浓度直读法快速测定杂粮中铅的含量

孔晓龙，张 芳，2，袁晓宇

（1. 郑州科技学院食品科学与工程学院，河南郑州 450064；2. 郑州市食品安全快速检测重点实验室，河南郑州 450064）

杂粮通常是指除水稻、小麦以外的豆类和谷类作物[1]，其资源丰富、种类繁多，富含多酚、糖醇、蒽醌等功能活性成分，具有优质的营养价值[2-3]。然而，随着人们对杂粮需求的增加，其存在的重金属污染问题也广泛受到关注。研究表明，铅具有较强的蓄积毒性，对人体的神经系统、造血系统和血管等有毒害作用，还可能引起高血压、冠心病等疾病[4-5]。我国GB 2762—2017《食品中污染物限量》 规定，豆类、谷物及其制品中铅的限量为0.2 mg/kg[6]。目前，测定铅的方法有石墨炉原子吸收光谱法[7-8]、火焰原子吸收光谱法[9-10]、电感耦合等离子体质谱法[11-12]、原子荧光光谱法[13-14]和阳极溶出伏安法[15-16]等，以上方法所使用的仪器较昂贵，操作繁琐且无法实施快速检测。浓度直读法所用仪器便宜、小巧便携且操作简单，适用于在现场对批量样品进行快速测定，已在食品分析领域得到应用[17-20]，但该法用于测定杂粮中铅的含量尚未报道。将微波消解技术与浓度直读法相结合，测定郑州市售杂粮中铅的含量及在不同组织部位中的分布规律，为消费者选购杂粮提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

黄豆、红豆、红芸豆、小米、苦荞米、高粱米、黑米、糙米、小麦仁，购自郑州市马寨镇好又多超市。

冰乙酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钠、硝酸钾、抗坏血酸（分析纯），天津市致远化学试剂有限公司提供；无水乙酸钠、氢氧化钠、硝酸铅、30%双氧水，70%硝酸（分析纯），郑州派尼化学试剂厂提供。

（1） 1.000 g/L Pb2+标准储备液。准确称取1.600 0 g Pb(NO3)2于烧杯中，用少量硝酸溶解后，用水定容至1 000 mL 容量瓶中。

（2） 铅标准液。吸取1.000 g/L 铅标准储备液5.0 mL 于50 mL 容量瓶中，用水定容至刻度，此时溶液含铅100.00 mg/L。用时逐级稀释为10.000 0，1.000 0，0.100 0，0.001 0，0.000 1 mg/L 的铅标准液。

（3） 0.10 mol/L 抗坏血酸溶液。准确称取0.176 1 g抗坏血酸于烧杯中，用水溶解后，定容至100 mL 棕色容量瓶中，暗处放置并于4 ℃下保存。

试验用水均为怡宝纯净水（电导率为2.56 μs/cm，pH 值6.80）。

1.2 仪器与设备

雷磁PXSJ-216 型离子计、232-01 型参比电极、PPb-1-01 型铅离子电极、雷磁PHS-3C 型pH 计、JB-10 型雷磁搅拌器，上海仪电科学仪器股份有限公司产品；JA303P 型电子天平，常州幸运电子设备有限公司产品；XT-9900A 型智能微波消解仪、XT-9816-Ⅱ型样品前处理加热仪、XT-9700 型冷却机，上海新拓分析仪器科技有限公司产品。

1.3 试验方法

1.3.1 样品的预处理

用水清洗样品并进行皮肉分离后放入干燥箱中烘干。取出后分别进行粉碎、碾磨成粉末状，过60 目筛，转移到称量瓶中继续干燥至恒重，置于干燥器中保存。

用电子天平分别称取0.5 g 左右干燥恒重的样品置于溶样杯中，加入6 mL HNO3溶液和2 mL H2O2溶液过夜，按表1 设定的参数进行微波消解后，于样品前处理加热仪上赶酸至透明，冷却至室温，调pH 值至4.0 后用水定容至50 mL 容量瓶内。

