石墨炉原子吸收法测定破壁灵芝孢子粉类保健品中的铅含量

吴冬冬 王璐 刘征雨 杨韬

铅属于重金属元素，不是人体必需金属元素，摄入过多会损害肾脏、消化系统、生殖系统、神经系统，还会引起贫血、精神恍惚等问题。破壁灵芝孢子粉是市场中很常见的一种保健品，但其中含有的铅如果含量过高会对人体造成威胁，因此有必要对其进行检测。微波消解-石墨炉原子吸收法简单快速，具有较高的灵敏度和准确性、良好的精密度与重复性，是一种能够高效快速测定破壁灵芝孢子粉保健品中铅含量的方法。

一、仪器与材料

1.仪器。Mars 6微波消解仪，美国CEM公司；Analyst800型原子吸收分光光度计，美国铂金爱默尔仪器有限公司；AE-240电子天平，Mettler Toledo公司。

2.材料。高氯酸，优级纯；过氧化氢，优级纯；硝酸，优级纯；磷酸二氢铵，分析纯；实验用水均为超纯水机制取的超纯水（电阻率为18.2MΩ?cm）；基体改进剂1为1%磷酸二氢铵，基体改进剂2为1%磷酸二氢铵-0.06%硝酸镁。铅标准使用溶液选用国家标准物质中心生产的铅标准储备液（1000?g/mL，标准号GWBO8619），临用前用0.2%硝酸逐级稀释为50?g/mL的标准应用液。样品1为破壁灵芝孢子粉胶囊（批准文号：国食健字G20110404），南宁富莱欣生物科技有限公司；样品2为五养牌破壁灵芝孢子粉（批准文号：国食健字G20110667），浙江益圣菌物发展有限公司。

二、实验与方法

1.仪器的工作条件。灯电流10.0mA，波长283.3nm，狭缝0.7nm，进样体积20?L，改进剂注射量5?L。石墨炉升温程序为：干燥温度120℃，斜坡升温5s，保持30s，氩气流250mL/min；干燥温度140℃，斜坡升温10s，保持30s，氩气流250mL/min；灰化温度800℃，斜坡升温10s，保持20s，氩气流250mL/min；原子化温度1600℃，保持5s；净化温度2450℃，升温1s，保持3s，氬气流250mL/min，详情见表1。

2.样品的前处理。准确称取0.5g（精确至0.0001g）样品置于微波消解罐内杯中，加入5mL硝酸，静置30min后再加入2mL质量分数为30%的过氧化氢，静置10min后加盖拧紧，按照设定的微波消解程序（表2）进行消解。反应完成后，冷却至常温、常压后打开消解罐，将内杯放到赶酸板中于170℃条件下赶酸至溶液剩余1mL左右，继续冷却到室温，然后定容至10mL，摇匀备用，同时做试剂空白。

三、结果与分析

1.基体改进剂的选择和检出限。试验得出，以1%磷酸二氢铵为基体改进剂对铅测定工作曲线回归方程结果为y2=0.0031x-0.00050，r=0.9997；以1%磷酸二氢铵-0.06%硝酸镁为基体改进剂对铅测定工作曲线回归方程结果为y1=0.0033x+0.00058，r=0.9994。两种基体改进剂均呈现出良好的线性关系，但后者能够显著改善吸收峰峰形，且测定铅元素结果的精密度和灵敏度较高，故所有试验的基体改进剂均选用1%磷酸二氢铵-0.06%硝酸镁。检出限是由连续测定20次空白值得到的，计算出的检出限为0.13?g/L。

2.灰化温度和原子化温度的选择。仪器推荐测定铅元素的灰化温度为800℃，原子化温度为1600℃。（1）灰化温度的选择。灰化的目的是蒸发掉试样中易挥发的基本组分，在破坏有机物的同时保证待测元素没有明显的损失，使其以相同的化学形式进入原子化阶段。因此，在待测元素不产生挥发损失的情况下，应尽可能使用较高的灰化温度。在原子化温度为1600℃的条件下，将灰化温度从700℃开始升温，每隔50℃测量1次，一直到900℃停止，测定不同灰化温度下铅的吸收光度值。灰化温度升高可以赶走大部分干扰物质，通过多次试验发现，采用800℃的灰化温度，受到的干扰较小，完全满足测定的要求。

（2）原子化温度的选择。铅的原子化温度较高，但过高的温度会导致石墨管的寿命缩短，在实验完成前就可能需要更换，不利于实验的重复性。因此，在获得最大吸收信号且尽可能延长石墨管使用寿命的前提下，应尽可能采用较低的原子化温度。在灰化温度为800℃的条件下，将原子化温度从1200℃开始升温，每隔100℃测量1次，一直到1600℃（仪器警告不允许达到1700℃）停止，吸光度在原子化温度为1600℃时达到最大值。

3.精密度的测定。对两种样品分别称取6份平行样，样品1的测定结果分别为0.065mg/kg、0.061mg/kg、0.063mg/kg、0.067mg/kg、0.069mg/kg、0.060mg/kg，平均值为0.06mg/kg，RSD为6.4%；样品2的测定结果分别为0.132mg/kg、0.133mg/kg、0.131mg/kg、0.141mg/kg、0.129mg/kg、0.143mg/kg，平均值为0.13mg/kg，RSD为4.5%。结果表明，本实验方法的重复性良好，能够达到分析的要求。

