稀酸温和提取直接进样快速测定大米中镉含量

周明慧 王松雪 伍燕湘

（国家粮食局科学研究院，北京 100037）

稀酸温和提取直接进样快速测定大米中镉含量

周明慧 王松雪 伍燕湘

（国家粮食局科学研究院，北京 100037）

建立了常温条件下利用稀酸温和提取直接进样石墨炉原子吸收光谱法快速测定大米中镉的方法。考察了粉碎粒径、硝酸浓度、提取时间、固液比例等因素的影响，优化了灰化温度和原子化温度等仪器条件，确定了大米中镉元素测定的最佳条件。结果表明，常温条件下采用稀硝酸提取大米中的镉元素，浸提率在98.5%～100%之间，加标回收率达到93.0%～100%之间，精密度小于5%，方法的检出限和定量限分别为0.016μg／L和0.048μg／L，样品处理时间可缩短至20 min内，与经典的微波消解原子吸收光谱法和微波消解ICP-MS法比较，各类大米中镉元素的测定值无显著性差异（P＞0.05）。

稀酸温和提取 直接进样 石墨炉原子吸收法 大米 镉

镉（cadmium，Cd）是粮食污染物中一种常见的重金属。研究发现镉很容易蓄积在人体的肾脏、骨组织、眼睛和其他器官和组织中，尤其是在肾脏和骨组织中的蓄积现象最为严重［1］，可引发肾衰竭，易碎性骨折等疾病，威胁人体健康［2］。国际癌症研究署（IARC，International Agency for Research on Cancer）将镉划分为对人体有明确致癌性的致癌物（Group I）［3］。大米作为五谷之首，是我国主要的粮食作物，近些年来，关于大米中镉污染事件屡见不鲜，如何快速准确地进行大量批次大米中镉含量检测，防止受污染的大米流入市场亟待解决。

目前，常见大米中镉元素的检测方法主要有石墨炉原子吸收光谱法、原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法等［4-12］，但普遍存在样品前处理复杂耗时和仪器本身检测快的突出矛盾。湿法消化法、干法灰化法和微波消解法等经典的元素分析前处理技术虽然能准确提取样品中的重金属［13-19］，但步骤繁琐，前处理操作过程通常2～4 h甚至更长，费时费力，而仪器检测可在5 min之内完成；而且经典的消解方法一般需要消耗过多的强腐蚀性酸和氧化试剂，并且需要150℃以上的高温条件。复杂的过程和较多试剂的引入不仅增加了待测样品被污染的风险，同时也增加了操作人员的安全隐患，传统前处理方法已经难以适应当前大批次高通量绿色环保快速检测的需求。

本试验基于稻米中镉元素基本以酸可溶性的游离或络合等形态存在，首次开发并验证了稀酸快速温和提取直接进样石墨炉原子吸收法快速检测大米中镉元素含量的方法，对酸提取直接进样前处理方法的多种影响因素进行优化，和谷物中重金属传统前处理方法主要采用剧烈消解的方式相比，本方法实现了在常温条件下的温和提取，同时极大缩短处理时间，减少处理步骤，提高大米中镉元素的检测效率及分析准确度；达到了降低成本和保护环境的目的。

1 材料与方法

1.1 试验材料

1.1.1 测试样品

代表性样品：籼稻、粳稻、粳糯稻、籼糯稻，由国家粮食局科学研究院采集。籼稻标准参考样品为2012年采集并定值，镉含量（0.033±0.002）μg／g。

1.1.2 试剂及仪器设备

硝酸钯：99.9%，Alfa Aesar；双氧水、硝酸：优级纯，北京化工厂；内标混合溶液（100 mg／L）：Agilent；高纯氩99.999%：北温气瓶厂；Milli-Q超纯水处理系统：Millipore公司；ZEEnit700石墨炉原子吸收光谱仪：Analytik Jena AG；电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）：Agilent，7500CX；Pulverisette 14粉碎机：Fritsch，；标准样筛（0.25、0.4、0.5 mm）：上海丰行筛网制造有限公司。

1.1.3 溶液配制

1.1.3.1 石墨炉原子吸收光谱仪2μg／L标准使用液：准确取镉标准储备溶液（1 000μg／mL，GSB 04-1723-2004）50μL用5%硝酸定容至50 mL，摇匀得到标准贮备液，标准使用液由标准储备液用0.5%HNO3逐级稀释得到。

