高原條件下兩種方法測定重金屬（Pb和Cd）效果比較

楊小俊

（西藏自治區農牧科學院農業質量標準與檢測研究所，西藏 拉薩 850000）

小麥作為我國第二大糧食作物，也是重金屬進入人體的重要途徑之一。小麥中有害重金屬含量過高，不僅降低了其籽粒的品質，而且影響人們的健康水平［1］。王靜等［2］的研究表明：現階段經濟生產活動過程中，小麥等糧食作物普遍受到重金屬的污染。因此，本研究在高原環境下采用微波消解-電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）和石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）測定小麥粉中重金屬含量。微波消解法在前處理過程中有效率高、空白值低、操作簡單、試劑耗量小、對環境污染小、腐蝕性小等優點，目前已被廣泛運用，所以試驗也選擇此方法。重金屬的檢測分析方法較多，現選用GFAAS［3-5］和ICP-MS［6，7］進行測定。糧食中重金屬檢測普遍采用的是GFAAS法，該方法操作簡單，維護費用低，但是此法線性范圍窄［8］。ICP-MS法可多元素同時分析，分析速度快，線性范圍寬，對高濃度樣品不用稀釋，可直接進樣，可節省工作時間，減少工作量［9］。本次實驗分別用ICP-MS和GFAAS測定小麥粉中重金屬的含量，根據實驗樣品測定結果對兩種方法進行比較，為小麥重金屬的檢測提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

菠菜標物：國家標物中心提供GBW10015（GSB-6）；小麥粉樣品。

1.2 儀器與試劑

微波消解儀（配趕酸裝置、聚四氟乙烯消解罐）（安東帕公司）、350NX型三重四級桿電感耦合等離子體質譜儀（美國PerkinElmer科技有限公司）、ICE3500型原子吸收光譜儀（配石墨爐原子化器）（美國熱電公司）、AB204型電子天平（瑞士Mettler公司）、Milli-Q純水系統（美國Millipore公司）、氬氣（純度：≥99.999%）、25 mL容量瓶（15%的硝酸浸泡過夜，再用去離子水洗凈）。硝酸（優級純，國藥集團化學試劑有限公司）；1000μg/mL Pb單元素標準溶液、1000μg/mL Cd單元素標準溶液、1000μg/mL In單元素標準溶液（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）。

1.3 標準溶液的配制

用1000μg/mL鉛、鎘單元素標準溶液用1%硝酸逐級稀釋成50μg/L和2μg/L的鉛、鎘標準使用液；用1000μg/mL Pb和Cd單元素標準溶液用1%硝酸稀釋成1μg/mL的標準儲備液，再用Pb和Cd標準儲備液制成Pb 0，2，4，6，8，10μg/L、Cd 0，1，2，3，4，5μg/L的標準系列混標溶液；用1000μg/mL In單元素標準溶液用1%硝酸逐級稀釋成8μg/L的In標準使用液。于4℃冰箱中避光保存備用。

1.4 樣品前處理

采用微波消解法：（GB 5009.268-2016）分別稱取菠菜、試樣小麥粉0.25 g（精確至0.001 g），每個樣品稱量7份置于微波消解罐內，然后加6 mL的HNO3進行加蓋擰緊處理、靜置過夜后用微波消解儀進行消解。在完成消解后，待消解罐的溫度降低到70℃，將消解罐取出并置于通風櫥內進行緩慢的泄壓來放氣，等到消解罐內的氣體完全放完之后，打開消解罐蓋子，用少量水沖洗內蓋，將消解罐置于趕酸裝置內，于150℃趕酸至1 mL左右取出，消解罐放冷后用1%的HNO3溶液洗滌消解罐2～3次，將消化液轉移到25 mL容量瓶中并定容至刻度，混勻備用。同時做試劑空白試驗。分別用ICP-MS和GFAAS上機測定。微波消解儀升溫程序設置見表1。

1.5 實驗方法

1.5.1 ICP-MS

在ICP-MS工作條件下，用調諧液調整ICPMS，使其精密度、靈敏度等條件符合測定標準，建立測定方法、設置對應參數、選擇待測元素，連續使用內標，用手動模式依次將試劑空白、標準系列和樣品溶液引入ICP-MS；得到Pb和Cd元素對應的標準曲線，得出重金屬Pb和Cd的濃度。電感耦合等離子體質譜儀工作參數見表2所示。

1.5.2 GFAAS

設置GFAAS測鉛波長為283.3 nm，測鎘波長為228.8 nm，光譜通帶寬度0.5 nm，燈電流5.0 mA，背景校正：塞曼，讀數方式：峰面積，進樣體積20.0μL。基體改進劑（體積20μL）石墨爐升溫程序見表3。

