石墨炉原子吸收法测定黑果枸杞中铅、镉的研究

马占雄，马福林

（青海省盐化工产品质量监督检验中心，青海格尔木816000）

黑果枸杞藏药称为“旁玛”，为茄科、茄族、枸杞亚族、枸杞属多年生灌木，具棘刺，浆果球形，成熟后紫黑色，有很高的光合效率和较强抗逆性，是我国西北特有的抗盐抗旱野生植物种[1，2]。分布于新疆、西藏、青海、甘肃、宁夏、陕西北部，中亚、高加索和欧洲亦有[3～4]。黑果枸杞果实味甜多汁，含丰富的维生素、有机酸及糖类，民间常生食或榨汁做饮料；黑果枸杞也具有一定的医疗保健功能，其味甘、性平、清心热，藏药用于治疗心热病、心脏病、月经不调、停经等病症，并且药效显著，被收载于《四部医典》、《晶珠本草》等藏医药经典著作中[5]；《维吾尔药志》记载，维吾尔医生常用黑果枸杞及根皮治疗尿道结石、月经不调、癣疥、牙龈出血等病症，民间用作滋补壮阳、明目及降压药[6～9]。

目前，人们生活水平的不断提高，对于食品的安全性越来越重视，因此如何寻找一种精确、快速、安全、方便的测定黑果枸杞中铅、镉含量的方法有着重要的意义。当人体食用了含有重金属铅、镉的黑果枸杞后，重金属会在人体内沉积到一定含量会严重危害人体健康。我国食品安全国家标准《食品中污染物限量》GB 2762-2017中规定，果酱和其他小粒水果中铅元素限量值为不大于0.2mg/kg，食品中镉元素限量值为不大于0.1mg/kg。因此检测黑果枸杞中重金属铅、镉残留有着重要的意义[10～13]。

1 实验部分

黑果枸杞中铅、镉元素含量的样品消化方法主要有湿法消解、干法灰化消解、微波消解等；黑果枸杞中铅、镉的测试手段主要有分光光度法、萃取—焰原子吸收光谱法[14]、石墨炉原子吸收光谱法[15]、电感耦合等离子体发射光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法[16]等。文章结合几种方法的优劣及实验室现实情况，选用微波消解法，石墨炉原子吸收光谱法分析肉类食物中铅、镉元素含量。

1.1 实验材料及试剂

材料：不同地区成熟干果黑果枸杞各一袋，约500g。

试剂：硝酸（优级纯）、双氧水（分析纯）、硝酸钯（分析纯）、抗坏血酸（分析纯）、硝酸镁（分析纯）、磷酸氢二铵（分析纯）等。实验用水为电阻率18.2MΩ·cm的高纯水。

标准储备液：1000μg/mL铅、镉单元素标准溶液（国家标准物质中心）。

1.2 实验仪器及工作条件

1.2.1 实验仪器

美国PerkinElmer-AA800型原子吸收分光光度计，配有相应的自动进样器、空心阴极灯和热解涂层石墨管；MD4458微波快速消解系统（美国CEMMARS）；GST25-20赶酸仪（天津市莱玻特瑞仪器设备有限公司）；SC-404型智能控温电加热板（浙江省上虞市银河测试仪器厂）；CPA324S型电子天平（德国赛多利斯）；HC-1000Y型粉碎机机（永康市天祺盛世工贸有限公司）；

容量瓶，移液管等玻璃器皿（使用前用10%王水浸泡过夜后用，分别用自来水，高纯水洗净晾干）。

1.2.2 仪器工作条件

WX-4000微波快速消解系统工作条件见表1所示。

表1 WX-4000微波快速消解系统工作条件

PE-AA800型原子吸收分光光度计工作条件见表2所示。

表2 WX-4000微波快速消解系统工作条件

PE-A800型石墨炉原子吸收分光光度计测定铅、镉加热程序见表3所示。

表3 PE-AA800型石墨炉原子吸收分光光度计加热程序

1.3 样品预处理

用HC-1000Y型粉碎机机分别将待测黑果枸杞样品搅碎，精确称取待测样品0.5000g于微波消解罐中，加入15mL硝酸，5mL双氧水，浸泡过夜后放置在SC-404型智能控温电加热器加热进行预消解，待大量棕色烟冒尽后，于MD4458微波快速消解系统上按照“表1.1”中消解条件将样品进行消解，当微波消解系统温度低于80℃后，打开微波消解仪，取出待测样品，将待测样品置于赶酸仪上，温度调节为 120℃，样品浓缩至2～5mL，冷却后，将样品转移至50mL容量瓶中，定容，摇匀，待用。同时做空白试验[16]。

