ICP-AES法快速测定不锈钢食具容器中重金属的迁移量

陈永康，张笑旻，张丽琪

（上海市计量测试技术研究院，上海 201203）

ICP-AES法快速测定不锈钢食具容器中重金属的迁移量

陈永康，张笑旻，张丽琪

（上海市计量测试技术研究院，上海 201203）

采用ICP-AES法快速测定不锈钢食具容器中的重金属铅、铬、镍、镉和砷的迁移量。样品用4%乙酸溶液浸泡，ICP-AES法测定浸泡液中铅、铬、镍、镉、砷的含量。铅、铬、镍、镉、砷的质量浓度分别在0.03～0.30，1.0～5.0，0.3～2.0，0.015～0.20，0.020～0.30 mg/L范围内与其光谱强度线性相关，相关系数均大于0.999 6。铅、铬、镍、镉、砷的检出限分别为0.009，0.000 5，0.002，0.000 5，0.007 mg/L，加标回收率分别为100.0%～122.5%，100.0%～115.0%，99.0%～117.5%，108.0%～115.0%，60.0%～68.8%，测定结果的相对标准偏差为0.2%～5.0%（n=6）。结果表明，该方法能够满足对不锈钢食具容器中重金属迁移量的快速测定要求，可应用于食品相关产品的监管工作。

电感耦合等离子体原子发射光谱仪；不锈钢食具容器；重金属迁移

不锈钢器具有良好的耐蚀性、加工性以及优良的表面特性，广泛应用于制备食具容器、餐厨具以及食品机械。食具容器及食品生产经营工具、设备的主体部分应选用奥氏体型不锈钢、奥氏体·铁素体型不锈钢、铁素体型不锈钢等符合相关国家标准的不锈钢材料制造；餐具和食品生产机械设备的钻磨工具等的主体部分也可采用马氏体型不锈钢材料。为保证不锈钢的耐蚀性能和加工性能，不锈钢中需含有大量铬、镍元素，另外在不锈钢餐厨具的加工过程中可能会引入焊料中的铅和镉等重金属［1-2］，因此在餐厨具的使用过程中，重金属会在接触介质的作用下，从不锈钢表面迁移析出从而进入食品中，在人体中缓慢积累，当积累到一定程度时就会对人体的健康造成危害［3-4］。近几年来，时有发生的由食品接触性材料引发的食品安全问题越来越受到国内外卫生组织、媒体和公众的广泛关注，随着欧盟食品接触材料技术指令的出台，有害物质迁移量成为食品进入欧盟国家主要的技术门槛［5-8］。根据国家标准方法［9-12］，主要采用石墨炉原子吸收光谱法检测食品接触材料中有害物质迁移量［13-16］，但目前主流的石墨炉原子吸收法只能逐个元素检测，耗时较长，工作效率低。

笔者改用ICP-AES法同时测定不锈钢食具容器中铅、铬、镍、镉、砷5种元素的迁移量，该法便捷、准确、灵敏，能满足不锈钢食具容器中有害重金属迁移量的快速批量检测和质量技术监督管理部门的日常监管需要。

1　实验部分

1.1主要仪器与试剂

电感耦合等离子体发射光谱仪：Optima 8000型，美国Perkin Elmer公司；

超纯水仪：Milli-QB型，美国Millipore公司；

铅、铬、镍、镉、砷单元素标准溶液：质量浓度均为100 mg/L，上海市计量测试技术研究院；

冰乙酸：分析纯；

实验用水为超纯水。

1.2仪器工作条件

高频功率：1.5 kW；雾化气流量：0.7 L/min；辅助气流量：0.2 L/min；等离子气流量：8 L/min；分析泵速：1.0 mL/min；各元素的分析波长：Pb 220.4 nm，Cr 267.7 nm，Ni 231.6 nm，Cd 228.8 nm，As 189.0 nm。

