MPT-AES法测定大米中铅和镉

赵明明，李丽华，张金生

（辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚顺113001）

MPT-AES法测定大米中铅和镉

赵明明，李丽华，张金生*

（辽宁石油化工大学化学与材料科学学院，辽宁抚顺113001）

用微波等离子体炬（MPT）为激发光源，氩气为等离子体工作气，用气动雾化进样，微波消解大米条件进行了正交试验考察，研究了微波等离子体炬原子发射光谱法（MPT-AES）测定大米中铅和镉。详细考察了Pb和Cd的最佳分析谱线波长、微波前向功率、载气流量、工作气流量等实验参数对测定强度的影响。同时考察了酸浓度和共存离子对铅和镉测定的影响。在最佳条件下测得铅和镉的检出限分别为4.8 ng/mL、5.7 ng/mL，精密度分别为2.35%、1.86%，加标回收率分别为97.2%～102.2%、97.5%～101.7%。

微波等离子体炬原子发射光谱法；大米；铅；镉

近年来，农产品质量安全问题已成为政府有关部门乃至普通百姓关注的焦点之一，其中有毒重金属超标和污染问题不容乐观，尤其是对铅和镉的含量，无公害农产品和绿色食品等食品标准中有严格限量，也是国家农产品例行监测的重要指标。这些重金属中铅镉毒性很大，容易进入人体细胞，对内脏器官造成损伤。因此，测定大米中的重金属含量对人们健康非常重要［1］。大米中重金属元素的测定主要有原子吸收光谱［2-3］和ICP-AES法［4］。因此测定大米的铅和镉含量对人类健康具有非常重要的意义。本实验采用MPT-AES法［5-8］测定大米中铅和镉含量。该法操作简单，仪器价格经济，方法快速测定结果可靠。

1试验部分

1.1仪器与试剂

1020型MPT光谱仪（长春吉大·小天鹅仪器有限公司）；石英亚沸高纯水蒸馏器：江苏省金坛市环宇科学仪器厂；EXCEL全功能型微波消解仪：上海屹尧微波化学技术有限公司；铅标准储备液：1 g/L，镉标准储备液：1 g/L，铬标准储备液：1 g/L，铜标准储备液：1 g/L。所用试剂均为分析纯或优级纯，水为亚沸蒸馏水。

称取0.5 g大米（精确至0.000 1 g）过20目筛的粉样于消化罐中，加入8 mL硝酸，浸泡10 min后，加入2 mL过氧化氢，浸泡20 min，将消化罐放入微波消解炉中，设置消解分析条件，消解完毕取出消解罐，冷却后开罐，将消解液于电热板上赶尽残酸，用1%硝酸转移至10 mL容量瓶中，定容，上机测定。同时制备空白液。

1.2光谱仪工作条件选择

1.2.1分析谱线的选择

分别配制质量浓度为5 mg/L铅镉的标准溶液进行波长扫描，最后选择各自发射强度大、背景和光谱干扰小、信倍比大的发射谱线为最佳分析谱线，405.7 nm和228.8 nm。

1.2.2微波前向功率的选择

微波功率对发射强度的影响是随着微波功率的增加而增加，但由于微波功率较大时等离子体炬不稳定，而微波功率较小时等离子体对水分和样品的承受能力较差亦会影响到稳定性。本研究综合考虑了仪器性能和具体要求，选择微波功率为80 W。

1.2.3载气流量的选择

从实验中得知，各元素的相对发射强度均随着载气流量的增加成先增加后趋于平缓（或逐渐降低）的趋势，这是由于载气流量对进样量、雾化效率、稀释因子等方面有影响。载气流量过小时，雾化效果差，等离子体能耗较大，所以信号强度低。载气流量增大时，有利于中央通道的形成，同时可以延长样品在中央通道的停留时间，因而发射强度增大。但过大时，载气本身对等离子体冷却作用增强，并且，对样品稀释作用也增强，故信号强度也应有所下降。本文从既保证发射强度最大又尽可能节省成本角度选取测试各待测元素的载气流量分别为0.70 L/min和0.60 L/min。

1.2.4工作气流量的选择

工作气流量对发射强度的影响试验考查，当工作气流量太小时，等离子体不稳定，且不能很好地阻隔周围空气向等离子体中扩散。当工作气流量太大时，样品在等离子体中的停留时间缩短，用于激发氩气本身电离的能量损耗也增大，所以信号强度降低。试验选取最佳工作气流量均为0.50 L/min。