表1 ?微波消解参数设置

微波消解参数设置见表1。

1.3.2 样品的测定

（1） 仪器的标定。打开离子分析仪并预热15 min后，依次按“pX”键→“模式/4”→选择“直读浓度”模式→选择浓度单位μg/L→“确认”→选择“两点校准模式”→输入c1=0.1→“确认”→将Pb2+离子性选择电极、参比电极和温度传感器电极均插入0.1 μg/L 的铅标液中→将溶液充分搅拌均匀，读数稳定后→按“确认”键。取出，用水清洗电极并擦干→将电极插入10 μg/L 铅的标液→输入c2=10→按上述相同的方法进行标定→仪器自动给出校准后的电极斜率→“确认”→对空白溶液进行校准→“确认”→完成仪器标定。

（2） 样品的测定。分别向烧杯中加入2.5 mL 样品消解液，0.1 mol/L 抗坏血酸溶液3 mL，1 mol/L KNO3溶液2 mL，调溶液的pH 值至4 后，加入HAc-NaAc 缓冲溶液3 mL，摇匀，转移至25 mL 容量瓶中并定容至刻度。将处理好的电极对及温度传感器插入上述溶液中，待数显稳定后按“确认”键，直接读出试液中铅的浓度ρx，进而计算样品中铅的含量ω。

式中：ω——样品中铅的含量，mg/kg；

ρx——样品中铅的质量浓度，μg/L；

m——称取杂粮的质量，g。

2 结果与分析

2.1 电极转换系数

转换系数是衡量电极质量的重要参数，越接近100%，表明电极遵循能斯特响应的本领越强，质量越好[21]。所用钾电极的实际响应斜率为27.068，因其理论斜率为29.580，电极的转换系数为91.51%，大于90%，所用铅离子选择性电极的能斯特响应性能良好。

2.2 单因素试验结果

2.2.1 pH 值的影响

依次向烧杯中加入100 μg/L 的Pb2+标准液1 mL，0.1 mol/L 抗坏血酸3 mL，1 mol/L 硝酸钾2 mL，HAc-NaAc 缓冲溶液3 mL，分别调pH 值分别为1，2，3，4，5，6，7 后移入25 mL 容量瓶中并用水定容。此时，溶液中铅离子质量浓度为4 μg/L。

pH 值对试验结果的影响见图1。

图1 pH 值对试验结果的影响

由图1 可知，随着pH 值的增加，溶液中铅离子的质量浓度逐渐降低，当pH 值为4~7 时，铅离子的质量浓度基本不变。当pH 值为4 时，测定结果与溶液中铅离子的真实质量浓度最接近，因此选用溶液的pH 值为4。

2.2.2 HAc-NaAc 缓冲溶液的用量

其他因素不变，分别加入HAc-NaAc 缓冲溶液的体积为0，1，2，3，4，5 mL，混匀并在相同条件下测溶液中铅离子的质量浓度。

HAc-NaAc 添加量对试验的影响见图2。

图2 HAc-NaAc 添加量对试验的影响

由图2 可知，随着HAc-NaAc 体积的增加，溶液中铅离子的质量浓度逐渐降低。当HAc-NaAc 的体积在3~5 mL 时，铅离子质量浓度基本不变。且HAc-NaAc 缓冲溶液体积为3 mL 时，测定结果与溶液中铅离子的真实质量浓度最接近。因此，选择HAc-NaAc 缓冲溶液的体积为3 mL。

2.2.3 抗坏血酸浓度的影响

其他因素不变，分别加入0.1 mol/L 抗坏血酸溶液的体积为0，1，2，3，4，5 mL，即溶液中抗坏血酸的浓度分别为0，0.004，0.008，0.012，0.016，0.02 mol/L，在相同条件下测溶液中铅离子的质量浓度。