1.4 标准溶液配制

1.4.1 铅标准溶液配制

准确移取 1000μg/mL铅单元素标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中铅浓度为100μg/mL；准确吸取上述100μg/mL的铅标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中铅浓度为10μg/mL；准确吸取10μg/mL的铅标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中铅浓度为1μg/mL。取6只50mL 的比色管，分别加入 0.0mL、0.1mL、0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL 铅浓度为 1μg/mL 的标准溶液，各加入1mL盐酸，定容至刻度，并摇匀，得到浓 度 为 0.0μg/L、2.0μg/L、5.0μg/L、10.0μg/L、20.0μg/L、40.0μg/L 的铅系列标准溶液。

1.4.2 镉标准溶液配制

用移液管吸取1000μg/mL镉单元素标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中镉浓度为100μg/mL；准确吸取100μg/mL的镉标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中镉浓度为 10μg/mL；准确吸取 10μg/mL的镉标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中镉浓度为1μg/mL；准确吸取1μg/mL的镉标准溶液10mL，于100mL容量瓶中，加入10mL盐酸，定容，摇匀，此溶液中镉浓度为0.1μg/mL。取 6只 50mL的比色管，分别加入0.0mL、0.25mL、0.5mL、1mL、1.5mL、2mL 镉浓度为0.1μg/mL的标准溶液，各加入1mL盐酸，定容至刻度，并摇匀，得到浓度为 0.0μg/L、0.5μg/L、1.0μg/L、2.0μg/L、3.0μg/L、4.0μg/L 的镉系列标准溶液。

2 实验条件优化

2.1 样品消解条件的选择

2.1.1 湿法消解

湿法消解是指将取一定量的待测样品，放入锥形瓶或烧杯等简单玻璃器皿中，加入一定量的硝酸、盐酸、高氯酸或双氧水等消解剂后，放在加热装置上直接加热消解的一种方法。由于此方法在消解样品时对于所使用设备要求不要、消解方法简单而成为人们广泛使用的一种样品消解方法。但是该方法是在敞开体系中进行消解，消解时产生的具有危害性的气体会直接排放到环境中，对于环境和操作人员危害极大。

2.1.2 干法灰化消解

干法灰化消解是指取一定量的待消解样品，放入耐高温坩埚中，在马弗炉中高温（600℃左右）灼烧掉样品中的有机组分，之后用硝酸或者盐酸从残渣中浸提待测金属元素的一种方法。由于此方法在消解过程中会高温加热，可能会导致待测组分中铅、镉等元素损失，且该方法消解样品时需要高温加热，对能源消耗较大，因此该方法的使用得到了极大的限制。

2.1.3 微波消解

微波消解法是近几年来发展的一种新的样品消解方法，是指取一定量的待测样品，加入到消解罐中，先在加热设备上进行预消解，之后在微波消解仪上利用微波原理消解样品。该消解方法由于消耗试剂量小、对环境污染小、消解彻底等优点而得到广泛应用。

综合考虑以上几种消解方法的优劣，实验中选择微波消解对于食品进行消解。

2.2 石墨炉加热程序的优化

石墨炉加热程序是否合适对于样品测定结果的影响极大，因此要准确测定黑果枸杞中铅、镉元素含量，对于加热程序的优化是极其重要的[18]。

2.2.1 干燥温度及时间的选择

干燥阶段是为了将样品中的溶剂完全的蒸发，干燥温度和时间的确定是否合适对于吸光度的稳定性和石墨管的寿命有着重要的影响。干燥温度选择时不仅要达到使溶剂全部蒸发掉且要防止溶液爆沸。因此实验中选择铅、镉的干燥温度为80～140℃，时间为 30s。

2.2.2 灰化温度及时间的选择

灰化阶段的目的是让样品中的有机质组分全部被破坏且不会使待测组分造成损失。因此对灰化温度进行条件实验，最终选择铅的灰化温度为400℃，时间为 15s，镉的灰化温度为300℃，时间为15s。

2.2.3 原子化温度及时间的选择

原子化阶段的目的是使待测元素转变为自由态原子，之后测定待测元素在相应空心阴极灯下对该元素的吸光度，因此原子化温度是否合适对于方法的检出限、测定结果的准确程度有着极大的影响。原子化温度太低，原子化程度不完全，使得测定结果偏低；原子化温度过高，将严重影响石墨管的寿命且有可能使得待测元素损失，因此原子化温度选择时应该使得原子化程度最高且温度最低。因此实验中选择铅的原子化温度为2000℃，时间为2s，镉的原子化温度为1500℃，时间为 2s。

