稀酸温和提取直接进样石墨炉原子吸收法快速测定谷物中铅的含量
周明慧+王松雪+伍燕湘??
1 引 言
重金属铅是谷物中污染物主要卫生限量指标之一，对人体危害很大。随着日益增长的粮食质量安全监测需求，开发出能够快速准确检验谷物中铅含量的方法变得尤为迫切。目前，谷物及其它样品中铅元素的检测方法主要有原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光光谱法等[1～4]，通常采用湿法消化法、干法灰化法和微波消法等[5～9]前处理方法，这些方法步骤繁琐，耗时长，通常需要4～6 h，强腐蚀性酸和氧化试剂使用量大，需要高温条件及特定仪器，在增加待测样品损失和被污染的风险的同时也增加了操作人员的安全隐患，难以适应大批样品高通量绿色环保快速检测的需求。谷物中铅元素的形态基本以酸可溶性的游离或络合态形式存在，本实验建立了稀酸快速温和提取直接进样石墨炉原子吸收法检测谷物中铅含量的方法，极大地缩短了分析时间，简化处理步骤，避免了样品的玷污，降低了分析成本。
2 实验部分
2.1 仪器、试剂和样品 ZEEnit700石墨炉原子吸收光谱仪（德国耶拿分析仪器股份公司）； 3 30 K高速离心机（Sigma公司）；粉碎机（Fritsch公司）。HNO3，H2O2（优级纯，北京化工厂）； Pd（NO3）2（99.9%，Alfa Aesar公司）。谷物标准参考样品：糙米参考样品（0.259±0.028） μg/g、小麦参考样品（0.291±0.035） μg/g、玉米参考样品（0.613±0.016） μg/g，由国家粮食局科学研究院采集并定值。
2.2 样品处理方法 分别称取不同粮食（小麦、糙米和玉米）样品50 g各3份，粉碎至全部过0.5、0.4和0.25 mm粒径的样品筛，称取0.20 g样品，常温提取后静置10 min或离心（3000 r/min，5 min）取上清液，进行HNO3浓度、提取时间、粒径及固液比等参数优化实验。同时，样品参照文献＼[8]进行测试，对分析结果进行比对。
2.3 石墨炉原子吸收光谱仪工作参数 谱线283.3 nm；狭缝： 0.8 nm； 灯电流： 4.0 mA； 灯类型： HCl； PMT： 365.0 V； 磁场模式： 2 磁场；AZ时间： 3.0 s； 积分时间： 3.0 s； 背景校正为塞曼模式。
3 结果与讨论
3.1 石墨炉基体改进和标准工作曲线的绘制
由于样品酸提液法未经过消解，样品里含有大量有机物质，使样品测定的背景吸收值很高。 本实验采取添加基体改进剂的方法， 将5 μL 1000 mg/L Pd（NO3）2溶液作为基体改进剂，能显著降低背景吸收；此外，为有效消除基体效应，使用标准加入校准法进行标准工作曲线的绘制，标准曲线以40 μg/L Pb标准溶液作为母液，以待测样品作为工作曲线的加入样品，其线性回归方程为A=0.030204+0.001826C， 相关系数R2=0.9997。
3.2 酸提取液浓度和提取时间选择
考察了HNO3浓度对于谷物中Pb检[TS（][HT6SS] 图1 HNO3浓度对于谷物中铅浸出的影响
Fig.1 Effects of concentration of HNO3[HT5”][TS）]测结果的影响。结果表明， HNO3在0.5%～2%浓度范围内，样品中Pb的检出值稳定在定值范围内。进一步考察了0.5%，1%和2% HNO3的浸提效果，结果如图1所示，HNO3浓度提高到2%，浸提15 min后，样本中的铅检测值与0.5% HNO3浸提6 h无显著差异（p>0.05）。
3.3 提取固液比和粒径对于检测结果的影响 称量重量与定容体积之比及样品粒径是影响Pd浸出率的两个重要因素。实验表明，称样量与定容体积在2∶50～5∶50之间变化，对于小麦粉和糙米粉的铅检出值无明显影响，而对玉米粉的铅浸出率影响较大，随着称样量的增多，铅检出值有明显下降趋势。
实验结果表明， 粒径<0.5 mm， 粒径对糙米粉和小麦粉的影响很小，各粒径的检测值之间没有显著差异； 粉碎粒径大于0.25 mm时，玉米粉中铅检出值显著下降（p<0.05），所以需将玉米粉的粒径控制在0.25 mm以内。
3.4 方法的检出限、加标回收率和准确度
（1）检出限 通过仪器软件测定浸出液直接进样法的检出限为0.64 μg/L，定量限为2.1 μg/L。满足GB2762 2012《食品中污染物限量》中对于谷物中铅限量的检测要求。（2）标准加入回收率采取加标回收实验进行方法的准确度研究，加标水平均设在50%样品铅含量左右，结果（表1）表明，玉米、小麦和糙米的加标的回收率分别为94.6%， 92.0%和91.6%， 方法准确度符合仪器检测要求。（3）方法的准确度 采取不同方法比对的方式进行酸提取 石墨炉直接进样测定谷物中铅含量的方法准确度，比对的方法参照欧盟标准方法微波消解 石
与经典基于剧烈消解模式的干法、湿法和微波法相比，本方法除能节省大量前处理时间外，还具有酸试剂用量少，无需高温，定容体积可控性强，所需容器和仪器的量及种类少等优点，尤其适合大量谷物样品中铅元素的检测。
