微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定大米中金属元素的含量<sup> </sup>

Journal of Microwave Chemistry

2576-1110

Scientific Research Publishing

10.12677/mc.2017.11007

MC-22083

MC20170100000_30331412.pdf

化学与材料合作期刊

微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定大米中金属元素的含量 The Element Determination of Rice with Microwave Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrophotometry

马

密霞

²¹杨

博文

³¹赵

志刚

³¹胡

文祥

⁴¹

北京神剑天军医学科学院华北祥鹄微波化学联合实验室，北京

西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川成都

北京联合大学，北京

null

07082017

01013438

2014

This work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY). http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

利用火焰原子吸收分光光度计测定了大米中金属元素的含量，采用HNO ₃-H ₂O ₂酸体系消解样品，优化了微波消解条件和仪器工作参数，测定结果为食用大米提供基础数据。 The content of different metal elements in rice was determined by Flame Atomic Absorption Spectrometry (AAS), and the samples were digested with microwave irradiation in HNO ₃-H ₂O ₂ acid system. The microwave dissolving conditions and instrument working parameters were optimized. The measurement results provide basic data for the consumption of rice.

原子吸收分光光度计(AAS)，微波消解，大米，金属元素, Atomic Absorption Spectrophotometry (AAS) Microwave Digestion Rice Metal Elements

微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定大米中金属元素的含量<sup> </sup>

马密霞^1,3，杨博文^2,3，赵志刚²，胡文祥³^*

¹北京联合大学，北京

²西南民族大学化学与环境保护工程学院，四川成都

³北京神剑天军医学科学院华北祥鹄微波化学联合实验室，北京

收稿日期：2017年8月20日；录用日期：2017年9月11日；发布日期：2017年9月18日

摘要

利用火焰原子吸收分光光度计测定了大米中金属元素的含量，采用HNO₃-H₂O₂酸体系消解样品，优化了微波消解条件和仪器工作参数，测定结果为食用大米提供基础数据。

关键词 :原子吸收分光光度计(AAS)，微波消解，大米，金属元素

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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

1. 引言

水稻是我国的主要粮食作物，全国60%以上的人口以大米为主食 [1] ，大米中重金属元素的含量与其种植的土壤有很大关系，土壤中的重金属被水稻吸收后，通过大米或米制品进入食物链，会进一步对人体健康造成严重的危害。因此，快速测定大米中的重金属含量，对于消费者的健康、土壤的污染程度评价及稻米的销售有着重要的实际意义。

目前，大米中重金属含量的测定方法主要有原子荧光光谱法(AFS) [2] 、原子吸收分光光度法(原子吸收光谱法，AAS) [3] [4] 、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等 [5] [6] 。在大米样品的前处理中，消解的方法有干灰化消解、湿法消解、高压罐消解、微波消解 [7] [8] 等。其中，微波消解法具有样品用量少、消解高效快速、可避免待测元素的污染和损失等特点 [9] 。

本文以市售大米为研究对象，用微波消解法进行样品前处理，采用微波消解–火焰原子吸收分光光度法，对大米中的金属元素Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd含量进行测定，为大米的进一步开发利用提供参考数据。

2. 实验部分2.1. 仪器与试剂

日立Z-2000原子吸收分光光度计，备有Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd空心阴极灯(日本日立公司)；XH-800B型智能温压双控微波消解仪(北京祥鹄科技发展有限公司)，XH-8012消解赶酸器(北京祥鹄科技发展有限公司)。Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb浓度均为100 μg/mL，Mn、Cd浓度均为1000 μg/mL的标准储备液，有证标准物质(中国计量科学研究院国家标准物质中心)；所用试剂均为优级纯；水为二次蒸馏水。

2.2. 样品前处理—微波消解

称取0.3000克粉碎均质后的大米样品，放入微波消解专用的聚四氟乙烯内罐中，加入5 mL硝酸和2 mL双氧水，最后加入3 d浓硫酸；再将内罐放在PEEK外罐中，按表1微波消解程序进行消解。消解完毕后冷却至室温。将盛放消解液的内罐放在赶酸器中赶酸，设置130℃，加热消解液赶酸至近干(剩余体积约0.5 mL)，冷却；用二次蒸馏水转移消解液于100 mL容量瓶中定容，待测。同时做空白试验。

2.3. 混合标准溶液

分别取适量的标准储备液，Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb浓度均为100 μg/mL，Mn、Cd浓度均为1000 μg/mL。按表2配制混合标准工作溶液。

2.4. 仪器工作条件

采用标准燃烧头，原子吸收分光光度计工作条件见表3 [10] 。

3. 结果与分析3.1. 方法的线性关系及检出限

以元素的吸光度(A)为纵坐标，以元素浓度(μg/mL)为横坐标绘制工作曲线，并计算标准曲线回归方程及相关系数见表4，得到的标准曲线表明，金属元素浓度在测定过程中线性关系良好，相关系数均大于0.99，满足定量分析要求。

3.2. 精密度和回收率试验

称取样品溶液，每个样品溶液做3次平行试验，测定结果见表5。由表5可知，加标回收率在90.8%~102.6%之间，相对标准偏差<5%。

3.3. 大米样品的测定3.3.1. 元素含量的计算公式

M = c ∗ v / w

式中M：元素含量(mg/kg)，c：曲线获得浓度(μg/mL)，v：定容体积(mL)，w：取样量(g)。

Table 1 Microwave digestion progra

步骤	功率上限(P/W)	压力上限(MPa)	升温时间t₁ (min)	保持时间t₂ (min)	温度上限(℃)
1	400	4	8	4	100
2	400	4	8	4	120
3	400	4	8	4	140
4	400	4	8	4	165
5	400	4	8	15	165

