Luminol-KMnO4化學發光差異加標法快速測定飼料中的鎘

■高向陽

(鄭州科技學院食品科學與工程學院 鄭州市食品安全快速檢測重點實驗室，河南鄭州450064)

鎘是僅次于黃曲霉毒素和砷的污染物，對腎、肺、肝、腦、骨髓及血液系統均可產生毒性，還具有致癌、致畸、致突變作用[1]，半衰期為7～30 年，主要通過飼料、食物鏈和水進入人體[2-3]，并可在體內蓄積50年之久，威脅到人體健康和生命安全。因此，建立一種快速檢測鎘的新方法，對保障飼料安全和人類健康有十分重要的現實意義。目前，檢測鎘的主要方法有原子吸收光譜法[4-6]、等離子體質譜法[7]、共振散射光譜法[8-9]、免疫學檢測法[10]、原子熒光光譜法[11]等。這些方法所用儀器貴重，維護成本高，需用標準曲線法定量，無法實現標準溶液與樣品試液的同步分析，存在一定的方法誤差和作圖誤差，且工作曲線需要時常進行校正，給工作帶來極大不便。

流動注射化學發光分析具有精密度好、靈敏度高、設備簡單、操作簡便的優點，差異加標法實現了被測定試液與標準溶液同背景同體系的同時同步測定，無需繪制工作曲線和測定空白溶液[12]，本文將鎘離子對魯米諾-高錳酸鉀化學發光體系的后化學發光效應[13]和差異加標法結合，建立一種成本低廉、操作簡單，快速測定飼料中鎘的化學發光新體系，有一定的推廣應用價值。

1 材料和試劑

1.1 實驗材料

仔豬前期濃縮飼料29C（編號1713054）；哺乳母豬復合預混合飼料（編號1713062）；產蛋后備雞前期配合飼料（1713036）；河南安必諾檢測技術有限公司提供。

1.2 儀器與設備

IFFM-E 型流動注射化學發光分析儀，西安瑞邁電子科技有限公司；FA2004A 電子天平，賽多利斯科學儀器有限公司；MDS-6型微波消解-萃取儀，上海新儀微波化學科技有限公司；PXSJ-216型離子分析儀，上海精密科學儀器有限公司；KDY-08C(B-Ⅱ)溫控消化爐，上海瑞正儀器設備有限公司。

1.3 主要試劑

魯米諾，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；高錳酸鉀，天津市化學試劑三廠；硝酸、氫氧化鈉，天津市致遠化學試劑有限公司；硝酸鎘，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；H2O2、鹽酸，鄭州派尼化學試劑廠；試劑均為分析純。玻璃儀器用體積分數20%硝酸浸泡后用水洗凈待用；所用水為怡寶純凈水（電導率為2.18 μs/cm）。

112.4 mg/l鎘標準溶液：準確稱取0.023 64 g硝酸鎘，用水溶解、定容為100 ml，用時逐級稀釋到所需濃度。

2.0×10-2mol/l高錳酸鉀溶液：準確稱取3.160 6 g高錳酸鉀用水溶解、定容為1 000 ml，用時再逐級稀釋到所需濃度。

1.0×10-2mol/l魯米諾溶液：準確稱0.443 0 g魯米諾，用1.0×10-2mol/l 氫氧化鈉溶液溶解、并定容至250 ml 棕色容量瓶中，避光保存一周后，逐級稀釋到所需濃度。

1.4 實驗方法

樣品于80 ℃烘至恒質量，冷至室溫，稱取0.500 0 g（稱準至0.000 1 g）于消解罐中，加6 ml 硝酸、4 ml H2O2，密封后放入MDS-6微波消解儀中，按表1程序消解后于電熱板上趕除過量酸至溶液澄清。冷至室溫，定量移至燒杯中調節pH值為5后，定容至25 ml容量瓶中，此為樣品定容試液。吸取該試液5.00 ml兩份分置于25 ml容量瓶中，一份加入1.124 μg/l的鎘標準溶液1.00 ml，另一份加2.00 ml，用pH 值5 的稀鹽酸定容、混勻，此為分析用試液。在光電倍增管負高壓為600 V、增益1 條件下，按圖1 流程和表2 參數進行差異加標法測定。

表1 微波消解程序

圖1 流動注射化學發光法流程示意圖

表2 化學發光儀工作參數的設定

圖1 為流動注射化學發光法流程示意圖，Sa、R1、R2三條流通管按照順序連接儀器，先打開R1和R2，將魯米諾與高錳酸鉀溶液經三通充分混合，基線穩定后，將Sa流通管插入鎘分析用試液中測定，記錄相對化學發光強度I[14]。

由于一定條件下，體系的相對化學發光強度I 與鎘的質量濃度ρ呈正比，因此，I1=K(ρx+ρs1)，I2=K(ρx+ρs2)，其中，儀器常數K 相同，所以，鎘的質量濃度ρx按（1）式計算：

式中：I1、I2——分別為鎘加標1.00、2.00 ml 后，分析用試液的相對化學發光值；

ρx——分析用試液中鎘的質量濃度(μg/ml)；

ρs1、ρs2——分別為兩個分析用試液中鎘因加標增加的質量濃度(μg/ml)。

按（2）式計算干基樣品中鎘的質量分數：

式中：ω——樣品中鎘的質量分數(μg/g)；

25——定容液的體積(ml)；

5——所取樣品定容試液的體積(ml)；

m——稱取干基樣品的質量(g)。

2 結果與分析

2.1 測定原理

Luminol-KMnO4體系在堿性條件下有很強的自身發光信號，將鎘離子注入到Luminol-KMnO4溶液后，又產生了后化學發光效應，后化學發光的相對強度與鎘的濃度成正比[13]，基于此原理，實現了鎘的差異加標法檢測。

