石墨爐原子吸收光譜法連續測定谷物中鉛、鉻、鎘及不確定度評定

張 強，徐 惠，曹雅莉，王 萍*，張小琴

(1.遂寧市農業農村局，四川 遂寧 629000；2.四川省遂寧市農產品檢驗監測中心，四川 遂寧 629000；3.四川輕工業研究設計院，四川 成都 610000；4.國家輕工業食品質監督檢測成都站，四川 成都 610000)

植物生長過程中，可通過根系作用將重金屬富集到谷物中。如果長期攝入重金屬含量高的谷物，可誘發人體產生各種疾病，嚴重危害健康。因此，我國食品安全國家標準《食品中污染物限量》[1]嚴格規定了谷物中鉛、鉻、鎘的限量。谷物中鉛、鉻、鎘3種重金屬檢測是農產品檢測的重要指標，目前主要參照食品安全國家標準進行測定[2-4]，但各方法只適合單一元素的測定，對同一樣品進行不同項目檢測時需要進行多次前處理，導致試劑耗量大、工作效率低、環境污染大。因此，研究適合谷物中多種重金屬連續測定的方法，在處理不同檢測項目樣品時，就能避免單一方法導致的不足。擬采用濕法消解-石墨爐原子吸收光譜法連續測定谷物中鉛、鉻、鎘，以建立適用于谷物中三種重金屬連續測定的快速、穩定、準確的檢測方法，并對測試結果進行誤差來源的分析，給出擴展不確定度，為實驗室質量控制和邊緣值判定提供依據。

1 材料與方法

1.1 主要儀器

AA-900石墨爐原子吸收分光光度計：新加坡Perkin-Elmer公司；20A plus電熱板；電子天平：梅特勒-托利多儀器上海有限公司，d=0.0001g。

1.2 試劑與材料

硝酸：UP級；高氯酸：UP級；鉛標準溶液(1 000 mg/L)、鉻標準溶液(1 000 mg/L)、鎘標準溶液(1 000 mg/L)：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；質控樣品GSB-22小麥、GSB-2小麥：國家質檢中心；機體改進劑(10% NaH2PO4溶液，臨用時配成1%)：新加坡Perkin-Elmer公司；實驗室用水均為超純水(自制，優普超純水制造系統)；樣品由市場和網絡渠道自行采購。

1.3 標準溶液的配制

用0.1%硝酸溶液分別將鉛、鉻、鎘標準溶液稀釋，配制成鉛標準儲備液(10 μg/mL)、鉻標準儲備液(10 μg/mL)、鎘標準儲備液(10 μg/mL)，于0～4℃保存。

鉛標準儲備液(10 μg/mL)逐級稀釋，配制成20 ng/mL鉛使用液，用石墨爐自動進樣器自動配制成0，5 ，10 ，20 ，30 ng/mL 鉛標準系列。

鉻標準儲備液(10 μg/mL)逐級稀釋，配制成20 ng/mL鉻使用液，用石墨爐自動進樣器自動配制成0，4，6 ，8 ，12 ，16，20 ng/mL鉻標準系列。

鎘標準儲備液(10 μg/mL)逐級稀釋，配制成5.0 ng/mL鎘使用液，用石墨爐自動進樣器自動配制成0 ，0.5 ，1.0 ，2.0 ，3.5 ng/mL鎘標準系列。

1.4 樣品處理

稱取谷物類樣品0.50 g(準確到±0.01 g)于150 mL廣口三角瓶中，加入10 mL硝酸(HNO3)，再加入1 mL高氯酸(HClO4)，蓋上歪頸漏斗，浸泡過夜。在可調式電熱爐上消解(參考條件：120 ℃ 1 h，升至180 ℃ 4 h，升至200 ℃)。若消化液呈棕褐色，再加少量硝酸，消解至冒白煙，消化液呈無色透明或略帶黃色，取下三角瓶，冷卻后用1%硝酸轉移、定容至10 mL，混勻備用[5-7]。試劑空白按上述方法操作進行濕法消解。

1.5 測定

吸取待測樣品20 μL(標準曲線按自動計算結果，自動吸取樣品)，稀釋液10 μL，機體改進劑5 mL(1% NaH2PO4溶液，測鉻不加機體改進劑)，于石墨管中按預設升溫程序升溫，然后測定待測樣品吸光度，待測樣品含量計算式為

(1)

式中：X—被測物含量，mg/L；C1—消解液中被物含量，mg/L；C0—空白中被測物含量，mg/L；m—稱樣量，g。

2 結果與討論

2.1 儀器條件篩選

優化儀器條件，有利于提高儀器靈敏度，提高樣品檢出率。本實驗使用10 ng/mL 鉛、10 ng/mL 鉻和 2 ng/mL 鎘，在不同儀器條件下分別優化干化溫度、灰化溫度和原子化溫度。

2.1.1 干化溫度優化

干化溫度對鉛、鉻、鎘測定結果的影響見圖1。由圖1可知，鉛在120 ℃吸光度最大，之后響應值降低；鉻在100～130 ℃吸光度基本不變，而后降低；鎘吸光度在實驗條件范圍內基本不變。這是因為溫度過低或溫度過高，干化不完全，在進一步升溫過后導致液體爆沸，噴濺不利于測定，導致測定結果吸光度降低。因此，鉛、鉻、鎘的干化溫度分別選擇120，130，130 ℃。

圖1 鉛、鉻、鎘干化溫度對吸光度的影響

2.1.2 灰化溫度優化

灰化溫度對鉛、鉻、鎘測定結果的影響見圖2。由圖2可知，鉛在500～1000 ℃吸光度基本一致；鉻在800 ～1 400 ℃吸光度基本無變化，之后降低；鎘在700 ℃吸光度最大。這是因為溫度過低，灰化不完全，在進入原子化之前，相應的重金屬元素沒有形成有利于原子化的形態；溫度過高，灰化后的目標元素部分原子化，從而導致測定結果降低。因此，鉛、鉻、鎘的灰化溫度分別選擇1000，1400，700 ℃。

