原子荧光光谱法测定大米中的铅 镉 汞及无机砷 北京东西分析仪器有限公司应用实验室摘要 : 本文应用北京东西分析仪器有限公司生产的 AF-7500 双道氢化物 - 原子荧光光度计, 依据国标 GB 5009-12-2010 食品安全国家标准食品中铅的测定 GB/T 5009.15-2003 食品中镉的测定 GB/T 5009.17-2003 食品中总汞及有机汞的测定 及 GB/T 5009.11-2003 食品中总砷及无机砷的测定, 对客户的大米样中铅 镉 汞 和无机砷含量进行分析, 分析结果与客户所测结果相符 该方法灵敏度高, 精度好, 为原子荧光在粮食行业中的应用做了探索 关键词 :AF-7500 双道氢化物 - 原子荧光光度计 ; 大米 ; 铅 ; 镉 ; 汞 ; 无机砷有害金属进入人体后, 多以金属元素或金属离子形式存在, 有些可转变为毒性更强的化合物 一次大剂量可引起急性中毒, 但大多数属于低剂量长期摄入后在机体的蓄积造成的慢性危害 铅在人体主要侵犯神经系统 造血器官和肾脏, 常见中毒症状有食欲不振 胃肠炎 口腔有金属味 失眠 头昏 关节肌肉疼痛 腹痛及便秘或腹泻 贫血等, 后期会出现急性腹痛或瘫痪 镉进入体内后主要蓄积在肝脏, 其次为肾脏 镉中毒主要损害肾脏 骨骼和消化系统, 临床上可出现蛋白尿 氨基酸尿 糖尿和高钙尿, 由于钙的排出而导致肌肉疼痛 骨质疏松和病理性骨折 人体吸收的汞分布于全身组织和器官, 以肝 肾 脑含量最高, 导致脑和神经系统损伤 砷的性质类似金属, 可造成代谢障碍, 导致毛细血管通透性增加引发多器官广泛病变, 也可造成急性中毒, 甚至引起死亡 ; 慢性中毒有神经衰弱 四肢末梢神经痛 皮肤色素异常等 砷及其化合物有致癌作用 而随着环境污染的加剧, 这些重金属通过饮食进入人体的几率越来越大, 特别是目前大米镉超标事件, 使得人们对粮食重金属检测更重视 本文应对客户分析要求, 应用原子荧光对其提供的大米样品进行铅 镉 汞 无机砷含量的测定 1 仪器及材料 1.1 仪器 AF-7500 双道氢化物 - 原子荧光光度计 ( 配有 Pb Cd Hg As 空心阴极灯 ) 北京东西分析仪器有限公司 ; 电加热板, 自制 ; 电热恒温干燥箱, 天津市中环实验电炉有限公司 ; 高压消解罐, 自制 ; 九阳榨汁机, 九阳股份有限公司 ; 恒温水浴锅, 上海亚荣生化仪器厂 1.2 试剂 1.2.1 测铅 (Pb) 所需试剂
盐酸 (HCl) 硝酸 (HNO3) 均为优级纯, 北京化工厂 ; 高氯酸 (HClO4), 优级纯, 天津市鑫源化工有限公司 ; 硼氢化钾 (KBH4), 分析纯, 天津市光复精细化工研究所 ; 氢氧化钠 (NaOH), 优级纯, 北京益利精细化学有限公司 ; 铁氰化钾 (K3Fe(CN)6), 优级纯, 天津市津科精细化工研究所 ; 草酸 (H2C2O4), 优级纯, 北京化工厂 高纯氩气 (99.99 %);Pb 单元素标准溶液, 国家有色金属及电子材料分析测试中心 1.2.2 测镉 (Cd) 所需试剂盐酸 (HCl) 硝酸 (HNO3) 过氧化氢(H2O2) 均为优级纯, 北京化工厂 ; 高氯酸 (HClO4), 优级纯, 天津市鑫源化工有限公司 ; 硫脲 (H2NCSNH2): 分析纯, 北京益利精细化学有限公司 ; 硫酸钴 (CoSO4.7H2O), 天津市津科精细化工研究所 硼氢化钾 (KBH4), 分析纯, 天津市光复精细化工研究所 ; 氢氧化钠 (NaOH), 优级纯, 北京益利精细化学有限公司 ; 高纯氩气 (99.99 %);Cd 单元素标准溶液, 国家有色金属及电子材料分析测试中心 1.2.3 测汞 (Hg) 所需试剂硝酸 (HNO3) 过氧化氢(H2O2) 均为优级纯, 北京化工厂 ; 重铬酸钾 (K2Cr2O7), 优级纯, 