微波消解—浊点萃取原子吸收光谱法测定粮食中的铜

夏昊云+乔秋菊

摘要：建立以8-羟基喹啉（8-HQ）为络合剂、TritonX-114为表面活性剂的浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定痕量金属铜的分析方法，对影响金属离子萃取率的主要试验条件进行优化。结果表明，在最佳条件下，该方法检出限为0.60 μg/L，相关系数为0.9986，RSD为3.1%，富集倍数为15倍。结合微波消解的预处理技术，将其应用于粮食中痕量铜（Ⅱ）的测定，加标回收率为97.6%～100.8%。

关键词：铜；微波消解；浊点萃取；火焰原子吸收光谱法；粮食

中图分类号： O657.31文献标志码： A文章编号：1002-1302（2014）02-0250-03

收稿日期：2013-05-28

基金项目：江苏省高等学校大学生实践创新训练计划（编号：201313842014Y）。

作者简介：夏昊云（1980—），女，江苏泰州人，硕士，讲师，主要从事痕量分析及其应用研究。E-mail：xiahaoyun@163.com。铜是人体必需微量元素之一[1]，对人体内分泌、造血细胞的生长都有一定的生理作用，但摄入过量也会引起多种疾病。我国国家标准中规定粮食中铜含量不得高于 10 mg/kg，因此了解天然食物中含铜量对人们合理安排膳食具有重要意义。当非离子表面活性剂的水溶液加热超过某一温度时，溶液出现浑浊和相分离，这种现象称为浊点现象，此时的温度称为浊点温度。浊点萃取（cloud point extraction，CPE）以非离子表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通过改变试验参数引发疏水性物质和亲水性物质的分离。因为表面活性剂相的体积远小于水相，所以分析物在与基体分离的同时也得到了一定程度的富集。与传统液-液萃取技术相比较，它不使用挥发性有机溶剂，对环境无污染[2]，满足了绿色分析发展的需要[3]。

目前测定微量铜的常见方法有分光光度法[4]、火焰原子吸收光谱法[5-7]、石墨炉原子吸收光谱法[8]、电感耦合等离子体发射光谱法[9]。火焰原子吸收光谱法操作简便、分析速度快，结合浊点萃取的预处理技术，大大提高了测定灵敏度，改善了分析性能。本研究以8-羟基喹啉为络合剂，以Triton X-114 为表面活性剂，采用浊点萃取与火焰原子吸收光谱联用法测定微波消解后粮食中的痕量铜，结果表明该方法能够获得较低的检出限和较高的萃取率，用于实际样品分析，结果令人满意。

1材料与方法

1.1材料

大米、玉米、荞麦、绿豆样品，为市售。

1.2仪器

TAS-990原子吸收分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）及铜空心阴极灯；XT-9900型智能微波消解仪（上海新拓微波溶样测试技术有限公司）；AL204电子天平[梅特勒-托利多仪器（上海）有限公司]。

1.3试剂

1 000 μg/mL铜标准储备液（北京有色金属研究总院）；20 μg/mL铜标准使用液（稀释铜标准储备液得到）；磷酸系列缓冲溶液；Triton-114（上海凌峰化学试剂有限公司）；8-羟基喹啉（中国医药集团上海化学试剂有限公司）；硝酸甲醇溶液（体积比1 ∶9）。试验试剂均为分析纯，试验用水为超纯水。

Triton-114配成5%的水溶液。0.010 mol/L 8-羟基喹啉溶液配置：称取0.145 g 8-羟基喹啉，用0.10 mol/L盐酸溶液溶解后，以超纯水稀释至100 mL。

1.4试验方法

1.4.1原子吸收分光光度计测定条件波长325.3 nm，灯电流0.6 mA，狭缝宽度0.5 nm，燃烧器高度5 mm，光谱带宽0.4 nm，乙炔流量1.5 L/min，空气流量6 L/min。

1.4.2样品的预处理称取约0.500 0 g粉碎均匀的粮食样品置于消解罐中，同时做试剂空白；加入5mL优级纯硝酸，充分混匀，再加入2 mL 30%H2O2，装好外消解罐；调试好微波消解仪，选择消解条件进行消解，消解程序见表1。消解完毕，取出消化罐冷却至室温后，加热赶酸至2 mL，以1%硝酸溶液定量转移并定容至25 mL，混匀后待用。