References
1 Gunduz S， Akman S.Food Chemistry， 2013， 141（3）： 2634-2638
2 LU Mei Bin， WANG Bu Jun， LI JingMei， LI Wei Xi， YANG Xiu Lan， SONG Jing Ke.Spectroscopy and Spectral Analysis，2012， 32（8）： 2234-2237
陆美斌 王步军 李静梅 李为喜 杨秀兰 宋敬可. 光谱学与光谱分析， 2012， 32（8）： 2234-2237
3 Vrek V， Vinkovic' Vrek I.International Journal of Food Science & Technology， 2012， 47（8）： 1777-1783
4 GU Xiao Wen， L Xue Ju， JIA Qiong， ZHOU Wei Hong， LIU Yun Ling.Chinese J. Anal. Chem.， 2013， 41（3）： 417-421
谷晓稳， 吕学举，贾 琼，周伟红，刘云凌. 分析化学， 2013， 41（3）： 417-421
5 Bakircioglu D， Kurtulus Y B， Ucar G.Food and Chemical Toxicology， 2011， 49（1）： 202-207
6 Jaiswal A K， Kaushal P， Dhar P， Millo T， Murty O P.Journal of Forensic Medicine and Toxicology， 2011， 28（1）： 65-74
7 EN 14082：2003. Foodstuffs. Determination of trace elements. Determination of lead， cadmium， zinc， copper， iron and chromium by atomic absorption spectrometry （AAS） after dry ashing
8 EN 14083： 2003. Foodstuffs Determination of trace elements Determination of lead， cadmium， chromium and molybdenum by graphite furnace atomic absorption spectrometry （GFAAS） after pressure digestion
9 GB 5009.12 2010.National Food Safety Standard Determination of Lead in Foods.National Standards of the People′s Republic of China
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8 EN 14083： 2003. Foodstuffs Determination of trace elements Determination of lead， cadmium， chromium and molybdenum by graphite furnace atomic absorption spectrometry （GFAAS） after pressure digestion
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重金属铅是谷物中污染物主要卫生限量指标之一，对人体危害很大。随着日益增长的粮食质量安全监测需求，开发出能够快速准确检验谷物中铅含量的方法变得尤为迫切。目前，谷物及其它样品中铅元素的检测方法主要有原子吸收光谱法（AAS）、电感耦合等离子体质谱法、原子荧光光谱法等[1～4]，通常采用湿法消化法、干法灰化法和微波消法等[5～9]前处理方法，这些方法步骤繁琐，耗时长，通常需要4～6 h，强腐蚀性酸和氧化试剂使用量大，需要高温条件及特定仪器，在增加待测样品损失和被污染的风险的同时也增加了操作人员的安全隐患，难以适应大批样品高通量绿色环保快速检测的需求。谷物中铅元素的形态基本以酸可溶性的游离或络合态形式存在，本实验建立了稀酸快速温和提取直接进样石墨炉原子吸收法检测谷物中铅含量的方法，极大地缩短了分析时间，简化处理步骤，避免了样品的玷污，降低了分析成本。
2 实验部分
2.1 仪器、试剂和样品 ZEEnit700石墨炉原子吸收光谱仪（德国耶拿分析仪器股份公司）； 3 30 K高速离心机（Sigma公司）；粉碎机（Fritsch公司）。HNO3，H2O2（优级纯，北京化工厂）； Pd（NO3）2（99.9%，Alfa Aesar公司）。谷物标准参考样品：糙米参考样品（0.259±0.028） μg/g、小麦参考样品（0.291±0.035） μg/g、玉米参考样品（0.613±0.016） μg/g，由国家粮食局科学研究院采集并定值。