北京红星化工厂 ; 硼氢化钾 (KBH4), 分析纯, 天津市光复精细化工研究所 ; 氢氧化钠 (NaOH), 优级纯, 北京益利精细化学有限公司 高纯氩气 (99.99 %);Hg 单元素标准溶液, 国家有色金属及电子材料分析测试中心 1.2.4 测无机砷 (As) 所需试剂盐酸 (HCl), 优级纯, 北京化工厂 ; 高氯酸 (HClO4), 优级纯, 天津市鑫源化工有限公司 ; 硼氢化钾 (KBH4), 分析纯, 天津市光复精细化工研究所 ; 氢氧化钠 (NaOH), 优级纯, 北京益利精细化学有限公司 ; 硫脲 (H2NCSNH2), 分析纯, 北京益利精细化学有限公司 ; 抗坏血酸 (C6H8O6), 分析纯, 天津市福星化学试剂厂 ; 正辛醇 (C8H17OH), 优级纯, 天津市津科精细化工研究所 高纯氩气 (99.99 %);As 单元素标准溶液, 国家有色金属及电子材料分析测试中心 1.3 载液及还原剂的配制 1.3.1 铅的载液及还原剂载液 : 取 27mL 浓 HCl( 盐酸优级纯 ), 加入 5gK3Fe(CN)6,1gH2C2O4, 用纯水稀释至 1000mL 该载液配制完成后放置 1~2 天后才可使用 还原剂 :1.5% KBH4( 溶剂为 1% NaOH): 称取 15g 硼氢化钾,10g 氢氧化钠, 超纯水定容至 1000mL 1.3.2 镉的载液及还原剂
载液 :2.5%(V/V) 的盐酸溶液 : 量取盐酸 25mL, 超纯水定容至 1000mL 还原剂 :1.5% KBH4( 溶剂为 0.5% NaOH): 称取 5g NaOH, 加入 1000mL 纯水, 加入 15g KBH4 1.3.3 汞的载液及还原剂载液 :8.4%(V/V) 的盐酸溶液 :42 ml 浓盐酸稀释至 500 ml 即得 8.4% 的盐酸溶液 还原剂 :0.007% KBH4( 溶剂为 0.5% NaOH): 称取 1.0g KBH4 溶于含 0.5% NaOH 水溶液 100mL 中, 取此溶液 7mL, 用含 0.5% NaOH 水溶液 1000mL, 得此还原剂 1.3.4 无机砷的载液及还原剂载液 :5.3%(V/V) 的盐酸溶液 : 量取 53mL 盐酸, 超纯水定容至 1000mL 还原剂 :1.2% KBH4( 溶剂为 0.5% NaOH): 称取称取 5g NaOH, 加入 1000mL 纯水, 加入 12g KBH4 1.4 标准溶液的配制 1.4.1 铅的标准系列取 1000μg/mL 的铅 (Pb) 单元素标准溶液 50μL 至 50mL 的容量瓶中, 用去离子水定容至刻度, 得 1.0μg/mL 的铅标准储备液 按下表配制铅的标准系列 表 1 铅的标准系列的配制 标样号 加入 1μg/mL 标样体积 (μl) 载液定 容体积 (ml) 浓度 (ng/ml) 1 0 25 0 2 5.0 25 0.2 3 12.5 25 0.5 4 25.0 25 1.0 5 125.0 25 5.0 1.4.2 镉的标准系列取 1000μg/mL 的镉标准溶液 50μL 至 50mL 的容量瓶中, 用去离子水定容至刻度, 得 1.0μg/mL 的镉标准储备液 按下表配制铅的标准系列 表 2 镉标准系列的配制 标样号 加入 1μg/mL 标样体积 (μl) 加入盐酸 的体积 (ml) 加入 10% 硫脲体积 (ml) 加入 100μg/mL 的 Co 2+ 的体积 (ml) 用载液稀释 至最终体积 (ml) 浓度 (ng/ml) 1 0.0 0.625 2.5 0.25 25 0 2 5.0 0.625 2.5 0.25 25 0.2
