濕法消解石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛
2014-04-04 17:25:27熊開生謝朝新沈小東莊春龍李永青
現代儀器與醫療 2014年2期
熊開生 謝朝新 沈小東 莊春龍 李永青
[摘 要] 本文采用濕法消解石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量，分別從消解液種類、消解液用量和浸泡時間方面進行消解條件優化，從而建立適合的消解方法。茶葉樣品以硝酸-高氯酸混合體系為消解液，浸泡6h，再結合石墨爐原子吸收光譜法測定，方法的精密度（RSD）為0.52%，樣品加標回收率為98.6%～101.9%。
[關鍵詞] 濕法消解；石墨爐原子吸收光譜法；茶葉；鉛
中圖分類號：O657 文獻標識碼：B 文章編號：2055-5200（2014）02-058-03
前 言
茶葉作為一種健康飲料，其消費量僅次于飲用水，但隨著人類對土壤環境的日益破壞，近年來有關茶葉中鉛超標的報道屢見不鮮[1]。重金屬鉛是一種微量毒性元素，對人體神經系統、造血系統和消化系統均有破壞，中毒性腦病就是鉛中毒最常見表現[2]。目前茶葉中鉛測量方法有原子吸收光譜法、紫外可見分光光度法、原子熒光法、電化學法、電感耦合等離子質譜法，由于石墨爐原子吸收光譜法具有操作方便、分析成本低、穩定性好、檢出限高等優點，目前被廣泛采用[3-6]。雖然石墨爐原子吸收光譜法本身靈敏度高，但茶葉前處理效果對測定可靠性影響很大。本文主要研究茶葉前處理條件，即消解體系、加酸量和浸泡時間對茶葉前處理的影響，尋求較合適茶葉消解方式，提高石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的可靠性。
1 實驗部分
1.1 主要儀器及試劑
1.1.1 儀器 AA2630原子吸收儀光譜儀（北京朝陽華洋分析儀器有限公司）；鉛空心陰極燈（北京朝陽華洋分析儀器有限公司）。
1.1.2 試劑 1mg/mL鉛標準儲備液（購于國家標準物質研究中心）；鹽酸（AR）；硫酸（AR）；硝酸（AR）；高氯酸（AR）；烏龍茶（大紅牌，海南龍城實業有限公司）。
1.2 儀器條件
原子吸收光譜儀檢測波長283.31 nm，光譜帶寬0.2nm，工作電流3mA，自吸電流2.2mA，氘燈電流50.0mA，讀數3s，氬氣流量0.4L/min，冷卻水流量不小于1L/min，進樣量10mL。石墨爐工作條件見表1所示。
表1 石墨爐工作條件
階段 溫度/℃ 時間/s 主氣 小氣
干燥階段 150 20 開 關
灰化階段 350 15 開 開
原子化階段 2000 3 關 關
等待階段 0 30 關 關
1.3 方法
1.3.1 樣品消解 將茶葉置于110℃的恒溫干燥箱中烘干1h，取出冷卻后用研缽將其搗碎成粉末，稱取約0.5000g茶葉粉末于聚四氟乙烯坩鍋中，向聚四氟乙烯坩鍋中加入18mL硝酸和2mL高氯酸，加蓋后浸泡6h。用電熱板先低溫消解，控制消解溫度在80℃左右，加熱約15min，后升溫200℃消解樣品至近干，加少量去離子水沖洗坩鍋壁后繼續消解樣品至干，用去離子水定容于50mL。
1.3.2 標準曲線繪制 用移液管準確移取1mL鉛標準儲備液至1000mL容量瓶中，加水至刻度，搖勻得到濃度為1.0 mg/L的鉛標液，然后稀釋得到濃度分別為0.001 mg/L、0.005 mg/L、0.01 mg/L、0.05 mg/L和0.10 mg/L的鉛標準使用液。按表 1工作條件進行分析，進樣量為25mL，以標樣濃度為橫坐標繪制標準曲線，得到線性方程為y = 10.868x + 0.0082，相關系數為0.998。
1.3.3 樣品測定和計算 按照1.3.1步驟完成樣品測定并按照下式計算茶葉中鉛濃度。
X=（C 1-C 0 ）×V /（m×1000）
式 中： X——試 樣 中鉛 含量，mg/k g；
C 1——樣品消解液中被測定物質的含量，mg/mL；
C 0——試劑空白中相當于被測定物質的含量，mg/mL；
m——樣品的質量，g；
V——樣品消化液的總體積，mL。
2 結果與討論
2.1 不同消解體系及其加酸量對茶葉消解效果影響分析
由于不同種類酸的氧化性及對有機質的分解能力不同，濕法消解效果很大程度取決于消解液中酸的種類、配比及加酸量。本文對常見固體消解所使用的3種消解體系進行了對比實驗，消解體系為硝酸-高氯酸（9：1）、王水和2mol/L的鹽酸，加酸量控制10mL、15mL、20mL和25mL。所有操作按照2.3.1的樣品消解步驟進行，最后用石墨爐原子吸收光譜儀測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量。具體實驗結果如表2、表3、表4和表5所示。
表2 加酸量為10 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5020 0.496 0.017 4. 31
鹽酸+硝酸（1：3） 0.5002 0.392 0.015 3.39
鹽酸萃取（2mol/L） 0.5003 0.259 0.014 2.18
表3 加酸量為15 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5017 0.597 0.018 5.23
鹽酸+硝酸（1：3） 0.5008 0.475 0.016 4.14
鹽酸萃取（2mol/L） 0.5013 0.302 0.015 2.56
表4 加酸量為20 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.675 0.019 5.96
