石墨炉原子吸收分光光谱法测定粮食中镉含量的方法确认

张欢欢，刘 兴，王继勇，卢财谦

（1.东莞市角美粮食储备库,广东 东莞 523145;2.东莞市粮食和物资储备中心，广东 东莞 523000）

镉元素在工业上广泛应用，然而镉元素及其化合物均有毒，工业“三废”的排放，造成了土壤、农作物等的污染，其中镉对稻谷的污染问题较为严重，同时镉是蓄积性的毒物，人体即使摄入很微量的镉，也会对肾脏产生危害。粮食作为众多食品的原料源头，准确测定谷物中的镉元素含量十分重要。GB 2762明确规定稻谷、糙米、大米和豆类的镉限量为0.2mg/kg，除此之外的谷物和谷物碾磨加工品为0.1mg/kg。

目前我国食品中镉测定的食品安全标准方法有GB 5009.15规定的石墨炉原子吸收光谱测定方法和GB 5009.268第一法电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）。ICP-MS法仪器价格较高，不易推广。石墨炉原子吸收法因具有操作简单、灵敏度高等优点而得到广泛应用和推广。在采用石墨炉原子吸收光谱法进行粮食镉含量测定时，仪器条件、设备参数的优化十分关键，不合适的仪器条件往往会导致检验结果不理想，其中涉及到元素原子化的过程影响最为显著。石墨炉测定法涉及到原子化的阶段包括干燥或去溶剂阶段、灰化阶段、原子化阶段和清洁阶段，其中灰化阶段和原子化阶段对测定结果的影响较为显著。本文采用微波消解的方法对粮食样品进行前处理，通过对石墨炉原子吸收分光光度计关键参数进行优化，探索最佳的仪器工作条件，求出AA7000石墨炉原子吸收光谱法测镉的检出限，同时以质控样品为参照，进行精密度、准确度和加标回收率实验，实验结果表明，该方法检出限低，测定结果准确可靠，此方法对粮食样品镉含量测定具有一定的实践指导意义。

1 试验

1.1 主要仪器与试剂

AA 7000石墨炉原子吸收分光光度计 （日本岛津公司）；WX-8000微波消解仪；Milli-Q Integral 3超纯水机；ATY 124型分析天平。

镉标准储备液 （1 000 μg/mL）、标准大米粉GBW(E)100360（镉含量 0.22 mg/kg±0.02 mg/kg）、硝酸（优级纯）、30%过氧化氢（分析纯）。

1.2 样品前处理

称取粮食样品0.3～0.5 g于微波消解罐中，加5mL硝酸和2 mL过氧化氢，按表1程序进行消解，消解完毕，待消解罐冷却（一般80℃以下）后打开，消解液呈无色或淡黄色，加热赶酸至近干，放冷后将试样消解液用1%硝酸洗入25 mL容量瓶中，并定容至刻度，混匀备用，同时做试剂空白。

表1 微波消解条件

1.3 仪器工作条件

仪器载气为高纯氩气（99.999%）；热解涂层石墨管；不加基体改进剂 （粮食样品基体成分较为简单，干扰小）；波长228.8 nm；狭缝 0.7 nm；灯电流8mA；点灯方式BGC-D2；峰高方式测量；进样体积20 μL；石墨炉升温程序见表 2：

表2 石墨炉升温程序

1.4 标准曲线的绘制

用1%硝酸溶液将镉标准储备液逐级稀释至质量浓度为2.5 ng/mL的镉标准使用液，用自动进样器自动稀释配置 0 ng/mL、0.5 ng/mL、1 ng/mL、1.5 ng/mL、2.0 ng/mL、2.5 ng/mL的镉标准系列溶液。

2 结果与讨论

2.1 石墨炉升温程序的优化和确认

石墨炉的升温程序包括四个阶段，分别为干燥或去溶剂阶段、灰化阶段、原子化阶段和清洁阶段。一般情况下，干燥阶段是蒸发去除试液的溶剂，避免高温使溶剂极速蒸发发生试样飞溅导致待测元素损失；灰化阶段是进一步分解、去除有机物或低沸点无机物，以减少基体成分对待测元素的干扰；原子化阶段是根据待测元素的性质选择最适宜的温度，在保证待测元素无损失的前提下，使样品中目标待测元素原子化；净化阶段是将石墨管中的残留物质彻底除去干净，防止产生“记忆效应”[1]。在这四个阶段中，灰化阶段和原子化阶段对测定结果的影响较为显著，温度的变化和时间的控制是关键。在灰化阶段，如果灰化温度过低、灰化时间过短，易出现试液基体成分去除不完全，反之会造成待测元素的损失；在原子化阶段，原子化温度过低，待测元素不能全部原子化，易出现峰拖尾，过高又易出现待测物质的损失，出现双峰或者峰值低于基线的情况[2]，并且原子化温度过高，会影响石墨管寿命。因此在保证目标成分不损失、转化效率高的情况下尽量选择低温。