1.4.3浊点萃取和测定方法取一定量铜工作溶液于 10 mL 离心管中（为使试验数据更加精确，先对离心管的刻度进行重新标定），加入0.010 mol/L 8-羟基喹啉溶液1.5 mL，用磷酸缓冲溶液调节溶液pH值为7.5，静置20 min后，加入体积分数5%的TritonX-114溶液0.5 mL，用去离子水稀释至10 mL，摇匀，置于50 ℃恒温水浴中，加热25 min后，趁热以3 000 r/min离心5 min使分相。分相后的溶液置于冰浴中冷却至接近0 ℃，使表面活性剂相变成黏滞的液相，然后弃去水相，加入0.2 mL硝酸甲醇溶液，以降低表面活性剂相的黏度，并用超纯水定容至2 mL，摇匀后直接使用原子吸收分光光度计（FAAS）对铜含量进行测定。

2结果与分析

2.1萃取条件的选择

2.1.1溶液pH值溶液的pH值主要影响络合物的形成，合适的酸度条件有利于金属离子与络合剂形成稳定的螯合物，获得满意的萃取率。试验考察了pH值在5.0～8.5时体系的萃取效果，发现铜的吸光度随pH值的升高而逐步增大，在pH值为7.5～8.0时吸光度达到最大且保持相对稳定（图1），因此本试验选取的溶液pH值为7.5。

2.1.2络合剂8-羟基喹啉用量络合剂的用量对浊点萃取的效率有很大影响，络合剂用量过大会使溶液产生一定沉淀，影响原子吸收光谱的测定；而用量过少则铜不能被完全络合。试验考察了0.010 mol/L 8-HQ溶液的用量对萃取率的影响，当8-HQ用量大于1.5 mL时，铜的吸光度达到最大且保持相对稳定（图2），因此本试验选取的8-HQ用量为 1.5 mL。endprint

2.1.3表面活性剂TritonX-114用量浊点萃取的富集效果取决于水相与表面活性剂相两相的体积比，在保证萃取完全的前提下，扩大相比，可提高萃取效率和富集能力，而TritonX-114浓度的大小决定了表面活性剂相体积的大小。试验考察了表面活性剂用量为0.3～2.5 mL时对萃取率的影响，结果表明当5%TritonX-114用量为1.0 mL时，铜的吸光度达到最大（图3），因此选取TritonX-114的用量为1.0 mL。

2.1.4平衡温度和时间合适的平衡温度和时间对反应的完成、相分离和萃取效率都很重要。为了在尽可能低的平衡温度和最短的时间达到完全萃取，试验了不同温度和时间对萃取率的影响。试验发现50 ℃时溶液出现明显的相界面，平衡时间25 min时可以萃取完全（图4），因此本试验选择在 50 ℃ 中加热25 min。

2.1.5黏度浊点萃取后得到的表面活性剂相是黏稠的液体，为了方便地把表面活性剂富集相引入原子吸收分光光度计的雾化器，在相分离后可加入硝酸甲醇溶液来降低黏度。本试验发现，当加入硝酸甲醇溶液体积为0.2 mL时，铜的吸光度最大；当加入体积小于0.2 mL时，由于溶液黏度下降，吸收信号减小（图5）。因此试验中选取0.2 mL为最佳黏度调节剂用量。

2.2分析特性

在最佳试验条件下，加入0.02、0.04、0.08、0.12、0.16 mg/L 铜离子标准溶液系列经浊点萃取后可得到吸光度（D）与铜离子浓度（C）的校正曲线D=0.975 1C+0.039（校正曲线的线性范围为0～0.2 mg/L），相关系数为0.998 6。连续测定11次空白溶液求得检出限（3σ）为0.60 μg/L，对100 μg/L铜平行富集测定11次，得到相对标准偏差RSD为3.1%。用常规火焰原子吸收法测定铜离子含量所得的校正曲线为D=0.065C-0.002。由对比可知，浊点萃取富集后铜测定灵敏度约是原来的15倍。

