悬浮液进样-石墨炉原子吸收光谱法测定大米中铅的含量

2014-12-03

怀化学院学报 2014年11期

(怀化学院化学与化学工程系，湖南怀化 418000)

大米是我国大部分地区的主粮.但随着环境恶化、“三废”污染加剧以及加工、包装过程中污染等原因，大米中铅等重金属超标已成为关乎食品安全的重要议题[1，2].食品中铅含量测定的标准方法是原子吸收光谱法(GB5009，12-2010 食品安全国家标准).但该方法需在测定前采用干灰化法或湿消化法(包括微波消解法)对样品进行前处理，将试样中各种形态的铅转入溶液才能进样测定[3-7].而无论哪种消解方法，均在一定程度上有操作繁复、耗时长、样品容易受到二次污染或损失等问题.近年，悬浮液直接进样原子吸收光谱法在痕(微)量金属分析中得到研究[8-12]，但用于测定大米中的铅尚未见报道.

悬浮液直接进样—石墨炉原子吸收光谱法的原理是充分利用了石墨炉本身对样品基体具有灰化处理能力这一特点，样品无需消化而直接进样测定.其中，悬浮液的制备是该技术的关键之一，它直接决定了样品的均匀性、稳定性和取样的代表性.另外，由于样品未经消化就直接进样，基体干扰大.为此，需要采用基体改进技术，以得到更高的灰化温度和更长的灰化时间.此外，升温程序选择是否得当，将对结果产生很大影响，因此其升温程序的选择也是至关重要的.本文就稳定悬浮液的制备、最佳升温程序等进行了实验研究.结果表明，该方法用于测定大米中铅的含量，准确度、灵敏度高，且速度快，干扰少.

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与样品

1.1.1 仪器

AA-6300C原子吸收分光光度计 (日本岛津公司);AB204-N 电子分析天平(梅特勒);101-1AB型电热鼓风干燥箱(天津市泰斯特仪器有限公司);FY135 中草药粉碎机.

常规玻璃仪器经10%硝酸溶液浸泡24 h 以上，临用前用高纯水冲洗干净，晾干备用.

1.1.2 试剂与样品

试剂:浓硝酸(GR)，琼脂(AR)，实验用水为高纯水.

样品:四种不同品种的大米，分别为珍珠米、糯米、银针米、稻花香米.

1.2 溶液配制

(1)铅标准储备液(1 000 mg/L)

准确称取1.0000 g 金属铅(99.99%)，分次加少量浓硝酸，加热溶解，总量不超过30 mL，移入1000 mL 容量瓶，加高纯水定容至刻度.摇匀.

(2)铅标准溶液(100 ng/mL):上述铅标准储备液，加3%硝酸稀释而成.

(3)0.15%琼脂溶液:称取1.5 g 琼脂于1 L 烧杯中，加入约0.6 L 水，搅拌均匀后静置过夜.加热至微沸，保持微沸至溶液透明，补加水至1 L，冷却待用.

(4)NH4H2PO4(10%):称取10.0 g NH4H2PO4用水定容至100 mL.

1.3 仪器条件

原子吸收分光光度计工作条件和石墨炉升温程序分别见表1和表2.

表1 原子吸收分光光度计工作条件

表2 石墨炉升温程序

1.4 样品预处理

将四种不同的大米样品分别置于100 ml 烧杯中用水漂洗几次，再用高纯水洗3次，然后在60～70℃烘箱中烘干至恒重，烘干后用粉碎机粉碎，粉碎后过100目筛装入试剂瓶中，贴上标签后置于干燥器中备用.

1.5 悬浮液制备与进样测定

准确称取过100 目筛的大米样品0.5000 g 置于50 ml 容量瓶中，加5 ml NH4H2PO4溶液，用0.15%琼脂溶液定容至刻度，摇匀，再转移到50 ml 烧杯中用磁力搅拌器搅拌10 min 形成均匀稳定的悬浮液.

将悬浮液倒入样品杯中，采用自动进样器进样20 uL，按表1及表2的仪器工作条件进行测定.用0.15%琼脂溶液测定试剂空白.

2 结果与方法学验证

2.1 工作曲线绘制

图1 铅工作曲线

量取100 ng/mL Pb 标准液2.5、5.0、7.5、10.0、12.5 mL至50 mL 容量瓶中，用0.15%琼脂溶液定容配制成浓度为5、10、15、20、25 ng/mL的工作液.以0.15%琼脂溶液为空白，在前述测定条件下，采用自动进样器进样20 uL，测定Pb元素标准系列溶液的吸光度，绘制工作曲线，如图1所示.

由图可知，线性回归方程:Abs =0.004634CPb+0.00435，相关系数r=1.0000，线性良好.