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4991 0.539 0.017 4.74
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5005 0.323 0.015 2.75
表5 加酸量為25 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.679 0.020 5.98
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4993 0.549 0.017 4.83
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5008 0.331 0.015 2.83
從表2、表3、表4和表5可以看出，在加酸量相同情況下，硝酸-高氯酸（9：1）消解效果最好，其次是王水；當加酸量低于20 mL時，隨著加酸量增加，不同消解體系所得到的測定值均有所增加，當加酸量高于20mL后，硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值基本不變，另外消解體系所得到的測量值少量增加，但遠低于硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值。同時實驗發現，10mL硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得消解液定容后略帶黃色，當消解液為 20mL后定容溶液呈無色透明。對比分析后選定硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量為20mL。
2.2 浸泡時間對茶葉消解效果影響分析
酸加入到茶葉粉末后，利用自身強氧化性對茶葉進行消解，浸泡時間對測量結果將有較大影響。本文選用硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量控制20mL，浸泡時間分別為4h、5h、6h、7h，按照2.3.1的消解步驟進行實驗，最后用石墨爐原子吸收光譜儀測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，同時做空白實驗，實驗結果如表6所示。
表6 不同浸泡時間濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
浸泡時間/h Abs 空白試樣Abs 鉛含量X （mg/kg）
4 0.517 0.019 4.51
5 0.598 0.019 5.25
6 0.675 0.019 5.96
7 0.679 0.019 5.99
由表6可知，浸泡時間長短對空白無影響，但對于樣品而言，當浸泡時間低于6h所得到的測量值偏低，超過6h所得到的測量值增加極少，說明當浸泡時間達到6h后樣品基本消解完全，為了提高分析速度，選定浸泡時間為6h。
2.3 重現性分析
稱取5份質量基本相同的茶葉，按照2.3.1步驟進行，最后用石墨爐原子吸收儀光譜法測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，測定結果如表7所示。
表7 濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法重現性實驗結果（n=5）
編號 1 2 3 4 5 平均值 RSD
鉛含量
（mg/kg） 5.92 6.01 5.94 5.98 5.96 5.96 0.52%
計算得到5次實驗的RSD值為0.52%，重現性較好。茶葉檢測結果為5.96mg/kg，國家限量標準為3.0mg/kg，所測茶葉鉛含量超標。
2.4 加標回收率
在待測定的茶葉中加入一定量的硝酸鉛，然后濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定消解溶液吸光度并計算出中鉛含量，計算出加標回收率，具體結果如表8所示。
表8 加標回收率實驗結果
實驗次數 1 2 3 4 5
本底值（mg/kg） 5.96 5.96 5.96 5.96 5.96
加標值（mg/kg） 1.55 1.48 1.51 1.58 1.52
測量值（mg/kg） 7.53 7.42 7.48 7.57 7.49
回收率（%） 101.3 98.6 100.7 101.9 100.6
3 結論
本文通過單因素優化實驗，建立了濕法消解石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量方法；確定了茶葉濕法消解條件，即消解體系為硝酸-高氯酸（9：1）、加酸量為20mL、浸泡時間6h；確定了原子吸收光譜法工作條件，即干燥溫度150℃、灰化溫度350℃、原子化溫度2000℃。該方法背景干擾小，靈敏度高，具有較高的精密度和準確性，可廣泛運用于茶葉中鉛含量測定。
參 考 文 獻
[1] 湯文進，張曉軍.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛[J].化學工程師，2012，2：22-24.
[2] 殷錫峰，何國柱，吳奠.微波消解一石墨爐原子吸收法測定茶葉中的鉛[J].農業裝備技術，2012，38（3）：16-18.
[3] 鄭海芳，劉康，李仕欽，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].湖北農業科學，2011，50（6）：1275-1277.