2.3共存离子干扰试验

试验考察了常见干扰离子对铜（100 μg/L）的浊点萃取效率的影响，结果表明：当相对误差绝对值不大于5%时，质量倍数200倍的Na+、K+，80倍的Al3+、Ca2+、Zn2+，50倍的Mn2+、Cd2+、Fe2+，10倍的Ag+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、F-、SO42+、PO43+、Ac-，3倍的Ni2+、Cr3+、Mg2+对测定无干扰；Fe3+对测定有干扰，可加入抗坏血酸消除干扰。

2.4实际样品测定

按本试验“1.4”方法对市售粮食样品中的铜含量进行测定，加标回收试验结果表明，回收率在97.6%～101.8%之间（表2）。

3结论

浊点萃取是一种简单、安全、快捷的分离富集痕量金属的方法。TritonX-114作为浊点萃取剂具有低浊点温度、高密度等优点。本研究以8-羟基喹啉为络合剂、以TritonX-114为萃取剂测定铜含量，确定了试验最佳条件，并成功地与火焰原子吸收分光光度法联用测定了微波消解后粮食样品中的铜含量。该法具有分析快速、成本低廉和操作简便等优点。

参考文献：

[1]中国预防科学医学院. 食物成分表[M]. 北京：人民卫生出版社，1992：54.

[2]马岳，阎哲，黄骏雄. 浊点萃取在生物大分子分离及分析中的应用[J]. 化学进展，2001，13（1）：25-32.

[3]Keith L H，Gron L U，Young J L. Green analytical methodologies[J]. Chem Rev，2007，107（6）：2695-2708.

[4]金洪株，张晓霞，张敏. 浊点萃取-分光光度法测定水样中痕量铜的研究[J]. 长春理工大学学报：自然科学版，2009，32（1）：154-156.

[5]胡艳，贾文平. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定某些中药中的铜含量[J]. 化学研究与应用，2010，22（5）：648-651.

[6]Citak D，Tuzen M. A novel preconcentration procedure using cloud point extraction for determination of lead，cobalt and copper in water and food samples using flame atomic absorption spectrometry[J]. Food and Chemical Toxicology，2010，48（5）：1399-1404.

[7]杨方文，王洪波，张波. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定荔枝和桂圆肉中痕量铜[J]. 化学研究与应用，2011，23（7）：951-954.

[8]韩平，马智宏，付伟利，等. 原子吸收光谱法测定芦苇中重金属（铜、锌、铅、镉）[J]. 分子科学学报，2010，26（1）：33-36.

[9]李文东，张林，王琼，等. ICP-AES测定高含量锌、镉和铜[J]. 光谱实验室，2011，28（5）：2310-2312.endprint

2.1.3表面活性剂TritonX-114用量浊点萃取的富集效果取决于水相与表面活性剂相两相的体积比，在保证萃取完全的前提下，扩大相比，可提高萃取效率和富集能力，而TritonX-114浓度的大小决定了表面活性剂相体积的大小。试验考察了表面活性剂用量为0.3～2.5 mL时对萃取率的影响，结果表明当5%TritonX-114用量为1.0 mL时，铜的吸光度达到最大（图3），因此选取TritonX-114的用量为1.0 mL。

2.1.4平衡温度和时间合适的平衡温度和时间对反应的完成、相分离和萃取效率都很重要。为了在尽可能低的平衡温度和最短的时间达到完全萃取，试验了不同温度和时间对萃取率的影响。试验发现50 ℃时溶液出现明显的相界面，平衡时间25 min时可以萃取完全（图4），因此本试验选择在 50 ℃ 中加热25 min。

2.1.5黏度浊点萃取后得到的表面活性剂相是黏稠的液体，为了方便地把表面活性剂富集相引入原子吸收分光光度计的雾化器，在相分离后可加入硝酸甲醇溶液来降低黏度。本试验发现，当加入硝酸甲醇溶液体积为0.2 mL时，铜的吸光度最大；当加入体积小于0.2 mL时，由于溶液黏度下降，吸收信号减小（图5）。因此试验中选取0.2 mL为最佳黏度调节剂用量。