3 12.5 0.625 2.5 0.25 25 0.5 4 25.0 0.625 2.5 0.25 25 1.0 5 125.0 0.625 2.5 0.25 25 5.0 1.4.3 汞的标准系列 硝酸 - 重铬酸钾溶液的配制 : 称取 1.0g 重铬酸钾, 溶于 1L(1+19) 硝酸中 吸取 1.00mL 浓度为 1.000mg/mL 的汞标准储备液, 转入 100mL 容量瓶, 用去离子水稀 释至刻度, 此溶液为 10.00μg/mL 汞的标准液 吸取此溶液 1.00mL 转入 100mL 容量瓶, 用 去离子水稀释至刻度, 此溶液为含 0.100μg/mL 汞的储备液 用此溶液按下表配制标准系列 : 表 3 汞标准系列的配制 标样号 加入 0.1μg/mL 标样体积 (μl) 加入硝酸 - 重铬酸 钾溶液体积 (ml) 用纯水稀至最 终体积 (ml) 浓度 (ng/ml) 1 0 10 50 0 2 5 10 50 0.01 3 25 10 50 0.05 4 75 10 50 0.15 5 100 10 50 0.2 1.4.4 砷的标准系列 (5%Vc+5% 硫脲 ) 溶液的配制 : 称取 5.0g 抗坏血酸, 及 5.0g 的硫脲于水中, 稀释至 100mL, 混匀即可 取 1000μg/mL 的砷标准溶液 50μL 至 50mL 的容量瓶中, 用去离子水定容至刻度, 得 1.0μg/mL 的镉标准储备液 按下表配制砷的标准系列 此标准系列配置完成后放置 20min 才可进行测定 表 4 砷标准系列的配制 标样号 加入 1.0μg/mL 标样体积 (μl) 加入 (5%Vc+5%) 硫脲体积 (ml) 盐酸 (ml) 正辛醇 ( 滴 ) 纯水定 容体积 (ml) 浓度 (ng/ml) 1 0 5 5 8 25 0 2 12.5 5 5 8 25 0.5 3 25 5 5 8 25 1.0 4 125 5 5 8 25 5.0 5 250 5 5 8 25 10.0 2 方法及条件 2.1 样品前处理方法 2.1.1 测铅前处理准确称取过 40 目筛的大米粉末样 2.00g 置于 150mL 消化容器 ( 锥形瓶 ), 然后加入硝
酸 + 高氯酸混合酸 (9+1)10mL 摇匀, 放置过夜 次日置于电热板上加热消解, 至消化液呈淡黄色或无色 ( 如消解过程色泽较深, 稍冷补加少量硝酸, 继续消解 ), 稍冷加入 20mL 水再继续加热赶酸, 至消解液 0.5~1.0mL 为止, 冷却后用载液定量转入 25mL 容量瓶中, 并用载液定容 同时做试剂空白 2.1.2 测镉前处理准确称取经粉碎混匀过 40 目筛的干样 0.5g, 置于聚四氟乙烯塑料内罐中, 加入 5mL 硝酸, 混匀后放置过夜, 次日补加 3.0 ml 过氧化氢, 盖上内盖放入不锈钢外套中, 旋紧密封 然后将消解器放入普通干燥箱 ( 烘箱 ) 中加热, 升温至 130 后保持恒温 3.5h, 至消解完全, 自然冷却至室温 开盖将高压消解罐内罐放于加热板上, 进行赶酸, 稍冷加入 20mL 水再继续加热赶酸, 至消解液 0.5~1.0mL 为止, 用少量去离子水定量转移至 25mL 容量瓶中, 并加入 10% 硫脲 2.5mL,100μg/mL 的硫酸钴溶液 0.25mL, 盐酸 0.625mL, 再用去离子水定容至刻度, 摇匀待测 同时做试剂空白 2.1.3 测汞前处理准确称取经粉碎混匀过 40 目筛的干样 0.5g, 置于聚四氟乙烯塑料内罐中, 加入 5mL 硝酸 3.5mL 过氧化氢, 混匀后放置过夜, 再补加 3.5mL 过氧化氢, 盖上内盖放入不锈钢外套中, 旋紧密封 然后将消解器放入普通干燥箱 ( 烘箱 ) 中加热, 升温至 120 后保持恒温 3h, 至消解完全, 自然冷却至室温 将消解液用去离子水定量转移至 25mL 容量瓶中, 加入 5mL 硝酸 - 重铬酸钾溶液, 去离子水定容至刻度 2.1.4 测无机砷前处理将脱壳的大米样品用高速粉碎机粉碎, 