[4] 肖新峰，段夕強.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].化學研究與應用，2010，22（11）：1459-1461.
[5] 楊秀芳，周衛龍，沙海濤.茶葉中鉛的測定——氫化物原子熒光光譜法[J].中國茶葉加工，2000，（3）：35-37.
[6] 陶健，蔣煒麗，王暉，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的方法學研究[J].中國食品學報，2010，（6）：24-27.
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.675 0.019 5.96
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4991 0.539 0.017 4.74
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5005 0.323 0.015 2.75
表5 加酸量為25 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.679 0.020 5.98
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4993 0.549 0.017 4.83
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5008 0.331 0.015 2.83
從表2、表3、表4和表5可以看出，在加酸量相同情況下，硝酸-高氯酸（9：1）消解效果最好，其次是王水；當加酸量低于20 mL時，隨著加酸量增加，不同消解體系所得到的測定值均有所增加，當加酸量高于20mL后，硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值基本不變，另外消解體系所得到的測量值少量增加，但遠低于硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值。同時實驗發現，10mL硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得消解液定容后略帶黃色，當消解液為 20mL后定容溶液呈無色透明。對比分析后選定硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量為20mL。
2.2 浸泡時間對茶葉消解效果影響分析
酸加入到茶葉粉末后，利用自身強氧化性對茶葉進行消解，浸泡時間對測量結果將有較大影響。本文選用硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量控制20mL，浸泡時間分別為4h、5h、6h、7h，按照2.3.1的消解步驟進行實驗，最后用石墨爐原子吸收光譜儀測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，同時做空白實驗，實驗結果如表6所示。
表6 不同浸泡時間濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
浸泡時間/h Abs 空白試樣Abs 鉛含量X （mg/kg）
4 0.517 0.019 4.51
5 0.598 0.019 5.25
6 0.675 0.019 5.96
7 0.679 0.019 5.99
由表6可知，浸泡時間長短對空白無影響，但對于樣品而言，當浸泡時間低于6h所得到的測量值偏低，超過6h所得到的測量值增加極少，說明當浸泡時間達到6h后樣品基本消解完全，為了提高分析速度，選定浸泡時間為6h。
2.3 重現性分析
稱取5份質量基本相同的茶葉，按照2.3.1步驟進行，最后用石墨爐原子吸收儀光譜法測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，測定結果如表7所示。
表7 濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法重現性實驗結果（n=5）
編號 1 2 3 4 5 平均值 RSD
鉛含量
（mg/kg） 5.92 6.01 5.94 5.98 5.96 5.96 0.52%
計算得到5次實驗的RSD值為0.52%，重現性較好。茶葉檢測結果為5.96mg/kg，國家限量標準為3.0mg/kg，所測茶葉鉛含量超標。
2.4 加標回收率
在待測定的茶葉中加入一定量的硝酸鉛，然后濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定消解溶液吸光度并計算出中鉛含量，計算出加標回收率，具體結果如表8所示。
表8 加標回收率實驗結果
實驗次數 1 2 3 4 5
本底值（mg/kg） 5.96 5.96 5.96 5.96 5.96
加標值（mg/kg） 1.55 1.48 1.51 1.58 1.52
測量值（mg/kg） 7.53 7.42 7.48 7.57 7.49
回收率（%） 101.3 98.6 100.7 101.9 100.6
3 結論
本文通過單因素優化實驗，建立了濕法消解石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量方法；確定了茶葉濕法消解條件，即消解體系為硝酸-高氯酸（9：1）、加酸量為20mL、浸泡時間6h；確定了原子吸收光譜法工作條件，即干燥溫度150℃、灰化溫度350℃、原子化溫度2000℃。該方法背景干擾小，靈敏度高，具有較高的精密度和準確性，可廣泛運用于茶葉中鉛含量測定。
參 考 文 獻
[1] 湯文進，張曉軍.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛[J].化學工程師，2012，2：22-24.
[2] 殷錫峰，何國柱，吳奠.微波消解一石墨爐原子吸收法測定茶葉中的鉛[J].農業裝備技術，2012，38（3）：16-18.
[3] 鄭海芳，劉康，李仕欽，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].湖北農業科學，2011，50（6）：1275-1277.
[4] 肖新峰，段夕強.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].化學研究與應用，2010，22（11）：1459-1461.
[5] 楊秀芳，周衛龍，沙海濤.茶葉中鉛的測定——氫化物原子熒光光譜法[J].中國茶葉加工，2000，（3）：35-37.
[6] 陶健，蔣煒麗，王暉，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的方法學研究[J].中國食品學報，2010，（6）：24-27.