抗坏血酸浓度对试验的影响见图3。

图3 抗坏血酸浓度对试验的影响

由图3 可知，随着抗坏血酸浓度的增加，溶液中铅离子的浓度逐渐增大。当抗坏血酸浓度为0.012 mol/L 时，测定结果与溶液中铅离子的真实质量浓度最接近。因此，选择抗坏血酸浓度为0.012 mol/L。

2.2.4 硝酸钾浓度的影响

其他因素不变，分别加入1 mol/L KNO3的体积为0，1，2，3，4，5 mL，即溶液中KNO3的浓度分别为0，0.04，0.08，0.12，0.16，0.20 mol/L，在相同条件下测溶液中铅离子的质量浓度。

硝酸钾浓度对试验的影响见图4。

图4 硝酸钾浓度对试验的影响

由图4 可知，随着硝酸钾浓度的增加，铅离子浓度也逐渐增大。当硝酸钾浓度为0.08 mol/L 时，测定结果与溶液中铅离子的真实质量浓度最接近，硝酸钾浓度继续增加时，溶液中铅离子质量浓度基本不变。因此，硝酸钾浓度为0.08 mol/L。

2.3 测定结果及精密度

在最佳单因素试验条件下，对样品进行6 次平行测定。

样品的测定结果见表2。

表2 样品的测定结果

由表2 可知，黄豆皮、红豆皮、红芸豆皮中铅的含量均高于相应的黄豆肉、红豆肉、红芸豆肉中铅的含量。黑米中铅的含量最高，小麦仁中铅的含量较低。但上述测定的杂粮中铅的含量显著高于国标规定的豆类、谷物及其制品中铅的限量0.2 mg/kg[6]。6 次平行测定的相对标准偏差RSD 均小于5%。

2.4 检出限、定量限与回收率

按照1.3.2 的测定方法，对空白溶液进行11 次平行测定，按3 倍标准偏差和10 倍标准偏差分别计算出铅的检出限和定量限为0.09 μg/L 和0.3 μg/L。

以苦荞米为例，按照1.3.2 的测定方法进行加标回收率试验，每个样品各进行5 次平行测定，检验无可疑值后取平均值报告。

加标回收率见表3。

表3 加标回收率

由表3 可知，苦荞米的加标回收率为90.6%~105.0%，测定结果理想。

2.5 国标法对比试验

样品经1.3.1 方法进行前处理，按照GB 5009.12—2017 食品中铅的测定第一法石墨炉原子吸收光谱法[22]分别测定杂粮中铅的含量。

国标法测定结果见表4。

表4 国标法测定结果

由表4 可知，杂豆类的皮中铅的含量均高于相应肉中铅的含量。杂粮中铅的含量最高的为黑米，最低的是小麦仁。但上述测定的杂粮中铅的含量显著高于国标规定的豆类、谷物及其制品中铅的限量0.2 mg/kg[6]。与浓度直读法测定的结果相一致。3 次平行测定的相对标准偏差RSD 均小于5%。

2.6 显著性检验

样品经过前处理后，用该方法和国标法进行对照测定。

对照试验结果见表5。

表5 对照试验结果

由表5 可知，2 种方法的相对标准偏差均小于5%，经F 检验和t 检验表明[23]，在置信度为95%时，浓度直读法与国标法测定的结果偶然误差和系统误差均不显著，即2 种方法不存在显著性差异。

3 结论

将微波消解技术与浓度直读法相结合，测定杂粮中铅的含量及分布情况。通过单因素试验得出测定铅含量的最佳条件为溶液pH 值4，HAc-NaAc 缓冲溶液的体积3 mL，溶液中抗坏血酸的浓度0.012 mol/L，硝酸钾浓度0.08 mol/L。6 次平行测定的相对标准偏差均小于5%，杂豆类皮中铅的含量高于肉中铅的含量，且试验所测的杂粮中铅的含量显著高于国标规定的豆类、谷物及其制品中铅的限量0.2 mg/kg。该方法与国标第一法相比，无显著性差异。该方法简便、快速、所用仪器小巧便捷，为食品中铅含量的测定提供了一种较为理想的分析方法，有一定的推广应用价值和现实意义。