微波消解-火焰原子吸收光譜法測(cè)定三峽庫(kù)區(qū)鯉魚中4種重金屬元素

王兆丹，曲留柱，韓林，唐華麗，肖國(guó)生

(重慶三峽學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，渝東北特色生物資源開發(fā)利用工程中心，重慶，404100)

微波消解-火焰原子吸收光譜法測(cè)定三峽庫(kù)區(qū)鯉魚中4種重金屬元素

王兆丹*，曲留柱，韓林，唐華麗，肖國(guó)生

(重慶三峽學(xué)院 生命科學(xué)與工程學(xué)院，渝東北特色生物資源開發(fā)利用工程中心，重慶，404100)

建立鯉魚中4種重金屬元素的微波消解-火焰原子吸收測(cè)定的方法。利用微波消解處理鯉魚樣品，使用火焰原子吸收光譜方法測(cè)定鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。結(jié)果顯示， 鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr含量分別為0.361、0.153、5.860、1.273 μg/g，除Cd以外，均在國(guó)家限量范圍之內(nèi)；方法檢測(cè)線為0.01～0.12 μg/g，精密度試驗(yàn)RSD為1.74%～4.56%，重復(fù)性試驗(yàn)RSD為2.89%～5.76%，加標(biāo)回收率為94.1%～121.5%；與國(guó)標(biāo)檢測(cè)方法相比，該方法檢測(cè)速度快、精密度高。因此，該測(cè)定方法操作簡(jiǎn)單、速度快，靈敏準(zhǔn)確，可用于三峽庫(kù)區(qū)鯉魚中4種重金屬元素的測(cè)定。

微波消解；火焰原子吸收光譜；三峽庫(kù)區(qū)；鯉魚；重金屬

作為我國(guó)重要的淡水資源，三峽庫(kù)區(qū)備受世界關(guān)注。自三峽水庫(kù)蓄水后，由于支流庫(kù)灣枯水期的來(lái)水量小，加上水庫(kù)回水的頂托影響，在支流回水區(qū)的末端，形成水流緩慢，局部水域相對(duì)靜止的庫(kù)灣，類似于湖泊型水庫(kù)，更利于重金屬等污染物的積累[1]。泥沙在庫(kù)區(qū)大量沉降，吸附在泥沙中的重金屬存在通過底棲生物進(jìn)入魚類食物網(wǎng)的可能，因此，加大了發(fā)生魚類重金屬污染的風(fēng)險(xiǎn)[2-3]。

三峽地區(qū)魚類資源豐富，是重要的經(jīng)濟(jì)魚類的原種產(chǎn)地和大量魚類棲息、攝食、產(chǎn)卵的重要水域[4-5]，也是庫(kù)區(qū)人們重要的肉類來(lái)源之一。重金屬因不能被生物降解會(huì)在水生生物體中富集并積蓄[6]，達(dá)到一定濃度，使本來(lái)為人們提供豐富食用蛋白的魚類可能成為濃縮毒物的載體，進(jìn)而危及庫(kù)區(qū)消費(fèi)者的身體健康。重金屬危害是多系統(tǒng)，多器官的[7]，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)[8]、免疫系統(tǒng)[9]、生殖系統(tǒng)以及肝臟[10]、腎臟[11]等都有極大的危害。

近年來(lái)，重金屬的檢測(cè)方法發(fā)展很快，有原子吸收光譜法[12]，電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜[13]，質(zhì)譜法[14]等。但是，關(guān)于鯉魚中重金屬檢測(cè)的相關(guān)研究較為少見。微波消解制樣是近年來(lái)產(chǎn)生的一種新興而高效的樣品預(yù)處理技術(shù)，是保證檢測(cè)結(jié)果可靠的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，常與原子吸收[15]、等離子質(zhì)譜等儀器聯(lián)合[16]，用于微量金屬元素的檢測(cè)等[17]。因此，本文通過微波消解處理鯉魚樣品，火焰原子吸收光譜法測(cè)定其重金屬含量，建立微波消解-火焰原子吸收光譜檢測(cè)方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

Pb、Cd、Cu、Cr的標(biāo)準(zhǔn)溶液，濃度1 000 μg/mL，購(gòu)自國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；濃HNO3、濃HCl(優(yōu)級(jí)純)，重慶吉元化學(xué)有限公司。

鯉魚，購(gòu)自三峽庫(kù)區(qū)漁民，主要測(cè)定可食用價(jià)值比較高的魚肉，冷凍干燥后粉碎過100目篩，將樣品烘干至恒重，置于玻璃干燥器中備用；試驗(yàn)用水均為超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

安東帕微波消解儀(型號(hào)Multiwave 3000)，奧地利安東帕有限公司；島津原子吸收分光光度計(jì)(型號(hào) AA-6300)，日本島津公司；趕酸器(型號(hào)VB 20)，南京瑞尼克有限公司；冷凍干燥機(jī)(型號(hào) FD-1A-50)，上海喬躍電子有限公司；電子分析天平(型號(hào) BSA224S)，德國(guó)賽多利斯集團(tuán)；容量瓶等。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 樣品消解的方法