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.675 0.019 5.96
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4991 0.539 0.017 4.74
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5005 0.323 0.015 2.75
表5 加酸量為25 mL濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
消解體系 m （g） Abs 空白試樣
Abs X （mg/kg）
硝酸+高氯酸（9：1） 0.5004 0.679 0.020 5.98
鹽酸+硝酸（1：3） 0.4993 0.549 0.017 4.83
鹽酸萃取（2 mol/L） 0.5008 0.331 0.015 2.83
從表2、表3、表4和表5可以看出，在加酸量相同情況下，硝酸-高氯酸（9：1）消解效果最好，其次是王水；當加酸量低于20 mL時，隨著加酸量增加，不同消解體系所得到的測定值均有所增加，當加酸量高于20mL后，硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值基本不變，另外消解體系所得到的測量值少量增加，但遠低于硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得到的測量值。同時實驗發現，10mL硝酸-高氯酸（9：1）消解體系所得消解液定容后略帶黃色，當消解液為 20mL后定容溶液呈無色透明。對比分析后選定硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量為20mL。
2.2 浸泡時間對茶葉消解效果影響分析
酸加入到茶葉粉末后，利用自身強氧化性對茶葉進行消解，浸泡時間對測量結果將有較大影響。本文選用硝酸-高氯酸（9：1）消解體系，加酸量控制20mL，浸泡時間分別為4h、5h、6h、7h，按照2.3.1的消解步驟進行實驗，最后用石墨爐原子吸收光譜儀測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，同時做空白實驗，實驗結果如表6所示。
表6 不同浸泡時間濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定結果
浸泡時間/h Abs 空白試樣Abs 鉛含量X （mg/kg）
4 0.517 0.019 4.51
5 0.598 0.019 5.25
6 0.675 0.019 5.96
7 0.679 0.019 5.99
由表6可知，浸泡時間長短對空白無影響，但對于樣品而言，當浸泡時間低于6h所得到的測量值偏低，超過6h所得到的測量值增加極少，說明當浸泡時間達到6h后樣品基本消解完全，為了提高分析速度，選定浸泡時間為6h。
2.3 重現性分析
稱取5份質量基本相同的茶葉，按照2.3.1步驟進行，最后用石墨爐原子吸收儀光譜法測定溶液吸光度并計算出茶葉中鉛含量，測定結果如表7所示。
表7 濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法重現性實驗結果（n=5）
編號 1 2 3 4 5 平均值 RSD
鉛含量
（mg/kg） 5.92 6.01 5.94 5.98 5.96 5.96 0.52%
計算得到5次實驗的RSD值為0.52%，重現性較好。茶葉檢測結果為5.96mg/kg，國家限量標準為3.0mg/kg，所測茶葉鉛含量超標。
2.4 加標回收率
在待測定的茶葉中加入一定量的硝酸鉛，然后濕法消解石墨爐原子吸收儀光譜法測定消解溶液吸光度并計算出中鉛含量，計算出加標回收率，具體結果如表8所示。
表8 加標回收率實驗結果
實驗次數 1 2 3 4 5
本底值（mg/kg） 5.96 5.96 5.96 5.96 5.96
加標值（mg/kg） 1.55 1.48 1.51 1.58 1.52
測量值（mg/kg） 7.53 7.42 7.48 7.57 7.49
回收率（%） 101.3 98.6 100.7 101.9 100.6
3 結論
本文通過單因素優化實驗，建立了濕法消解石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量方法；確定了茶葉濕法消解條件，即消解體系為硝酸-高氯酸（9：1）、加酸量為20mL、浸泡時間6h；確定了原子吸收光譜法工作條件，即干燥溫度150℃、灰化溫度350℃、原子化溫度2000℃。該方法背景干擾小，靈敏度高，具有較高的精密度和準確性，可廣泛運用于茶葉中鉛含量測定。
參 考 文 獻
[1] 湯文進，張曉軍.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛[J].化學工程師，2012，2：22-24.
[2] 殷錫峰，何國柱，吳奠.微波消解一石墨爐原子吸收法測定茶葉中的鉛[J].農業裝備技術，2012，38（3）：16-18.
[3] 鄭海芳，劉康，李仕欽，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].湖北農業科學，2011，50（6）：1275-1277.
[4] 肖新峰，段夕強.微波消解-石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中的鉛[J].化學研究與應用，2010，22（11）：1459-1461.
[5] 楊秀芳，周衛龍，沙海濤.茶葉中鉛的測定——氫化物原子熒光光譜法[J].中國茶葉加工，2000，（3）：35-37.
[6] 陶健，蔣煒麗，王暉，等.石墨爐原子吸收光譜法測定茶葉中鉛含量的方法學研究[J].中國食品學報，2010，（6）：24-27.