四、讨论与结论

1.食物中有害金属元素铅的测定及原理。一般食品中铅的允许量为0.2mg/kg-2mg/kg，对于食物中有害金属元素铅的测定，目前国际上通用的方法为石墨炉原子吸收法。该方法较为准确、快速，是一种基于基态自由原子吸收特定波长的测量方法，在进行原子吸收光谱分析时，主要是根据光线强度吸收的程度来决定待测元素的含量。

2.常用的基体改进剂。利用石墨炉原子吸收法测定食品中的铅元素，常用的基体改进剂主要是磷酸铵、硝酸钯、磷酸镁、酒石酸、磷酸二氢铵、氯化钯等，选择基体改进剂时要遵循从一般到特殊的原则。将基体改进剂引入石墨炉中并提高灰化的温度，可使基体成分形成易挥发化合物，在灰化时除去大部分基体，避免铅元素共挥发损失，还能减少和消除基体的化学干扰与背景吸收影响。但值得注意的是，基体改进剂的选择需要根据不同的实验仪器设备、检验样品的种类等综合因素进行论证，且相同的基体使用不同量的改进剂也会出现不同的结果。本实验针对灵芝破壁孢子粉中的铅含量进行测定，基体改进剂选用1%磷酸二氢铵-0.06%硝酸镁，克服了对铅元素测定的干扰。实验中包括两种消化体系空白值，消化体系2的空白值为3.8?g/L，高于消化体系1的空白值0.93?g/L，原因可能是消化体系2采用的是玻璃管并重复利用，容易受到污染导致空白值偏高，而消化体系1采用的是一次性消化管，在一定程度上避免了由于长期放置或清洗引发的污染问题，因此采用消化系统1消化样品，可以降低空白值，减小实验误差。在本实验中，消化体系1的回收率为97%-108%，消化体系2的回收率为117%-119%，因此消化体系1对破壁灵芝孢子粉的消化回收率更佳。

3.消化方式的选择。微波消解法与其他消解法的加热方式不同，能够同时加热所有的样品溶液而不加热容器，使溶液很快达到沸点。同时，微波还能使酸与样品之间产生较大的热对流，搅动并清除已消解的不活泼样品的表层，促进酸与样品更有效地接觸，在加压条件下，提升酸的氧化及活性，促使粒径大的样品也能在短时间内被消化，一般5-10min即可消解一个样品。另外，微波消解是在密闭容器中进行的，待测元素的损失较少，回收率较高，并且微波消化中酸的消耗量较少，避免了由酸带入的污染，提高了测定结果的准确性。本研究采用加入5mL硝酸，静置30min后向其中加入2mL质量分数为30%的过氧化氢，再静置10min后加盖拧紧，按照设定的微波消解程序进行消解。在此过程中需要判断消化是否完全，消化液澄清有沉淀与消化均匀浑浊是两个不同的问题，前者是因为样品中某些成分在消化过程中生成了盐类，后者则是因为消化未完全，需要留意。

4.仪器测量条件的设置。仪器测量条件的设置非常重要，对于本实验而言，加热温度的设置是极为关键的，需要遵循调试原则，对所使用的仪器进行调试，找到最佳测量条件，从而得到最准确的测量结果。

5.影响铅测定结果的因素。（1）玻璃器皿及实验试剂。对于玻璃器皿，包括使用前是否清洗干净、重复使用时器皿上是否有水残留，浸泡器皿的硝酸不能长期反复使用，这样反而会将其污染，使得铅含量增加。对于实验试剂，所用到的试剂应为杂质少的优级纯，目的是避免污染。（2）样品前处理。在前处理过程中要严格把控所加硝酸的比例和顺序，量少会导致消解不充分，量过大则会影响石墨管的使用寿命。试剂的纯度一般要求为优级纯以上，在保证样品完全消解的前提下，用量越少，种类越单一越好。（3）石墨炉原子吸收分析条件的选择。样品在石墨炉中原子化的过程可分为4个阶段，分别是干燥、灰化、原子化、除残，按照厂商推荐的升温程序，遵循调试原则对仪器进行调试，找出最佳条件原子化温度为1600℃，灰化温度为800℃，以达到最佳的测量结果。同时，还需要根据实际情况进行调整。（4）对试剂空白值的要求。只有保证空白值的准确性，才能满足测量的要求，测定前可以对石墨炉进行一次空烧，然后检测试剂空白值的高低，若偏高则需要再进行一次空烧。（5）石墨管的更换。在实验过程中，石墨管出现裂纹或损坏会影响实验数据的准确性，因此需要及时更换。在检测中有时会发现检测结果出现不正常峰值或结果不稳定甚至在原子化阶段出现嗤啦声的情况，均需要先检查石墨管是否出现问题，并及时予以更换。（6）实验过程中使用的玻璃器皿、移液管、容量瓶及消解罐等均需要提前用酸浸泡后再用水冲洗，洁净贮存，以免污染待测样品。