1.1.3.2 0.5%HNO3：取5 mL HNO3用超纯水定容到1 000 mL。0.4%、0.3%、0.2%、0.1%HNO3由0.5%稀释得到。

1.1.3.3 ICP-MS标准使用液：镉标准储备溶液（1 000μg／mL，GSB 04-1723-2004），标准使用液由标准储备液用5%HNO3逐级稀释得到。在仪器工作条件下得到镉元素工作曲线的线性相关系数0.999 6。

1.1.3.4 内标溶液：准确取内标溶液（100 mg／L）1 mL用5%HNO3定容到100 mL待用。

1.2 试验方法

1.2.1 直接进样方法

1.2.1.1 样品前处理：取均匀测试样品500 g去壳放入粉碎机中粉碎，并使用样筛筛出合适粒径备用。

1.2.1.2 分析过程：以0.20 g大米粉作为研究对象，分别对硝酸浓度、提取时间、沉降时间、粒径及固液比对大米粉中镉元素的检测结果的影响进行试验优化。

提取率试验：精确称量0.20 g样品，加入5 mL 0.5%HNO3，充分振荡浸提5～10 min，离心（20℃，3 000 r／min，5 min）小心吸取上清液（离心上清液），加入5 mL水洗残渣，振荡后立即离心（20℃，3 000 r／min，5 min）并小心吸取上清液，用 HNO3转移残渣至消解管中，补充HNO3至5 mL，并加入2 mL H2O2，同时做试剂空白，微波消解处理，结束后置于赶酸套赶酸至近干，超纯水定容至10 mL，上机检测。

回收率试验：精确称量2组0.20 g样品，第1组加入40μL 100 ng／mL Cd标准溶液，补加0.5%硝酸溶液至5 mL；第2组加入5 mL 0.5%硝酸溶液，充分振荡浸提5～10 min，再振荡静置10 min，上机检测。

1.2.2 ICP-MS方法

精确称量所需固体试样各0.2 g，进行微波消解，赶酸，定容至 25 mL后待测［18］。

1.2.3 仪器工作条件

1.2.3.1 石墨炉原子吸收光谱仪：谱线228.8 nm；狭缝为0.8 nm；灯电流4.0 mA；灯类型HCl；PMT为311.0V；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。

1.2.3.2 ICP-MS：入射功率1 500 W；Torch-H为-0.3 mm；Torch-V为-0.4 mm，载气流速为0.76 L／min；辅助气流速0.45 L／min；池气体模式为 He模式；氦气流速4.0 mL／min；采样深度8.0 mm；积分时间 0.3 s／point；采集质量数 111 Cd。

2 结果与讨论

2.1 基体改进和标准工作曲线的绘制

由于样品浸提液没有经过消解或者灰化的过程，样品里含有大量的有机物质，使样品测定的背景吸收值很高，同时可能会造成基体干扰，针对此情况，本试验采取添加基体改进剂的方法，减少背景吸收，经试验摸索，采取浓度为1 000 mg／L的硝酸钯溶液作为基体改进剂，使用体积为5μL，即能显著降低背景吸收（图1）。以2μg／L的镉元素标准溶液作为标准工作液，通过进样程序的设置，以0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0μg／L的浓度进行标准曲线的绘制（图2），曲线相关系数R2为0.999 6。

图1 基体改进剂（硝酸钯）使用的影响

图2 Cd标准曲线

2.2 酸提取液浓度的选择

分别选取了不同浓度硝酸作为提取溶液，进行大米中镉元素提取率优化试验。

从图3可见，大米样品，镉元素的浸提率随硝酸浓度的增加而提高，当硝酸浓度提高到0.5%时，大米中镉的检出值0.033μg／g，在标准样品的定值范围（0.033±0.002）μg／g内，考虑到石墨管对酸的耐受能力，减少石墨管的损耗，选择0.5%硝酸作为大米中镉元素测定的浸提液。

图3 不同浓度稀硝酸对于镉提取效率的影响

2.3 沉降时间、浸提时间、固液比和粒径对检测结果的影响

试验证实，0.5%硝酸溶液具有浸出大米样品中镉元素的作用，影响浸提效果和检测结果的因素很多。首先，大米样品粉末会随着静置时间的延长发生迅速的沉降，沉降后是否会影响检测结果直接关系到方法的稳定性。因此本试验对沉降时间对检测结果的影响进行了考察。由图4a可见，随着静置时间的增加，大米样品中镉含量的检出值没有明显的下降，为探讨元素在浸提液中的稳定性，采取离心的方式取上清液进行测定（3 000 r／min离心5 min），样品中镉的检出值较静置上清液仍没有显著差别（P＞0.05），可证实0.5%硝酸确实对大米样品中的镉具有很好的浸提作用。静置10 min，大部分的固体颗粒会发生沉淀，取上清进行测定，可以在一定程度上减少石墨管的损耗。此外，浸提时间、固液比和样品粒径也是影响浸提效果的3个重要因素。图4b为浸提时间对大米中镉含量检测的影响，随着浸提时间的增加，样品中镉的检出值没有因浸提时间的增加而显著提高（P＞0.05），即加入浸提液剧烈震荡混匀样品即可使样品中的镉浸出。为保证提取充分，建议震荡提取5～10 min。

图4 不同因素对检测结果的影响

同时，从图4c、4d中可以看出，称样量与定容体积在2∶50～5∶50之间变化，粒径在＜0.5 mm范围内，浸提效果并不因这2个因素的变化而发生显著性的变化（P＞0.05）。