1.3样品处理

1.3.1试剂及样品空白

量取4 mL冰乙酸至100 mL容量瓶，加水稀释至标线，混合均匀，作为试剂空白及样品空白。

1.3.2样品溶液制备

根据国家标准，样品采用4%乙酸作为浸泡液。用肥皂水洗刷样品表面污物，自来水冲洗干净，再用超纯水冲洗，晾干备用。对于器形规则、便于计算表面积同时可以直接加热的食具容器，直接取其成品，计算浸泡面积并注入水测量容器容积（以容积的2/3～4/5为宜），记下面积、容积，把水倾去，滴干；对于器形不规则、容积较大或难以测量计算表面积的制品，可采用其原材料（板材）或成品裁割成一定面积板块作为试样，浸泡面积以总面积计，板材的总面积不要小于50 cm2，放入合适体积的烧杯中，加浸泡液的量按2 mL/cm2计，如果两面都浸泡在液体中，总面积应乘以2。把煮沸的4%乙酸倒入成品容器或盛有板材的烧杯中，加玻璃盖，在电热板上小心煮沸30 min（在煮沸过程中因蒸发损失的4%乙酸浸泡液应随时补加）后取下，补充4%乙酸至原体积，室温放置24 h，将以上试样浸泡液倒入洁净玻璃瓶中供分析用。

1.3.3质控样品溶液的制备

根据各元素的限度浓度，Pb：0.05 mg/L（0.01 mg/dm2）；Cr：2.0 mg/L（0.4 mg/dm2）；Ni：0.5 mg/L（0.1 mg/dm2）；Cd：0.025 mg/L（0.005 mg/dm2）；As：0.04 mg/L（0.008 mg/dm2），浸泡条件均为2 mL/cm2（即200 mL/dm2），量取相应体积的各待测元素标准品溶液于100 mL容量瓶中，加4%乙酸稀释至标线，混合均匀，配制成LQC（80%限度浓度）、MQC（150%限度浓度）、HQC（200%限度浓度）3种溶液，各浓度水平样品平行配制3份，如表1所示。

表1　质控样品溶液质量浓度 mg/L

1.3.4标准工作溶液的制备

量取相应体积的各元素标准溶液置于100 mL容量瓶中，加超纯水稀释至标线，混合均匀，配制成系列标准工作溶液，各元素的系列浓度如表2所示。

表2　系列标准工作溶液质量浓度 mg/L

2　结果与讨论

2.1仪器工作条件的选择

使用的ICP-AES是高灵敏度全谱直读型发射光谱仪，可以实现多元素同时测定。当仪器高频功率增加时，信号值明显增强的同时，也伴随着仪器噪音的显著增加，经过调试选择1.5 kW作为分析功率；辅助气流量的大小直接影响样品溶液的吸出速率，辅助气流量增大，可以使进入等离子体的待测元素量增大、强度增强，但辅助气流量过大，会稀释样品，经过调试选择0.2 L/min作为辅助气流量；增加雾化气流量会使待测元素强度下降，导致灵敏度降低，不利于低浓度元素的分析测定，经过调试选择0.75 L/min 作为雾化气流量。

2.2元素分析波长的选择

在分析测试之前，对待测的各元素选取3条谱线作为分析波长进行试验，通过测试混合标准溶液，从发射强度、共存元素干扰情况、峰形及稳定性等进行考察，选取响应强度值高、受共存元素干扰小、精密度高的谱线作为分析波长，各元素分析波长见1.2。

2.3方法的干扰及消除

ICP-AES法测定不锈钢食具容器乙酸浸泡液中的重金属，存在的干扰大致可分为光谱干扰和非光谱干扰两类。通过采用背景校正技术，可以很好地矫正测定过程中存在的背景干扰，经过试验，各元素的分析波长周围其它元素的谱线重叠干扰极少。非光谱干扰主要包括化学干扰、电离干扰、物理干扰及去溶剂干扰等，在实际分析过程中各类干扰很难截然分开。一般来说，非光谱干扰影响相对较小，如果浸泡液中重金属元素浓度较高，可以采用稀释的办法消除或者减少此类干扰［17］。