2.2 样品测定结果

对银针米等4种大米进行了测定，结果如表3所示.

表3 样品测定结果

可见几种大米中铅的含量都小于国家规定的限量标准0.2 mg/kg.

2.3 检出限测定

检出限为某特定方法在给定的置信度内可从样品中检出待测物质的最小浓度或量.对空白溶液重复测量6次，记录吸光度，以吸光度标准偏差的三倍与标准曲线的斜率的比值，计算检出限.

实验测得在该方法中铅的检出限为0.22 ng/mL.

2.4 精密度试验

仪器精密度试验是为了检验仪器的稳定性和精密性.指用相同方法对同一样品溶液进行多次测定，考察各个测定值彼此接近的程度.具体如下:取同一样品待测液，连续测定7次.计算其相对标准偏差.结果如表4所示，其相对标准偏差为3.61%，表明仪器精密度良好.

表4 精密度实验结果

2.5 重复性试验

指在同一条件下对同一批样品，从样品供试品液制备开始，制备多份供试品溶液.每份供试品液再分别进行测定，测定所得到的数据进行统计学处理，计算平均值和相对标准偏差.具体如下:取同一样品5份，按上述制备方法，平行处理并测定.结果如表5.

表5 重复性试验结果(n=5)

可见，相对标准偏差均小于5%，重复性良好.

2.6 加标回收率

加标回收试验是用于确定实验测定结果的准确性.取1种样品分别加入一定量的铅标准溶液按照与测定样品相同的步骤进行加标回收率试验，计算回收率.结果如表6所示.由表3.7可知悬浮液直接进样的回收率在96.0%～99.0%之间.表明方法回收率良好.

表6 加标回收率试验结果

3 讨论

3.1 悬浮剂及其浓度的确定

悬浮液的均匀性和稳定性直接影响测定的精密性和准确度.试验比较了琼脂、黄原胶、丙三醇、乙醇等作为悬浮剂的稳定性和均匀性情况，发现琼脂悬浮效果最好.样品颗粒的沉降速度与颗粒粒径成正比，因此应尽可能降低样品的粒径.实验表明，样品经粉碎过100 目筛，悬浮液可呈现较好的稳定性.悬浮介质浓度增大，悬浮液的黏度越高，稳定时间越长.但黏度太大时，悬浮液不易流动，难于进样，影响测定精密度.试验结果表明，当悬浮剂浓度达到0.2%时，悬浮液黏度太大，进样困难，也易产生爆沸，故选择0.15%的琼脂水溶液作为悬浮剂，实验表明用0.15%琼脂溶液制备出的均匀的悬浮液可稳定24 h 而不出现沉降.

3.2 干燥程序及时间的选择

悬浮液直接进样带入大量干物质使加入石墨炉的样品彻底干燥较为困难，所以本方法根据实际工作情况选择了1种2 步干燥程序:先以斜坡方式加热到150℃初步干燥大部分游离水分，也可防止暴沸;再以斜坡方式加热到250℃，彻底干燥.为使干燥完全，本实验所选干燥时间为30 s.

3.3 样品粉碎粒度的选择

理论上样品粉碎得越细检测精密度越高，本实验测得样品粉碎后过100 目筛的平行检测的相对标准偏差小于5%，已基本满足实验要求.故本实验选择样品粉碎后过100 目筛.

3.4 灰化温度及灰化时间对吸光度的影响

在石墨炉原子吸收光谱法测定微量元素过程中，灰化温度是影响测定结果比较明显的因素之一.灰化温度低，灰化不完全，导致吸光度偏低;灰化温度高，元素在灰化过程中损失大，导致吸光度偏低.固定其它条件，只改变灰化温度，测定其吸光度，结果如图2所示.因采用悬浮液直接进样把大量有机物带入石墨炉所以必须选用较高的灰化温度和足够的灰化时间才能灰化完全.根据灰化曲线(图2)，选择灰化温度为750℃，在750℃下选择不同的灰化时间进行检测，当灰化时间达到20s 以上时吸光度值基本保持稳定，所以根据实际工作情况选择灰化时间为23 s.

图2 铅灰化温度曲线

3.5 原子化温度及原子化时间对吸光度的影响

在石墨炉原子吸收光谱法测定微量元素过程中，原子化温度也是影响测定结果比较明显的因素之一.固定其他条件，只改变原子化温度，测定其吸光度，结果如图3所示.由图3可知，当原子化温度达到2 550℃时，吸光值最大，故本实验选择原子化温度为2 550℃.在2 550℃下选择不同的原子化时间进行检测，当原子化时间达到2 s 以上时吸光度值基本保持稳定，所以根据实际工作情况选择原子化时间为2 s.