用萬(wàn)分位分析天平稱量冷凍干燥后鯉魚樣品約0.5 g，將樣品放入聚四氟乙烯消解管中，加入濃HNO36 mL、濃HCl 1 mL，然后組裝消解管，同時(shí)做樣品的空白和加標(biāo)試驗(yàn)。將十六聯(lián)體消解罐置于微波消解儀中，按預(yù)先設(shè)定好的微波消解程序進(jìn)行消解(表1)。

表1 微波消解程序

消解結(jié)束后，取下聚四氟乙烯內(nèi)管，放在趕酸器上進(jìn)行趕酸處理，趕酸器溫度設(shè)置為175 ℃，趕酸至近干，待樣品冷卻至室溫后，將消解液轉(zhuǎn)移用質(zhì)量分?jǐn)?shù)1% HNO3定容至50 mL容量瓶，待測(cè)。

1.3.2 樣品的檢測(cè)方法

1.3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取1 000 μg/mL的Pb、Cd、Cu和Cr的標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋后按表2配成各元素的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液以吸光度值為縱坐標(biāo)，元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，分別繪制Pb、Cd、Cu和Cr的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，并擬合線性工作方程，測(cè)定10次空白溶液結(jié)果，計(jì)算各元素空白溶液標(biāo)準(zhǔn)偏差(s)，以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差(3 s)除以斜率計(jì)算出檢測(cè)線(見表2)。

表2 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度和工作方程

1.3.2.2 樣品檢測(cè)

用島津AA-6300原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定鯉魚樣品消解液中Pb、Cd、Cu和Cr的含量。儀器工作條件見表3。通過式(1)確定樣品中金屬元素的含量。

表3 儀器工作條件

(1)

式中：C，樣品溶液質(zhì)量濃度，μg/mL；V，樣品溶液定容體積，mL；f，樣品溶液稀釋倍數(shù)；m，樣品質(zhì)量，g。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法的精密度

準(zhǔn)確稱取0.5 g左右鯉魚樣品，微波消解和趕酸處理后按1.3.2.2試驗(yàn)方法測(cè)定Pb、Cd、Cu和Cr的含量，結(jié)果顯示，鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr的含量分別為0.348、0.147、5.837、1.270 μg/g，測(cè)定結(jié)果RSD為1.10%～4.56%，均小于5%，說(shuō)明該方法的精密度較高。

表4 精密度試驗(yàn)(n=6)

2.2 方法的重復(fù)性

準(zhǔn)確稱取6份0.5 g左右的鯉魚樣品，按照上述1.3試驗(yàn)方法進(jìn)行微波消解和測(cè)定Pb、Cd、Cu、Cr的含量，結(jié)果見表5。試驗(yàn)結(jié)果表明，鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr含量分別為0.361、0.153、5.860、1.273 μg/g，鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr的重復(fù)性試驗(yàn)的RSD為2.89%～5.76%，均小于10%，說(shuō)明該方法重復(fù)性較好。

表5 重復(fù)性試驗(yàn)(n=6)

2.3 加標(biāo)回收率試驗(yàn)

按照上述1.3試驗(yàn)方法進(jìn)行梯度加標(biāo)回收試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，鯉魚樣品的加標(biāo)回收率在94.1%～121.5%之間，滿足日常分析質(zhì)量控制要求。

表6 回收率實(shí)驗(yàn)(n=6)

2.4 不同消解方法對(duì)比實(shí)驗(yàn)

將本試驗(yàn)方法與國(guó)標(biāo)推薦的重金屬測(cè)定方法進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果見表7。由表7可知，相比傳統(tǒng)的消解方法，微波消解和干法方法的檢測(cè)結(jié)果存在顯著差異(P<0.05)，微波消解方法明顯優(yōu)于干法消解方法；與濕法消解相比，檢測(cè)結(jié)果差異不顯著，但是微波消解處理方法的測(cè)定結(jié)果更為準(zhǔn)確，檢測(cè)結(jié)果略好于濕法方法；而檢測(cè)時(shí)間和速度明顯優(yōu)于傳統(tǒng)消解方法。

3 討論

3.1 消解劑的選擇

常用的微波消解劑有濃HNO3、濃HCl和H2O2。濃HNO3具有強(qiáng)酸性和氧化性，而濃HCl相對(duì)溫和，H2O2與濃HNO3配合使用，起到輔助氧化的作用，加速氧化的過程，消解過程比較劇烈。本實(shí)驗(yàn)在前期研究基礎(chǔ)上，采用濃HNO3與濃HCl配合使用，既能達(dá)到微波校級(jí)的效果，反應(yīng)有比較溫和，避免微波過程中爆管的發(fā)生，是理想的微波消解試劑。濃HNO3與濃HCl按照體積比6∶1的比例添加，該比例是在其他條件不變的情況下，改變兩者之間比例，以回收率為指標(biāo)，通過實(shí)驗(yàn)來(lái)最終確定的。