2.2 消解液用量及消解程序

準確稱取0.500 0 g樣品于微波消解罐中，按表3進行消解，結果表明，硝酸用量為6 ml，H2O2用量為4 ml時，按表1梯度升溫消解程序，消解效果良好。

表3 消解液用量的優化

2.3 魯米諾濃度的影響

高錳酸鉀5×10-6mol/l，魯米諾溶液為5×10-6～5.0×10-5mol/l，負高壓600 V 時，對1.124 mg/l 鎘標準溶液進行測定，結果表明，魯米諾為4×10-5mol/l時，相對發光強度較大，靈敏度較高。

2.4 氫氧化鈉和高錳酸鉀濃度影響

固定魯米諾和高錳酸鉀濃度分別為4×10-5mol/l和5×10-6mol/l，NaOH為0.04～0.14 mol/l，對1.124 mg/l鎘標準溶液進行測定，結果表明，NaOH 為0.10 mol/l時相對發光強度最大，即魯米諾在0.1 mol/l的氫氧化鈉溶液中發光效率最佳。

魯米諾和氫氧化鈉濃度分別為4×10-5mol/l 和0.10 mol/l，高 錳 酸 鉀 為1×10-6～7×10-6mol/l，對1.124 mg/l 鎘標準溶液測定表明，KMnO4為5×10-6mol/l時，相對發光強度最大。

2.5 溶液pH的影響

魯米諾、氫氧化鈉和鎘濃度（此為硝酸鎘溶液的鎘離子濃度值）分別為4×10-5、0.10 mol/l和1.124 mg/l條件下，調節溶液pH為2.0～7.0，按1.4方法進行測定，結果如圖2。

結果表明，溶液pH值為5.0時，體系發光強度最強。

2.6 鎘標液的加標濃度

以仔豬前期濃縮飼料29C為樣品，魯米諾濃度為4×10-5mol/l，高錳酸鉀濃度為5×10-6mol/l，負高壓600 V，對1.124～11.24 mg/l濃度范圍的鎘標準溶液和該樣品分析液按1.4步驟比較測定，結果表明：樣品的化學發光強度與1.124 μg/l 鎘標準液的發光值相當，所以確定鎘的加標濃度為1.124 μg/l。

圖2 鎘溶液pH值對相對發光強度的影響

2.7 鎘標液加標體積的確定

移取5.00 ml仔豬前期濃縮飼料29C試液5份，分置于小燒杯中，分別加1.124 μg/l 鎘標準溶液1.00、2.00、3.00、4.00、5.00 ml，按1.4步驟調節pH 值5.0后，用pH值5.0的鹽酸溶液定容至25 ml進行測定并計算鎘的質量濃度，結果如表4。

表4 分析液的測定結果

由表4可知，樣品加標為1.00、2.00 ml時，測得鎘的質量濃度平均濃度一致，此為最佳差異加標體積，測定結果的相對標準偏差RSD為4.1%。

2.8 樣品測定結果

按照1.4 步驟進行差異加標測定和計算，各進行3次平行測定，結果如表5。

表5 飼料樣品測定結果

結果顯示，仔豬前期濃縮飼料29C、哺乳母豬復合預混合飼料、產蛋后備雞前期配合飼料樣品的鎘的平均質量分數分別為0.295 6、0.657 0、0.056 0 μg/g。

2.9 加標回收率

以豬飼料為樣品，選擇加標量為0.05、0.75 μg/g和1.00 μg/g，按1.4方法進行加標回收率實驗，結果如表6。由表6 知，豬飼料用化學發光差異加標法測定的平均回收率為98.28%、99.86%。

表6 加標回收率

2.10 干擾離子影響

最佳實驗條件下考察了一些常見物質對檢測體系的干擾，若干擾水平在±5%以內，則視為該離子對鎘離子測定不產生干擾。實驗結果表明，對于1.124 μg/l鎘離子，1 000倍的Na+、K+、Cl-，100倍SO42-，50倍SiO32-不產生干擾。

2.11 檢出限與定量限

在最佳的魯米諾濃度為4×10-5mol/l，高錳酸鉀濃度為5×10-6mol/l 實驗條件下，對濃度為1.124 μg/l 的鎘標準液進行11次平行測定，按3倍標準偏差計算的檢出限為5.856 ng/l，按10 倍標準偏差計算的定量限為19.52 ng/l。

3 結論

差異加標法在相同試液背景下加入不同量的標準液后進行測定，有效扣除了背景影響，消除了體系可能存在的副反應干擾。方法快速準確、成本較低，不用繪制標準曲線和測定空白溶液，大大提高工作效率，適用于基體較為復雜樣品中鎘的測定。用該法測得仔豬前期濃縮飼料29C、哺乳母豬復合預混合飼料、產蛋后備雞前期配合飼料中鎘質量分數分別為0.295 6、0.657 0、0.056 0 μg/g，符合國家標準GB 13078—2017 飼料衛生標準[15]要求，加標回收率大于98%，平行測定的相對標準偏差為4.1%，該法不需要繪制標準曲線和測定空白溶液，快速簡便，成本低廉，為飼料和食品中鎘的測定提供了一種新型的檢測技術，具有一定的創新意義和應用價值。