本文按表1的升温程序制作标准曲线，然后选用1.0 ng/mL标准点进行测试，以吸光度值为依据，对灰化温度、原子化温度和原子化时间进行优化。分别将灰化温度设为200℃、250℃、300℃、350℃、400℃,将原子化温度设为 1 500℃、1 600℃、1700℃、1 800℃、1900℃，将原子化时间设为 1s、2 s、3 s、4 s、5 s分别进行试验，结果表明吸光度值随着灰化温度、原子化温度的升高和原子化时间的延长出现先上升、后下降的趋势，在灰化温度为300℃、原子化温度在1 700℃和原子化时间为3 s时吸光度值最高，因此选定表2的升温程序作为最优条件。

2.2 线性范围的确认

根据GB 5009.15《食品安全国家标准 食品中镉的测定》，镉标准曲线工作液的线性范围为0～3 ng/mL。本实验室使用的仪器是岛津AA7000型石墨炉原子吸收分光光度计，该仪器的最佳进样量为20μL，对于高镉含量样品，当称样量为0.3～0.5 g时，样品的吸光度值可能接近线性范围的限值，甚至超过线性范围，因此有必要对标准曲线的线性范围进行探讨。

本试验选择线性范围0～1.5 ng/mL、0～2.5ng/mL、0～3.0 ng/mL和0～5.0 ng/mL，分别绘制标准曲线，经试验得出相关系数分别为0.9997、0.9987、0.9971和0.9922，由实验结果可知，线性范围越大，相关系数越小，线性范围为0～5 ng/mL时，相关系数低于0.995，不符合实验要求，而0～1.5 ng/mL的线性范围偏小，不适合稻谷、糙米、大米等镉含量偏高样品的测定，因采用自动进样器稀释配置标准溶液，故选定线性范围为0～2.5 ng/mL。对于吸光度值接近线性范围限值样品，可采用稀释样品溶液或增大样品定容体积等方法使吸光度值在线性合适范围内。

2.3 检出限

在上述仪器工作条件下，采用石墨炉原子吸收法对镉系列标准溶液进行测定，以镉的质量浓度为横坐标，以吸光度值为纵坐标绘制标准曲线，得出线性方程和斜率b，按公式S=b/V（b为工作曲线的斜率，V为进样体积）计算仪器测量的灵敏度S，同时对样品空白进行11次吸光度测定，计算样品空白标准偏差sA，按公式QL=3sA/S计算石墨炉原子化法测定镉的检出限[3]，实验结果见表3、表4。

表3 线性测量数据

表4 样品空白吸光度数据

检 出 限 QL=3sA/S=(3sA×V)/b=(3×0.0006×20)/0.19991=0.2 pg,实验结果小于1 pg，符合JJF 1574-2016《原子吸收分光光度计型式评价大纲》的要求。

2.4 方法的精密度和准确度试验

同时称量7份0.3 g的标准大米粉，按1.2方法进行微波消解处理，在1.3仪器工作条件下进行测定，因该标准物质标准值较高，为0.22 mg/kg，吸取20 μL样品溶液时，吸光度值接近标准曲线线性范围的最高点，因此将标准样品溶液稀释两倍，也即测定时用自动进样器吸取10 μL的标准大米粉溶液和10 μL的稀释液 （1%硝酸溶液），稀释因子设为2，实验结果见表5。由表5可知，7次测定结果相对标准偏差为0.58%，表明该法精密度好，准确度高。

表5 方法精密度和准确度结果

2.5 加标回收试验

称取4份0.3 g的标准大米粉、4份0.4 g的小麦样品粉、4份0.4 g的稻谷样品粉，每种样品粉的其中3份分别加入一定量的镉标准溶液，然后按建立的方法进行加标回收试验，回收率按公式P(%)=[(加标试样测定值-未加标试样测定值)÷加标量]×100计算，结果见表6。由表6可知，标准大米粉、小麦样品粉和稻谷样品粉的三水平加标回收率分别为85.0%～92.3%、89.0%～96.0%、82.0%～91.0%，符合回收率范围要求[4]，满足实际检测要求。

表6 加标回收率测定试验数据

3 结果与讨论

（1）本文采用微波消解法对粮食样品进行前处理，同时对石墨炉升温程序进行优化，选定最佳的仪器工作条件，在选定的工作条件下，用石墨炉原子吸收法测定标准大米粉、小麦样品粉和稻谷样品粉的镉含量，经检出限、精密度、准确度和加标回收率试验表明，本方法具有操作简单，精密度和准确度好、检出限低等优点。

（2）采用自动进样器自动稀释配置标准曲线工作液，选定0～2.5 ng/mL的线性范围，对于吸光度值接近线性范围限值样品，可采用稀释样品溶液或增大样品定容体积等方法使吸光度值在线性范围内。

（3）实验不添加基体改进剂，标准大米粉、小麦和稻谷的三水平加标回收率分别为85.0%～92.3%、89.0%～96.0%、82.0%～91.0%，符合回收率范围要求，标准大米粉的测定结果在证书要求的不确定度范围内，说明在本实验确认的实验条件下，检验数据准确可靠，也因此确认本实验室具备开展重金属镉检测的能力。