2.4线性范围、回归方程及相关系数

将系列标准使用溶液依次进样，以质量浓度x为横坐标，信号强度y为纵坐标，由仪器软件自动绘制各元素的标准曲线，各元素的线性范围、回归方程和线性相关系数见表3。由表3可知，各元素的线性范围较宽、线性拟合较好，相关系数均大于0.999 6，均能满足分析要求。

表3　方法的线性范围、回归方程、相关系数

2.5检出限及定量限

检出限和定量限是评价设备可以检测出试样中被测物的最低量的能力。检出限：LOD=3S；定量限：LOQ＞10S，S为空白溶液的标准偏差。测试11个空白溶液（4%乙酸溶液），计算出空白溶液中待测元素响应值标准偏差的3倍值，该值对应的浓度即为检出限；计算出空白溶液中待测元素响应值的标准偏差的10倍值，该值对应的浓度即为定量限。检出限及定量限数据列于表4。

表4　检出限和定量限

2.6精密度试验

分别在不同时间检测同一LQC，MQC，HQC样品，计算质控样品各元素测量值的相对标准偏差，数据列于表5。由表5可知，Pb，Cr，Ni，Cd，As元素测定结果的相对标准偏差为0.2%～5.0%，说明该方法具有良好的精密度。

表5　精密度试验结果

2.7准确度试验

按实验方法测试LQC，MQC，HQC质控样品，计算回收率，结果列于表6。

表6　方法的准确度试验结果

由表6可知，3种浓度质控样品中，Pb的回收率为100.0%～122.5%，Cr的回收率为100.0%～115.0%，Ni的回收率为99.0%～117.5%，Cd的回收率为108.0%～115.0%，As的回收率为60.0%～68.8%，结果表明本方法准确度良好。

3　结论

采用ICP-AES法测定不锈钢食具容器中重金属铅、砷、镉、铬和镍溶出量。该方法能够满足对不锈钢食具容器中重金属迁移量的测定，与国家标准中所使用的石墨炉原子吸收法相比，显著提高了工作效率。需要注意的是，该方法中由于As元素的信号强度弱，质控样的回收率最低为60%，所以当检测结果在最大允许限量值附近时，对于产品合格与否的判定，需持谨慎态度，应采取标准方法作进一步的验证。

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Rapid Determination of heavy metals migration from Stainless Steel Food Containers by ICP-AES

Chen Yongkang， Zhang Xiaomin， Zhang Liqi
（Shanghai Institute of Measurement and Testing Technology， Shanghai 201203， China）

A rapid determination of lead，chromium，nickel，cadmium and arsenic migration from stainless steel food containers by ICP-AES was established. Sample was soaked with 4% acetic acid solution， the contents of lead，chromium，nickel，cadmium and arsenic in soak solution were determinde by ICP-AES. The mass concentration and their spectral intensity had good relationship in the range of 0.03-0.30，1.0-5.0，0.3-2.0，0.015-0.20，0.02-0.30 mg/L for lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic， repectively，and the correlation coefficients were more than 0.999 6. The detection limits of lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic were 0.009，0.000 5，0.002，0.000 5，0.007 mg/L， respectively. The recoveries of lead，chromium，nickel，cadmium，arsenic were 100.0%-122.5%，100.0%-115.0%，99.0%-117.5%，108.0%-115.0%，60.0%-68.8%， respectively. The relative standard deviations of determination results were 0.2%-5.0%（n=6）. The results show that the method can meet the requirements of rapid determination of the heavy metals migration in stainless steel food containers，it can be applied on the supervision of food related products.

ICP-AES； stainless steel food container； heavy metals migration

O657.3

A

1008-6145（2016）03-0030-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.03.008

联系人：陈永康；E-mail∶ ykchen@simt.com.cn

2016-01-12