过 80 目筛 准确称取过筛后的大米粉末样 2.5g 于 25mL 具塞刻度试管中, 加盐酸 (1+1) 溶液 20mL 混匀 置于 60 水浴锅中 18h, 期间多次振摇, 使试样充分浸提 取出冷却, 用盐酸 (1+1) 溶液定容至 25mL, 用脱脂棉过滤, 移液管 ( 或移液枪 ) 准确量取 4mL 滤液于 10mL 容量瓶中, 加 (5%Vc+5% 硫脲 ) 溶液 2mL, 正辛醇 ( 消泡剂 )4 滴, 加水定容至刻度, 混匀, 放置 20min 后测定无机砷 2.2 仪器条件测量各个元素时, 原子荧光光度计的工作条件如下表中所示 : 表 5 仪器参数设置 仪器工作条件参数 Pb Cd Hg As 光电倍增管负高压 /V 350 350 350 350 空心阴极灯电流 /ma 90 70 40 70
辅阴极电流 /ma 70 60 0 50 原子化器高度 /mm 0 0 0 4 原子化炉温度 / 200 300 0 300 屏蔽气 (Ar) 流量 /ml min -1 600 600 600 600 载气流量 /ml min -1 230 200 270 150 积分时间 /s 25 25 25 25 积分方式 峰面积 峰面积 峰面积 峰面积 测定方式 标准曲线法 标准曲线法 标准曲线法 标准曲线法 3 结果及讨论 根据表 5 设置仪器参数并等待仪器稳定, 将配置完成的标准系列及处理好的样品依次进行测定, 采用外标法对样品进行定量 3.1 标准曲线以含量为横坐标, 响应峰面积为纵坐标进行标准曲线的绘制 各个元素标准曲线采用不过原点的一次曲线进行拟合, 曲线方程及相关系数如下表所示 : 表 6 曲线方程 元素 标准曲线 相关系数 Pb Y=801.23604x-71.15376 0.99999 Cd Y=127239.99423x-10222.61543 0.99988 Hg Y=154444.23406x-245.45086 0.99993 As Y=40479.22345x-1051.00376 0.99998 3.2 样品测定结果标准系列及样品的测试谱图如下图所示 砷 汞
铅 镉 图 1 各元素原子荧光谱图 试样中各个元素含量按式 (1) 进行计算 X= (C-C0) V/(m 1000) 式 (1) 式中 : X 试样中目标元素的含量, 单位为毫克每千克或毫克每升 (mg/kg 或 mg/l); C 试样消化液中目标元素的含量, 单位为纳克每毫升 (ng/ml); C0 试剂空白液中目标元素的含量, 单位为纳克每毫升 (ng/ml); V 试样消化液的定容体积 (ml); m 试样质量或体积, 单位为克或毫升 (g 或 ml) 计算结果保留三位有效数字 客户送检大米样品的四种重金属含量结果见表 7 表 7 大米样品中各个元素的含量 元素 含量 (mg kg -1 ) 国标限量 ( 大米 ) (mg kg -1 ) Pb 7.196 10-3 0.2 Cd 1.616 10-3 0.2 Hg 5.852 10-3 0.01 As 0.1654 0.15 3.3 讨论 3.3.1 在所测得铅 镉 汞 砷四种元素中, 铅 镉对酸度的要求较高, 对消解赶酸后的酸剩余量尽量少 样品定容后的酸度会影响样品的荧光峰, 及影响积分面积, 从而影响目标元素含量 3.3.2 对比国标中各重金属限量 ( 表 7), 铅 镉 汞含量符合国家的限量要求, 无机砷超标 该实验数据结果与客户所测得数据均相符
参考资料 [1] GB 5009-12-2010 食品安全国家标准食品中铅的测定 [2] GB/T 5009.15-2003 食品中镉的测定 [4] GB/T 5009.17-2003 食品中总汞及有机汞的测定 [3] GB/T 5009.11-2003 食品中总砷及无机砷的测定