家標準食品中污染物限量》進行比較。結果顯示，所有樣品中Ni、Pb、Cd的含量均未超過國家標準規定的限量值，具體見表3。

通過對數據的分析，可以看出花生樣品中Ni和

Cd的檢出率較高，分別為 60% 和 70% ，這可能與土壤中重金屬含量及環境污染有關。而Pb的檢出率為30% ，相對較低。盡管如此，所有樣品中重金屬含量均符合國家食品安全標準，表明所檢測的花生樣品在食用安全范圍內。

3討論

本研究采用二苯偶氮碳酰腫（DPC）作為共沉淀劑，結合火焰原子吸收分光光度法，對花生樣品中的鎳、鉛、鎘進行了測定。方法驗證結果顯示，該方法具有良好的靈敏度和線性范圍，鎳、鉛、鎘的檢出限分別為 0.0078μg/mL，0.0750μg/mL 和 0.0032μg/mL ，滿足微量重金屬檢測的要求。加標回收率在 98.94% 至 99.32% 之間，相對標準偏差（RSD）在 0.33% 至 2.26% 之間，表明方法的準確性和精密度均較高，可滿足實際樣品分析的需求[5]

在對10份花生樣品的測定中，發現鎳和鎘的檢出率較高，分別為 60% 和 70% ，而鉛的檢出率相對較低，為 30% 。樣品中鎳的含量范圍為 0.45mg/kg 至 1.20mg/kg ，平均值為 0.81mg/kg ；鉛的含量范圍為 0.08mg/kg 至 0.20mg/kg ，平均值為 0.16mg/kg 鎘的含量范圍為 0.25mg/kg 至 0.45mg/kg ，平均值為0.35mg/kg_? 這些結果均未超過GB2762—2022《食品安全國家標準食品中污染物限量》規定的限量值，說明所檢測的花生樣品在食用安全范圍內。鎳和鎘的高檢出率可能與土壤重金屬污染和環境因素有關。工業廢水排放、大氣沉降、農藥和化肥的使用都可能導致土壤中鎳和鎘的積累，進而被植物吸收。花生作為根莖類作物，其根系直接與土壤接觸，更容易吸收重金屬離子。相比之下，鉛的檢出率較低，可能與其在土壤中的生物有效性較低或花生對鉛的富集能力較弱有關。

總的來說，本研究方法學具有高效、靈敏、準確的特點，適用于花生及類似農產品中重金屬的檢測。然而，樣品數量有限，且只涉及市售的花生，未能全面反映不同地區、不同種植方式下花生中重金屬含量的差異。未來應擴大樣品采集范圍，深入研究土壤性質、環境污染、農業措施等對花生中重金屬富集的影響。

[2]劉貴榮，劉世聰.鈉對原子吸收測定重金屬廢水中鉛，鎘的影響[J].甘肅冶金，2024，46(1):141-143.

[3]張志偉，孫振洲，曾偉男.石墨爐原子吸收法測定鉛，鎘含量時參數的優化[J].化工安全與環境，2024，37(4):35-38.

[4]徐惠，余磊.幾種農產品運用原子吸收儀進行重金屬檢測的探析[J].現代食品，2023，29(4):177-179.

[5]侯志遠.微波輔助提取-原子吸收光譜法測定食品中鉛，鎘，錳，鋅[J].食品安全導刊，2023(26):114-116.

作者簡介

參考文獻

李靜，本科，高級工程師，研究方向為檢驗檢測、食品安全風險監測。

[1]胡秀芳.濕法消解-石墨爐原子吸收光譜法在土壤鎘測定中的應用[J].中國標準化，2018 (S1):181-184+196.

(責任編輯：袁文靜）