表1. 微波消解程序

Table 2 Mixed standard solution concentration (μg/mL

元素	1#	2#	3#	4#	5#
Cu	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Fe	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Zn	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Mn	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
Co	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Ni	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Pb	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0

表2. 混合标准工作溶液浓度

Table 3 The optimal working parameters of apparatu

元素	波长λ(nm)	灯电流I(mA)	光谱通带宽(nm)	空气流量(L/min)	乙炔流量(L/min)
Cu	324.7	7.5	0.4	13.5	2.0
Fe	248.3	10.0	0.2	13.5	2.0
Zn	213.9	5.0	0.4	13.5	2.0
Mn	279.5	7.5	0.4	13.5	2.0
Co	240.7	7.5	0.4	13.5	2.0
Ni	232.0	6.0	0.2	13.5	2.0
Pb	283.3	7.5	0.4	13.5	2.0
Cd	228.8	5.0	0.4	13.5	2.0

表3. 最佳仪器工作参数

Table 4 The regression equation and correlation coefficient

元素	回归方程	相关系数	线性范围/(μg∙mL⁻¹)	检出限/(μg∙mL⁻¹)
Cu	Y = 0.0287X + 0.0003	0.9997	1.0~5.0	0.01
Fe	Y = 0.0518X + 0.001	0.9971	1.0~5.0	0.01
Zn	Y = 0.3105X + 0.0146	0.9991	0.5~2.5	0.005
Mn	Y = 0.0757X + 0.005	0.9994	1.0~5.0	0.01
Co	Y = 0.0548X + 0.001	0.9991	0.1~2.0	0.01
Ni	Y = 0.056X + 0.0002	0.9985	0.1~2.0	0.01
Pb	Y = 0.0112X + 0.0001	0.9962	0.1~2.0	0.02
Cd	Y = 0.178X + 0.0308	0.9956	1.0~5.0	0.01

表4. 回归方程及相关系数

Table 5 Precision and recovery rate experimen

元素	样品/(mg/L)	添加量/(mg/L)	回收率/%	相对标准偏差/%
Cu	21.1	2.00	100.9	0.3
Fe	56.4	2.00	102.6	1.5
Zn	23.8	2.00	96.3	0.5
Mn	1.10	2.00	92.90	0.9
Co	0.49	0.10	90.8	4.8
Ni	0.07	0.02	100.7	3.2
Pb	0.05	0.01	98.7	2.8
Cd	0.00	0.00	0.00	0.0

表5. 回收率与相对标准偏差(n = 3)

3.3.2. 大米样品中元素含量的测定

选取3种市售大米，按照所选定的仪器工作参数和方法条件，将采用微波消解法处理完成的大米样品(见2.2)用火焰原子吸收法进行测定，其中8种金属元素的测定结果见表6。结果显示，大米样品中含有丰富的铁和锌，同时也含有锰和铜等人体必需的微量元素。其中Fe含量为45.2~60.1 mg/kg，Zn含量

Table 6 Measured results of metal elements in ric

样品	Cu	Fe	Zn	Co	Ni	Mn	Pb
大米1	12.8	45.2	13.5	0.35	0.07	7.91	0.03
大米2	21.1	56.4	23.8	0.49	0.07	8.3	0.05
大米3	24.0	60.1	43.2	0.84	0.09	15.6	0.08

表6. 大米中金属元素含量的测定结果(mg/kg)

为13.5~43.2 mg/kg，Cu含量为12.8~24.0 mg/kg，Mn含量为7.91~15.6 mg/kg，另外，大米中还含有微量的钴、镍、铅，即不同的大米金属元素的含量稍有差别。重金属元素铅的含量低于国家标准(铅 ≤ 0.2 mg/kg)。镉元素在本次测试中未能检测到(另用石墨炉法可测定大米中的镉元素)，说明镉的含量低于本次实验的检测限，低于国家标准(镉 ≤ 0.2 mg/kg)。

4. 结论

本研究建立了微波消解–火焰原子吸收分光光度计测定大米中8种金属元素Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd的测定方法，分析速度快、线性范围宽。测定结果显示，Fe含量为45.2~60.1 mg/kg，Zn含量为13.5~43.2 mg/kg，Cu含量为12.8~24.0 mg/kg，Mn含量为7.91~15.6 mg/kg，另外，大米中还含有微量的钴、镍、铅，即不同的大米金属元素的含量稍有差别。重金属元素铅的含量低于国家标准(铅 ≤ 0.2 mg/kg)。大米样品经过微波消解后可同时测定8种元素，测定结果具有较高的准确性和灵敏度。本方法适用于大米中Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd金属元素的同步测定。

文章引用

马密霞,杨博文,赵志刚,胡文祥. 微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定大米中金属元素的含量The Element Determination of Rice with Microwave Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrophotometry[J]. 微波化学, 2017, 01(01): 34-38. http://dx.doi.org/10.12677/mc.2017.11007

参考文献 (References)

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元素	1#	2#	3#	4#	5#
Cu	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Fe	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Zn	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Mn	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
Co	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Ni	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Pb	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0

元素	1#	2#	3#	4#	5#
Cu	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Fe	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Zn	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Mn	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
Co	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Ni	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Pb	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0

元素	1#	2#	3#	4#	5#
Cu	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Fe	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Zn	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Mn	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0
Co	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Ni	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Pb	0.1	0.2	0.3	0.4	0.5
Cd	1.0	2.0	3.0	4.0	5.0