2.2分析特性

在最佳试验条件下，加入0.02、0.04、0.08、0.12、0.16 mg/L 铜离子标准溶液系列经浊点萃取后可得到吸光度（D）与铜离子浓度（C）的校正曲线D=0.975 1C+0.039（校正曲线的线性范围为0～0.2 mg/L），相关系数为0.998 6。连续测定11次空白溶液求得检出限（3σ）为0.60 μg/L，对100 μg/L铜平行富集测定11次，得到相对标准偏差RSD为3.1%。用常规火焰原子吸收法测定铜离子含量所得的校正曲线为D=0.065C-0.002。由对比可知，浊点萃取富集后铜测定灵敏度约是原来的15倍。

2.3共存离子干扰试验

试验考察了常见干扰离子对铜（100 μg/L）的浊点萃取效率的影响，结果表明：当相对误差绝对值不大于5%时，质量倍数200倍的Na+、K+，80倍的Al3+、Ca2+、Zn2+，50倍的Mn2+、Cd2+、Fe2+，10倍的Ag+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、F-、SO42+、PO43+、Ac-，3倍的Ni2+、Cr3+、Mg2+对测定无干扰；Fe3+对测定有干扰，可加入抗坏血酸消除干扰。

2.4实际样品测定

按本试验“1.4”方法对市售粮食样品中的铜含量进行测定，加标回收试验结果表明，回收率在97.6%～101.8%之间（表2）。

3结论

浊点萃取是一种简单、安全、快捷的分离富集痕量金属的方法。TritonX-114作为浊点萃取剂具有低浊点温度、高密度等优点。本研究以8-羟基喹啉为络合剂、以TritonX-114为萃取剂测定铜含量，确定了试验最佳条件，并成功地与火焰原子吸收分光光度法联用测定了微波消解后粮食样品中的铜含量。该法具有分析快速、成本低廉和操作简便等优点。

参考文献：

[1]中国预防科学医学院. 食物成分表[M]. 北京：人民卫生出版社，1992：54.

[2]马岳，阎哲，黄骏雄. 浊点萃取在生物大分子分离及分析中的应用[J]. 化学进展，2001，13（1）：25-32.

[3]Keith L H，Gron L U，Young J L. Green analytical methodologies[J]. Chem Rev，2007，107（6）：2695-2708.

[4]金洪株，张晓霞，张敏. 浊点萃取-分光光度法测定水样中痕量铜的研究[J]. 长春理工大学学报：自然科学版，2009，32（1）：154-156.

[5]胡艳，贾文平. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定某些中药中的铜含量[J]. 化学研究与应用，2010，22（5）：648-651.

[6]Citak D，Tuzen M. A novel preconcentration procedure using cloud point extraction for determination of lead，cobalt and copper in water and food samples using flame atomic absorption spectrometry[J]. Food and Chemical Toxicology，2010，48（5）：1399-1404.

[7]杨方文，王洪波，张波. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定荔枝和桂圆肉中痕量铜[J]. 化学研究与应用，2011，23（7）：951-954.

[8]韩平，马智宏，付伟利，等. 原子吸收光谱法测定芦苇中重金属（铜、锌、铅、镉）[J]. 分子科学学报，2010，26（1）：33-36.

[9]李文东，张林，王琼，等. ICP-AES测定高含量锌、镉和铜[J]. 光谱实验室，2011，28（5）：2310-2312.endprint

2.1.3表面活性剂TritonX-114用量浊点萃取的富集效果取决于水相与表面活性剂相两相的体积比，在保证萃取完全的前提下，扩大相比，可提高萃取效率和富集能力，而TritonX-114浓度的大小决定了表面活性剂相体积的大小。试验考察了表面活性剂用量为0.3～2.5 mL时对萃取率的影响，结果表明当5%TritonX-114用量为1.0 mL时，铜的吸光度达到最大（图3），因此选取TritonX-114的用量为1.0 mL。

2.1.4平衡温度和时间合适的平衡温度和时间对反应的完成、相分离和萃取效率都很重要。为了在尽可能低的平衡温度和最短的时间达到完全萃取，试验了不同温度和时间对萃取率的影响。试验发现50 ℃时溶液出现明显的相界面，平衡时间25 min时可以萃取完全（图4），因此本试验选择在 50 ℃ 中加热25 min。