2结果与讨论

2.1设计正交试验考察微波消解程序

以测定大米中的铅镉为实验指标，用正交试验设计方法考察微波消解的最佳工作条件［9-10］。考察消解温度（A）、消解压力（B）、恒温时间（C）对各元素含量测定的影响。对大米样品进行微波消解，选定每个因素的不同的水平，安排三因素正交试验。正交试验方案及结果见表1、2、3、4、5、6。

表1　大米中铅正交试验因素水平Table 1Rice lead in factor levels orthogonal experiment

表2　正交试验方案及结果Table 2Orthogonal experiment methods and results

根据表2中3个因素的极差值数据可知，对于Pb元素，消解温度是影响大米样品消解的主要因素，其次是消解时间，影响最小的因素是消解压力，根据K值变化趋势确定最佳的消解方案为A3B2C1，最终得到最佳微波消解条件如表3。

表3　最佳微波消解条件Table 3The best condition of microwave digestion

表4　大米中镉正交实验因素水平Table 4Cadmium in rice factor levels orthogonal experiment

根据表5中3个因素的极差值数据可知，对于Cd元素，消解温度是影响大米样品消解的主要因素，其次是消解时间，影响最小的因素是消解压力，根据K值变化趋势确定最佳的消解方案为A3B3C1，最终得到最佳微波消解条件（表6）。

表5　正交试验方案及结果Table 5Orthogonal experiment methods and results

表6　最佳微波消解参数Table 6The optimum parameters of the microwave digestion

2.2干扰的考察

2.2.1酸效应

经考察，铅镉均不同程度地存在一定的酸效应。但样品消解后消解液在电炉上已蒸至近干，大部分消解液已挥发掉，残留其中的酸液浓度很低，不会造成样品不均匀，对测定结果造成影响。

2.2.2共存离子

经考察，对于共存元素铜和铬，当其含量在0倍～50倍铜和铬含量的范围内，其相对误差的绝对值均小于5.0%，对铅和镉的发射强度影响可以忽略。

2.3方法检出限、测量精密度

吸取不同量的Pb、Cd标准储备液，稀释成一系列浓度的工作液，在最佳实验条件下进行测定，由计算机直接给出线性回归方程和回归系数。在最佳实验条件下，分别进行11次平行测定，测得检出限分别为4.8、5.7 ng/mL；相对标准偏差分别为2.35%、1.86%。

3样品分析

分别测定不同地区大米中铅和镉的含量。每种样品按1.2进行样品预处理，在最佳实验条件下平行测定4次。为了验证方法的准确性，对样品进行加标回收实验，计算平均回收率，并与国标法［11］进行对比，测定结果如表7所示。

由表可以看出，3种大米中铅和镉的含量均在国标范围内，可以食用。并且得出了用标准曲线法测定大米中Pb、Cd的回收率为97.2%～102.2%，97.5%～101.7%，RSD≤1.34%，表明MPT-AES是测定大米中Pb、Cd行之有效的分析方法。

表7　不同品牌中大米铅和铬的测定结果Table 7Different brands of rice the determination results of lead and chromium

4结论

1）采用MPT-AES法测定大米中的微量元素，方法灵敏度高，准确度高，精密度较好，分析速度快，与ICP-AES相比仪器运转成本较低，从而可为大米中金属元素的分析测定提供一种行之有效的测试方法。

2）据测量结果分析，不同产地大米中的铅和镉元素含量均在国标范围内，可以食用。

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Determination of Plumbum and Cadmium in the Rice by MPT-AES

ZHAO Ming-ming，LI Li-hua，ZHANG Jin-sheng*
（School of Chemistry and Material Science，Liaoning Shihua University，Fushun 113001，Liaoning，China）

Using microwave plasma torch（MPT）as excitation light source，argon as support gas，the sample solution was introduced in to a pneumatic atomizer system.Orthogonal experimengt studies the congditions of microwave digestion of rice.The determination of plumbum and cadmium in rice beverage by microwave plasma torch atomic emission spectrometry（MPT-AES）was studied.The detection conditions，including analytical line，microwave forward power，flow rate of carrier gas and support gas to the emission strength of elements of plumbum and cadmium were optimized.The effects of acid concentration and coexistent ions on the detections were investigated in detail.The results showed that the detection limits of plumbum and cadmium were 4.8 ng/mL，5.7 ng/mL；the precisions were 2.35%，1.86%；the recovery were 97.2%-102.2%，97.5%-101.7%，respectively.

microwave plasma torch atomic emission spectrometry；rice；plumbum；cadmium

10.3969/j.issn.1005-6521.2015.12.026

2013-12-14

赵明明（1987—），男（汉），在读硕士，研究方向：微波化学，现代分析测试新技术。

张金生（1960—），男，教授，硕士生导师，博士，主要研究方向：微波化学，现代分析测试新技术。