2 結果與討論

2.1 ICP-MS和GFAAS對應的標準系列濃度、線性方程及相關系數

分別用ICP-MS和GFAAS測定配好的標準溶液系列濃度，得到對應的線性方程（表4）。ICP-MS測得Pb在0～50μg/L范圍內呈現良好的線性關系，線性方程為Y=13262X+0，相關系數為0.999963；Cd在0～5μg/L范圍內呈良好的線性關系，線性方程為Y=3758X+0，相關系數為0.999484；GFAAS測得Pb在0～50μg/L范圍內呈現良好的線性關系，線性方程為Y=0.00255X+0.0063，相關系數為0.9950，特征濃度為1.7240；Cd在0～10μg/L范圍內呈現良好的線性關系，線性方程為Y=0.13358X+0.0055，相關系數為0.9961，特征濃度為0.0329。由此可知，在標準溶液系列濃度范圍內ICP-MS比GFAAS測得的標準曲線線性關系好。

表4 標準系列濃度、線性方程及相關系數

2.2 樣品測定結果比較

2.2.1 方法的精密度和準確度

2.2.1.1 按測定方法測定菠菜標準物質結果見表5所示

菠菜標物測定結果表明（表5），ICP-MS測定的Pb平均值為11.293，測定值范圍為10.335～12.19，標準差為0.6555，相對標準偏差為5.8%；Cd平均值為0.1560，測定值范圍為0.1465～0.1651，標準差為0.0071，相對標準偏差為4.6%；GFAAS測定的Pb平均值為11.5308，測定值范圍為9.813～13.387，標準差為1.2877，相對標準偏差為11.2%；Cd平均值為0.1465，測定值范圍為0.1258～0.1724，標準差為0.0206，相對標準偏差為14.0%。ICP-MS測的Pb和Cd標準偏差及相對標準偏差均小于GFAAS，GFAAS的測定值范圍比ICP-MS波動大。

表5 菠菜標物：國家標物中心提供GBW10015（GSB-6）（n=7）

2.2.1.2 按測定方法測定小麥粉樣品結果見表6所示

表6 小麥粉樣品測定結果（n=7）

小麥粉測定結果表明，ICP-MS測定的Pb平均值為0.1099，測定值范圍波動小，標準差為0.0070，相對標準偏差為6.4%；Cd平均值為0.1384，測定值范圍波動小，標準差為0.0083，相對標準偏差為6.0%；GFAAS測定的Pb平均值為0.1082，測定值范圍波動大，標準差為0.0123，相對標準偏差為11.4%；Cd平均值為0.1263，測定值范圍波動大，標準差為0.0105，相對標準偏差為8.4%。因此，GFAAS比ICP-MS測的Pb和Cd標準偏差和相對標準偏差大、測定值范圍波動大。

3 討 論

在高原環境下，為保證儀器的正常使用，ICPMS氣流量相對較高，同時氣體從內地運到高原的運輸成本較高，致使售賣價格遠高于內地。ICPMS和GFAAS若出現問題，維修成本也較高。由于高原的環境比起內地相對特殊，所以在儀器的穩定性方面也會出現一些差異。儀器工作前調試在最佳工作狀態，那么測試與內地差異不大，同時也能保證結果的準確性，檢測結果均在準確值允許誤差范圍內波動，效果與內地差異也不大。

本研究以大田作物小麥為對象，但標準物質是菠菜，禾本科（水稻、大麥、玉米、高粱等）屬于中等累積型，一般來說蔬菜富集重金屬的能力較禾谷類強［10］。從ICP-MS和GFAAS對小麥和菠菜標準物質的檢測結果看，兩種儀器方法對設施作物和大田作物測試結果是一致的，說明材料用小麥或者蔬菜對兩種方法的檢測結果影響較小。因此供試材料小麥參考性也較強，對ICP-MS和GFAAS兩種方法檢測效果比較，選用小麥也具有一定的參考價值。

4 結論

ICP-MS能實現多元素同時分析，并且檢出限低，已被廣泛應用于食品中的元素分析［11-14］。研究建立高原環境下微波消解-電感耦合等離子質譜法（ICP-MS）和石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）測定方法。均采用微波消解法處理樣品。ICP-MS測定的Pb和Cd在標準系列濃度范圍內線性關系良好，相關系數都在0.999484以上，樣品測定值RSD均小于6.4%；GFAAS法測定的Pb和Cd在標準系列濃度范圍內線性關系良好，相關系數都在0.9950以上，樣品測定結果RSD均小于11.4%。但ICP-MS比GFAAS測的標準曲線線性關系好、相關系數高、測定值的標準偏差和相對標準偏差低、測定值范圍波動小等。因此，ICP-MS法具有穩定度好、準確度和精密度高、多元素測定效率高、樣品平行性好、操作簡便等優點，適用于小麥中重金屬元素的測定。