2.4 不同代表性样品中镉的浸提率

为进一步考察0.5%硝酸对于大米中镉元素的浸出效果及该方法的普遍适用性，选取了不同品种代表性样品，将其脱壳、粉碎处理后，采取一次浸提离心，二次离心清洗，收集残渣进行微波消解检测的方法计算了镉元素的浸提率。从表1可见，6种大米样品的镉元素浸提率均在98%以上。

表1 镉在大米样本中的浸提率（n＝3）

2.5 方法精确度

采取加标回收试验进行方法的准确度研究，加标水平均设在50%样品镉含量左右，结果显示（表2），籼米（早、中、晚）、粳米、籼糯米、粳糯米 4种类型6份样品的加标回收率为92.97%～100.43%，方法准确度符合仪器检测要求。

表2 酸提取直接进样法测定大米中镉含量回收率

2.6 方法检出限

酸提取直接进样法由于其酸度可控，试剂空白低，不易污染。通过仪器软件分别测定酸提取直接进样法的检出限和定量限分别为0.016μg／L和0.048μg／L。GB 2762—2012《食品中污染物限量》［20］中规定谷物中隔的限量为 0.2 mg／kg，按照此浓度，称取0.2 g定容至10 mL（1∶50），溶液中镉的浓度为4μg／L，远大于此方法的定量限，所以此方法满足国标对于限量的检测要求。

2.7 方法比对

研究采取不同方法比对方式考察酸提液直接进样石墨法测定不同类型稻谷中镉含量的准确度，比对的方法有微波消解—石墨炉法和微波消解—ICP-MS法。6种不同类型的稻谷样品检测结果显示（表3），与微波消解—石墨炉法、ICP-MS检测结果相比，其检测值没有显著性差异（P＞0.05）。

表3 酸提取直接进样法方法准确度研究

2.8 酸提取直接进样法与传统前处理方法比较

表4中从酸试剂用量、温度、称样重量、定容体积、样本稀释倍数、处理时间、所需主要容器和仪器等8个方面，将酸提取直接进样法与传统前处理方法进行了比较，由表4看出，较传统的前处理方法，酸提取直接进样法酸试剂用量少，温度要求不高，定容可控制在较小的体积，并且能达到仪器测量限对于样本浓度的要求，同时，该方法大大减少了样品的前处理时间，减少了容器的使用量，从而也减少了样品在不同容器中的转移次数，减少能源消耗的同时，也降低了样品被污染的概率，同时，该方法不需要使用特定仪器，简化了前处理步骤，降低了对检测实验室的要求，提高了检测人员操作过程中的安全性。

3 结论

研究建立了稀酸温和提取直接进样—石墨炉法快速检测大米中镉元素含量的方法，研究表明，在0～2μg／L范围内绘制标准工作曲线，相关系数R2为0.999 6，以0.5%硝酸溶液作为浸提液，可快速浸提（＜10 min）粒径为0.5 mm以下的大米样品，浸提液静置10 min或者离心（3 000 r／min，5 min）后取上清液进行样品中镉含量的检测，方法的检出限和定量限分别为 0.016μg／L和 0.048μg／L，加标回收率93.0%～100%。不同种类代表性实际样品分析结果表明，检测结果与传统方法无显著差别（P＞0.05），方法具有良好的普遍适用性。较传统的前处理方法相比，该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，进而能达到节能减排，保证实验操作人员的安全，是一种简单准确的绿色前处理方法，尤其适合大量大米样品中镉元素的检测。

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［20］GB 2762—2012食品中污染物限量［S］.

Rapid Direct Sampling Detection of Cd in Rice Using Diluted Acid Extraction

Zhou Minghui Wang Songxue Wu Yanxiang
（Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037）

The method for rapid determination of Cd in rice was established under normal temperature using diluted acid mild extraction and direct sampling coupled with graphite furnace atomic absorption spectrophotometer.Some factors were observed including the grain size，nitric acid concentration，extraction time，solid and liquid proportion and the instrument conditions were optimized including ashing temperature and atomizing temperature etc..The best examination condition of Cd in rice was achieved.Results show that，the exaction rate of Cd in rice by diluted acid was between 98.5%～100%，and the standard average recoveries of Cd in rice reached 93.0%～100%at room temperature condition，accuracy was lower than 5%，the method detection limits and quantification limits were 0.016μg／L and 0.048μg／L respectively，and the pretreatment time can be reduced to 20 min.Compared with the results of the classic method that microwave digestion atomic absorption spectroscopy and microwave digestion ICPMS，the detection Cd values in various rice had no significance difference（P＞0.05）.

diluted acid mild extraction，direct sampling，graphite furnace atomic absorption spectrophotometer，rice，Cd

TS201.6

A

1003-0174（2015）02-0097-06

粮食公益性行业科研专项（201313005-2），中央级公益性科研院所基本业务费（ZX1301）

2013-11-05

周明慧，女，1984年出生，博士，助理研究员，粮油分析检测

王松雪，男，1977年出生，博士，研究员，粮油质量安全分析与控制