圖2 鉛、鉻、鎘灰化溫度對吸光度的影響

2.1.3 原子化溫度優化

原子化溫度是樣品測定的關鍵溫度，恰當的原子化溫度能保證樣品檢測的準確性，鉛、鉻、鎘原子化溫度對測定結果的影響見圖3。由圖3可知，鉛在1400 ℃吸光度最大；鉻在2 100 ～2 300 ℃吸光度基本不變；鎘在1 100 ℃吸光度最大。原子化溫度較低時吸光度較低，這是因為溫度過低樣品原子化不完全；原子化溫度過高，待測元素原子過快，從而導致測定結果降低。

圖3 鉛、鉻、鎘原子化溫度對吸光度的影響

2.1.4 石墨爐升溫程序

根據實驗優化結果篩選出適合鉛、鉻、鎘3種重金屬測定的石墨爐升溫程序條件，見表1。

表1 石墨爐升溫條件

2.2 方法評價

2.2.1 標準曲線及線性范圍

石墨爐自動稀釋配制鉛、鉻、鎘3種重金屬元素標準曲線見表2。由表2 可知，鉛、鉻、鎘3種重金屬元素分別在0～30 ng/mL， 0～20 ng/mL，0～3.5 ng/mL范圍內線性關系良好。

表2 鉛、鎘、鉻3種元素標準曲線及相關系數

2.2.1 方法精密度與準確度

采用空白樣品加標進行鉛、鎘和鉻3種元素的加標回收率實驗及精密度實驗，驗證方法的可靠性。每種元素做高、中、低三平行加標，計算加標回收率及相對標準偏差(RSD)，結果見表3。由表3可知，高、中、低濃度加標，樣品中鉛、鉻、鎘回收率分別為98.97%～104.34%，97.13%～104.20%，98.93%～104.23%，精密度高；相對標準偏差(RSD)在1.72%～6.47%，3.34%～5.31%，4.03%～6.44%，能滿足測定要求。

表3 鉛、鎘、鉻三種元素高、中、低加標回收結果

2.2.2 方法檢出限

按照試驗方法重復分析7個空白低限加標樣品，計算方法檢出限。試驗方法檢出限計算參照美國 EPASW-846中規定，計算式為

MDL=St(n-1,1-a=0.99)

(2)

式中：MDL—方法檢出限，mg/Kg；S—低濃度加標樣品重復試驗的標準偏差；n—重復試驗次數；t(n-1,1-a=0.99)— 自由度為n-1、置信水平為99%時的t值。

稱取樣品0.5 g，定容至10 mL，根據檢測結果，鉛、鎘、鉻方法檢出限分別為0.020，0.013，0.001 3 mg/kg，滿足檢測需要。

2.3 樣品測定

優化條件下對谷物測定結果如表4所示。由表4可知，谷物中鉻含量在0.308 5～0.954 9 mg/Kg，雖然處于國標規定的限量范圍(≤1 mg/Kg)之內，但顯著高于其他被測指標，這與植物對鉻選擇性富集的程度有關。將鎘測定結果與國際食品準則委員會(CAC)《食品中污染物和毒素通用標準》(CODEX STAN 193-2010)[8]和歐盟食品污染限量標準(EC629-2008)[9]比較，我國標準高于歐盟標準，與國際標準一致。鉛測定值均小于我國標準值，也小于國際標準值0.2 mg/Kg，表明我國食品安全標準與國際標準一致并高于部分地區標準。

表4 谷物樣品測量結果

3 測量不確定度評定

以鉻為列。本實驗條件下，對鉻測定時測量不確定的度評定方法按照國家標準《測量不確定度的評定與表示》[10]執行。

3.1 數學模型

本實驗樣品中鉻的計算見式(1)。

3.2 測量不確定度來源

3.3 標準不確定度分量評定

(1)容量瓶引入的不確定度μV,1

(2)容量瓶因溫度引起的不確定度μV,2

(3)定容時估讀誤差引入的標準不確定度μV,3

合成上述不確定度，則樣品定容引入的不確定度為

(1) 標準溶液配制引入的標準不確定度μc,1

表5 玻璃器具校準的不確定度

(2) 樣品重復測定引入的不確定度μc,2

(3)標準曲線擬合求得樣品濃度引入的不確定度μc,3

表6 校準曲線引入不確定度及相關數據

(4)合成樣品測定引入的相對標準不確定度

3.4 合成標準不確定度

石墨爐原子吸收光譜法連續測定谷物中鉻不確定度來源及標準不確定度值見表7。由表7數據計算合成標準不確定度：

ux=0.020 2×0.207 8=0.004 2 mg/kg。

表7 谷物中鉻測定的各個不確定度

3.5 擴展不確定度

擴展不確定度(置信度95%，k=2)：uk=k×u(x)=2×0.004 2=0.008 4 mg/kg。

結果表明，樣品中鉻的含量為(0.2078±0.0084)mg/kg。

4 結果與分析

谷物是我國重要的糧食，提高谷物檢測技術是保障農產品安全和人民健康的重要手段。本文建立的石墨爐原子吸收光譜法連續測定谷物中鉛、鉻、鎘的方法，能夠滿足谷物中重金屬測定要求。該方法不僅有效解決了單個樣品多檢測指標不能連續、高效測定的問題，而且具有靈敏度、準確性和精密度高，簡便穩定，節省試劑等優點。不確定評定表明該方法不確定度分量小，實驗結果受實驗過程的影響小。