表7 國(guó)標(biāo)消解法與本法消解測(cè)定結(jié)果比較

注：a表示與干法消解方法相比差異顯著(P<0.05)。

3.2 消解方法的選擇

魚類樣品常用的消解方法有微波消解、干法灰化法、濕法消解和酸萃取法。國(guó)標(biāo)推薦的干法灰化法對(duì)熔點(diǎn)低的金屬元素影響比較大，測(cè)定結(jié)果偏低。濕法消解法多采用濃硫酸，易形成不溶性化合物，干擾測(cè)定結(jié)果。上述2種方法速度慢、耗時(shí)比較長(zhǎng)。而微波消解制樣是近年來(lái)產(chǎn)生的一種新興而高效的樣品預(yù)處理技術(shù)，微波消解法具有消解速度快、效果好，是目前固體樣品消解處理比較理想方法。因此，本試驗(yàn)采用微波消解處理樣品極大縮短消解的時(shí)間，因?yàn)槲⒉ㄏ饧夹g(shù)一方面進(jìn)行高壓消解，另一方面能夠快速加熱，從而加快樣品的消解速度。此外，微波消解方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)消解方法處理樣品少，處理速度慢、精密度低等缺陷，在提升分析儀器的先進(jìn)性的同時(shí)，也使分析結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度和效率大為提高。

3.3 鯉魚重金屬含量與國(guó)標(biāo)的對(duì)比

將鯉魚重金屬的檢測(cè)結(jié)果與國(guó)家限量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，鯉魚中Pb、Cd、Cu和Cr含量分別為0.36、0.153、5.860、1.273 μg/g。GB2762—2012食品中Pb、Cd、Cu和Cr的限量標(biāo)準(zhǔn)分別為0.5、0.1、50、2.0 mg/kg。由此可知，鯉魚中除了重金屬Cd以外，其他的重金屬含量都在國(guó)家衛(wèi)生限量范圍之內(nèi)。因此，食用鯉魚可能存在鎘超標(biāo)的潛在風(fēng)險(xiǎn)，但是具體情況還需進(jìn)一步的調(diào)查研究，此外，與當(dāng)?shù)鼐用竦南M(fèi)習(xí)慣和體質(zhì)指數(shù)等都有一定的關(guān)系。

3.4 方法科學(xué)性

在參考前人研究的基礎(chǔ)上[18-20]，對(duì)試驗(yàn)方法的精密度、重復(fù)性和回收率進(jìn)行了考察。精密度、重復(fù)性和回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法精密度、重復(fù)性和回收率在可接受的范圍之內(nèi)。但是個(gè)別重金屬的重復(fù)性實(shí)驗(yàn)或回收率試驗(yàn)的RSD超過5%，不是特別的理想。另外，對(duì)方法的穩(wěn)定性需要進(jìn)一步考察，來(lái)增加方法的有效性和科學(xué)性。

4 結(jié)論

微波消解-火焰原子吸收光譜法可用于三峽庫(kù)區(qū)鯉魚中重金屬含量的檢測(cè)。該方法具有檢出限低，準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)便，檢測(cè)速度快，回收率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低等特點(diǎn)，適用于魚類等水產(chǎn)品中重金屬的檢測(cè)分析。

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Determination of four kinds of metal elements in carp in the Three Gorges Reservoir by FAAS with microwave digestion

WANG Zhao-dan*，QU Liu-zhu，HAN Lin，TANG Hua-li，XIAO Guo-sheng

(School of Life Science and Engineering, Chongqing Three Gorges University/ Engineering Center of Characteristic Biological Resources in Northeast of Chongqing, Chongqing 404100,China)

To establish the detecting method for four heavy metal elements in carp by flame atomic absorption spectrometry (FAAS) with microwave digestion. The carp samples were digested by microwave digestion, the concentration of Pb, Cd, Cu and Cr in carp were detected by flame atomic absorption spectrometry. Results showed the average concentration of Pb, Cd, Cu and Cr in carp was 0.361、0.153、5.860、1.273 μg/g. The detected levels of studied metals were below the legal national limited standards except Cd. The detection limits was 0.01-0.12 μg/g，the RSD of the precision test was 1.74%-4.56%, the repeatability test was 2.89%-5.76% and the recovery rate of samples was between 94.1%-121.5%. Compared with the national standard, this method is more fast and accurate. Therefore,the advantages of this method are simple, rapid, accurate and can be used for the detection of four heavy metal elements in carp in the Three Gorges Reservoir area.

microwave digestion ; flame atomic absorption spectrometry(FAAS) ;Three Gorges Reservoir；carp；heavy metals

博士研究生，副教授(本文通訊作者,E-mail: wde￣airen07@163.com )。

重慶市教委科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目(KJ1501005)；國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃(2016YFD0400604); 重慶市萬(wàn)州區(qū)科技計(jì)劃項(xiàng)目(201403064)

2016-10-31，改回日期：2016-12-16

10.13995/j.cnki.11-1802/ts.201706043