2.2 样品处理方法 分别称取不同粮食（小麦、糙米和玉米）样品50 g各3份，粉碎至全部过0.5、0.4和0.25 mm粒径的样品筛，称取0.20 g样品，常温提取后静置10 min或离心（3000 r/min，5 min）取上清液，进行HNO3浓度、提取时间、粒径及固液比等参数优化实验。同时，样品参照文献＼[8]进行测试，对分析结果进行比对。
2.3 石墨炉原子吸收光谱仪工作参数 谱线283.3 nm；狭缝： 0.8 nm； 灯电流： 4.0 mA； 灯类型： HCl； PMT： 365.0 V； 磁场模式： 2 磁场；AZ时间： 3.0 s； 积分时间： 3.0 s； 背景校正为塞曼模式。
3 结果与讨论
3.1 石墨炉基体改进和标准工作曲线的绘制
由于样品酸提液法未经过消解，样品里含有大量有机物质，使样品测定的背景吸收值很高。 本实验采取添加基体改进剂的方法， 将5 μL 1000 mg/L Pd（NO3）2溶液作为基体改进剂，能显著降低背景吸收；此外，为有效消除基体效应，使用标准加入校准法进行标准工作曲线的绘制，标准曲线以40 μg/L Pb标准溶液作为母液，以待测样品作为工作曲线的加入样品，其线性回归方程为A=0.030204+0.001826C， 相关系数R2=0.9997。
3.2 酸提取液浓度和提取时间选择
考察了HNO3浓度对于谷物中Pb检[TS（][HT6SS] 图1 HNO3浓度对于谷物中铅浸出的影响
Fig.1 Effects of concentration of HNO3[HT5”][TS）]测结果的影响。结果表明， HNO3在0.5%～2%浓度范围内，样品中Pb的检出值稳定在定值范围内。进一步考察了0.5%，1%和2% HNO3的浸提效果，结果如图1所示，HNO3浓度提高到2%，浸提15 min后，样本中的铅检测值与0.5% HNO3浸提6 h无显著差异（p>0.05）。
3.3 提取固液比和粒径对于检测结果的影响 称量重量与定容体积之比及样品粒径是影响Pd浸出率的两个重要因素。实验表明，称样量与定容体积在2∶50～5∶50之间变化，对于小麦粉和糙米粉的铅检出值无明显影响，而对玉米粉的铅浸出率影响较大，随着称样量的增多，铅检出值有明显下降趋势。
实验结果表明， 粒径<0.5 mm， 粒径对糙米粉和小麦粉的影响很小，各粒径的检测值之间没有显著差异； 粉碎粒径大于0.25 mm时，玉米粉中铅检出值显著下降（p<0.05），所以需将玉米粉的粒径控制在0.25 mm以内。
3.4 方法的检出限、加标回收率和准确度
（1）检出限 通过仪器软件测定浸出液直接进样法的检出限为0.64 μg/L，定量限为2.1 μg/L。满足GB2762 2012《食品中污染物限量》中对于谷物中铅限量的检测要求。（2）标准加入回收率采取加标回收实验进行方法的准确度研究，加标水平均设在50%样品铅含量左右，结果（表1）表明，玉米、小麦和糙米的加标的回收率分别为94.6%， 92.0%和91.6%， 方法准确度符合仪器检测要求。（3）方法的准确度 采取不同方法比对的方式进行酸提取 石墨炉直接进样测定谷物中铅含量的方法准确度，比对的方法参照欧盟标准方法微波消解 石
与经典基于剧烈消解模式的干法、湿法和微波法相比，本方法除能节省大量前处理时间外，还具有酸试剂用量少，无需高温，定容体积可控性强，所需容器和仪器的量及种类少等优点，尤其适合大量谷物样品中铅元素的检测。
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7 EN 14082：2003. Foodstuffs. Determination of trace elements. Determination of lead， cadmium， zinc， copper， iron and chromium by atomic absorption spectrometry （AAS） after dry ashing
8 EN 14083： 2003. Foodstuffs Determination of trace elements Determination of lead， cadmium， chromium and molybdenum by graphite furnace atomic absorption spectrometry （GFAAS） after pressure digestion
9 GB 5009.12 2010.National Food Safety Standard Determination of Lead in Foods.National Standards of the People′s Republic of China