2.3 基体改进剂的选择

铅、镉元素属于易挥发元素，当没有基体改进剂加入时，铅、镉在原子化过程之前都会有一部分损失。为了保证基体被全部清除而减少对实验结果的影响且使得铅、镉元素不会损失，实验中需要加入基体改进剂[19]。

在测定铅时，尝试用2%磷酸氢二铵、0.5%硝酸钯做为基体改进剂，结果表明：当使用2%磷酸氢二铵、0.5%硝酸钯做为基体改进剂时，都具有稳定的吸光度和较好的峰形，但是2%磷酸氢二铵做为基体改进剂时，会出现爆沸现象，使得测定结果偏低，因此实验中用0.5%硝酸钯做为基体改进剂。分别用10μg/L的铅标准溶液，分别加入5μL、10μL、15μL 基体改进剂，实验结果表明：当基体改进剂加入量为10μL时，测定值与10μg/L最为接近。因此实验确定0.5%硝酸钯10μL做为测定黑果枸杞中铅的基体改进剂。

在测定镉时，实验用2%磷酸氢二铵、10%抗坏血酸、0.2%硝酸镁做为基体改进剂进行尝试，结果表明：当利用2%磷酸氢二铵做为基体改进剂时，基体效应较小，使得所得镉的吸光度稳定，峰形好。分别用2μg/L的镉标准溶液，分别加入5μL、10μL、15μL 基体改进剂，实验结果表明：当基体改进剂加入量为10μL时，测定值与2μg/L最为接近。因此实验中用2%磷酸氢二铵10μL做为测定黑果枸杞中镉的基体改进剂。

3 实验结果

石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中铅、镉时，实验结果主要从校准曲线、检出限、精密度和准确度几方面来进行评价[20～22]。

3.1 标准曲线的绘制

在“表1”的仪器工作条件和“表2”的升温程序下，分别测定步骤“1.4”中所配置的铅、镉标准溶液的吸光度，以相应浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制黑果枸杞中铅、镉测定的校准曲线，见图1和图2所示。

图1 石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中铅校准曲线

从图1可以看出：石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中铅时，在0～40μg/L的线性范围内，校准曲线线性关系为y=0.0095x+0.0059，相关性为R2=0.9995。

图2 石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中镉校准曲线

从图2可以看出：石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中镉时，在0～4μg/L的线性范围内，校准曲线线性关系式为y=0.0904x+0.0044，相关性为R2=0.9996。

3.2 检出限的测定

在仪器工作条件下，将样品空白溶液连续测定11次，计算11次测定结果的标准偏差，标准偏差的三倍即为石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中铅、镉的检出限，结果分别为0.571μg/L和0.125μg/L。

3.3 精密度实验

实验方法的精密度主要是靠多次重复测定样品结果来进行评价的。按照“步骤1.3”重复处理鸡肉样品6份，在仪器条件下进行测定其中铅、镉含量，计算6次测定结果的相对标准偏差分别为3.21%和2.16%。

3.4 加标回收率实验

实验方法的准确度主要是靠样品加标回收率来进行评价的。准确称取猪肉样品3份，其中一份加入一定量的铅标准溶液，另一份加入一定量的镉标准溶液，另一份做为对照，按照“步骤1.3”处理样品，之后再仪器条件下测定铅、镉加标前和加标后的含量，计算石墨炉原子吸收光谱法测定黑果枸杞中铅、镉含量的加标回收率，结果分别为92.3%和94.6%。

3.5 实际样品测定

按照“步骤1.3”分别处理格尔木、金鱼湖、诺木洪、新疆等地区的样品，在仪器条件下测定各种样品中铅、镉含量，结果见表4所示。

表4 样品测定结果

从表4可以看出，所测定的格尔木、金鱼湖、诺木洪、新疆样品中铅、镉含量结果均符合我国食品安全国家标准《食品中污染物限量》GB 2762-2017中规定的限量值。

4 结论

利用微波消解，石墨炉原子吸收光谱法测定几种市售黑果枸杞中铅、镉元素含量时，该方法具有良好的线性范围和线性范围、较低的检出限、较好的精密度和准确度，可以满足黑果枸杞中铅、镉元素含量的测定。