2.1.5黏度浊点萃取后得到的表面活性剂相是黏稠的液体，为了方便地把表面活性剂富集相引入原子吸收分光光度计的雾化器，在相分离后可加入硝酸甲醇溶液来降低黏度。本试验发现，当加入硝酸甲醇溶液体积为0.2 mL时，铜的吸光度最大；当加入体积小于0.2 mL时，由于溶液黏度下降，吸收信号减小（图5）。因此试验中选取0.2 mL为最佳黏度调节剂用量。

2.2分析特性

在最佳试验条件下，加入0.02、0.04、0.08、0.12、0.16 mg/L 铜离子标准溶液系列经浊点萃取后可得到吸光度（D）与铜离子浓度（C）的校正曲线D=0.975 1C+0.039（校正曲线的线性范围为0～0.2 mg/L），相关系数为0.998 6。连续测定11次空白溶液求得检出限（3σ）为0.60 μg/L，对100 μg/L铜平行富集测定11次，得到相对标准偏差RSD为3.1%。用常规火焰原子吸收法测定铜离子含量所得的校正曲线为D=0.065C-0.002。由对比可知，浊点萃取富集后铜测定灵敏度约是原来的15倍。

2.3共存离子干扰试验

试验考察了常见干扰离子对铜（100 μg/L）的浊点萃取效率的影响，结果表明：当相对误差绝对值不大于5%时，质量倍数200倍的Na+、K+，80倍的Al3+、Ca2+、Zn2+，50倍的Mn2+、Cd2+、Fe2+，10倍的Ag+、Pb2+、Ba2+、Sr2+、F-、SO42+、PO43+、Ac-，3倍的Ni2+、Cr3+、Mg2+对测定无干扰；Fe3+对测定有干扰，可加入抗坏血酸消除干扰。

2.4实际样品测定

按本试验“1.4”方法对市售粮食样品中的铜含量进行测定，加标回收试验结果表明，回收率在97.6%～101.8%之间（表2）。

3结论

浊点萃取是一种简单、安全、快捷的分离富集痕量金属的方法。TritonX-114作为浊点萃取剂具有低浊点温度、高密度等优点。本研究以8-羟基喹啉为络合剂、以TritonX-114为萃取剂测定铜含量，确定了试验最佳条件，并成功地与火焰原子吸收分光光度法联用测定了微波消解后粮食样品中的铜含量。该法具有分析快速、成本低廉和操作简便等优点。

参考文献：

[1]中国预防科学医学院. 食物成分表[M]. 北京：人民卫生出版社，1992：54.

[2]马岳，阎哲，黄骏雄. 浊点萃取在生物大分子分离及分析中的应用[J]. 化学进展，2001，13（1）：25-32.

[3]Keith L H，Gron L U，Young J L. Green analytical methodologies[J]. Chem Rev，2007，107（6）：2695-2708.

[4]金洪株，张晓霞，张敏. 浊点萃取-分光光度法测定水样中痕量铜的研究[J]. 长春理工大学学报：自然科学版，2009，32（1）：154-156.

[5]胡艳，贾文平. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定某些中药中的铜含量[J]. 化学研究与应用，2010，22（5）：648-651.

[6]Citak D，Tuzen M. A novel preconcentration procedure using cloud point extraction for determination of lead，cobalt and copper in water and food samples using flame atomic absorption spectrometry[J]. Food and Chemical Toxicology，2010，48（5）：1399-1404.

[7]杨方文，王洪波，张波. 浊点萃取-火焰原子吸收光谱法测定荔枝和桂圆肉中痕量铜[J]. 化学研究与应用，2011，23（7）：951-954.

[8]韩平，马智宏，付伟利，等. 原子吸收光谱法测定芦苇中重金属（铜、锌、铅、镉）[J]. 分子科学学报，2010，26（1）：33-36.

[9]李文东，张林，王琼，等. ICP-AES测定高含量锌、镉和铜[J]. 光谱实验室，2011，28（5）：2310-2312.endprint