不同材質的容器對重金屬痕量檢測的影響研究

◎ 張 敏

（中輕合盛科技有限公司，安徽 滁州 239000）

重金屬是一種比重高于4或5的金屬，除少數是生活中所需的微量元素外，多數重金屬如鉛、鎘等都不是生活中所必需的，而且超出一定的含量就會對人體造成傷害[1]。重金屬元素具有生物毒性、臟器組織蓄積性、生物富集性、環境累積性，重金屬污染已引起社會廣泛關注[2-4]。在現代工業的發展過程中，鉛經被污染的飲食進入人體，會破壞體內的臟器功能，并且很難排除，食品中鉛含量可通過原子吸收光譜法進行檢測[5]。含鎘的工業廢水會對水源產生污染，利用含鎘的污水灌溉會導致農作物中的鎘超標[6]。長期食用鎘含量過高的食品可導致人體內的鎘含量過高，從而引起消化系統、骨骼和腎臟的損傷，引起蛋白尿和骨痛病等。通常情況下，食品中鎘檢測采用原子熒光光譜法[7]。鉻對黏膜、皮膚、消化道有強烈的刺激作用，會引起皮膚糜爛、充血、潰瘍等疾病。在人體中，銅偏高數倍可能會引發銅中毒，體內銅過量會危害身體健康。

食品中的重金屬檢測大都屬于痕量分析（待測組分含量低于百萬分之一），測定過程中使用到的消解罐、容量瓶、比色管等各類存儲容器帶來的微量污染都有可能導致結果不準確[8]。目前常見的存儲容器的材質有聚丙烯（Polypropylene，PP）、聚乙烯（Polyethylene，PE）、聚四氟乙烯（Polytetrafluoroethylene，PTFE）、高硼硅玻璃等。這些材料受材質純度以及加工工藝的影響，其本身殘留的重金屬含量也不相同。聚丙烯屬于一種半結晶的熱塑性塑料，其特點是具有較高的耐沖擊性，抗有機溶劑，抗多種酸堿腐蝕，機械性質強韌，除了加強劑以外，它與大部分的媒質都沒有反應。聚乙烯可用來制備注塑產品、塑料薄膜、塑料管材等，聚乙烯比聚丙烯的耐熱性能差，而聚丙烯的熔點比聚乙烯高40%～50%，對重金屬的探測能力較差。聚四氟乙烯具有較高的熔融點，即使加熱到熔融點以上，其流動性仍較差。高硼硅玻璃具有較高的物理強度，良好的耐火性能，與普通的玻璃相比沒有任何毒副作用，可以將其制成餐具等多種產品，擁有良好的社會效益和推廣價值[9]。原子吸收光譜法，又稱原子分光光度法，是一種根據特定物質基態原子蒸氣對特征輻射的吸收，來對樣品中被測元素的含量進行測量的一種儀器分析法[10-12]。原子吸收光譜因選擇性好、靈敏度高、抗干擾能力強、操作簡便等優點而成為食品中重金屬檢測的一種主要分析手段。

目前，盛裝容器對常見食品中微量元素、重金屬離子的影響、吸附性能的相關研究較少。本文以聚丙烯（PP）、聚乙烯（PE）、高硼硅玻璃、聚四氟乙烯（PTFE）4種材質的存儲容器作為研究對象，通過原子吸收光譜法（Atomic Absorption Spectroscopy，AAS）進行樣品中的鉛、鎘、鉻、銅4種重金屬元素的含量和含量變化率的測定，探究不同材質的存儲容器對重金屬檢測的影響，為選擇合適的重金屬檢測樣品存儲容器材質提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

聚四氟乙烯試管（容積15 mL，螺紋塞），嘉興市方圓氟塑制品有限公司；聚丙烯試管（容積15 mL，螺紋塞），泰州久盛醫療器械有限公司；聚乙烯試管（容積15 mL，螺紋塞），美國康寧（上海）有限公司；高硼硅玻璃試管（容積15 mL，螺紋塞），南通天晶玻璃制品廠。

1.2 儀器與試劑

PinAAcle 900T原子吸收光譜儀，美國PerkinElmer生產；ICH260恒溫恒濕箱，德國美墨爾特生產，溫控范圍為10～60 ℃，溫度控制準確度可達到±0.5 ℃；試驗中使用的器具都在聚四氟乙烯槽中用5%的硝酸溶液浸泡48 h后，用蒸餾水清洗，干燥后使用。

鉛、鎘、鉻、銅等單一元素（國家標準物質中心）的含量為100 μg·mL-1，所用的化學試劑全部為優級純；采用雙蒸餾法生產出的高純氬，其純度在99.999 9%以上。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品制備

根據《食品安全國家標準 食品中污染物限量》（GB 2762—2022）中的規定，確定加入容器中的4種重金屬溶液質量濃度均為5 μg·L-1。分別用5%體積分數的硝酸溶液逐級稀釋有證標準物質證書在有效期內的鉛、鎘、鉻、銅4種元素的標準溶液至5 μg·L-1，此為樣品溶液。將樣品溶液分別加入4種材質的容器中，每個容器重復3個試樣，在20 ℃避光條件下存儲14 d。

1.3.2 標準系列溶液配制

使用有證標準物質證書在有效期內的鉛、鎘、鉻、銅4種元素的標準溶液，用5%體積分數的硝酸溶液逐級稀釋至鉛濃度為0 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1、30 μg·L-1和40 μg·L-1，銅濃度為0 μg·L-1、5 μg·L-1、10 μg·L-1、20 μg·L-1、30 μg·L-1和40 μg·L-1，鎘濃度為0 μg·L-1、0.5 μg·L-1、1.0 μg·L-1、2.0 μg·L-1、4.0 μg·L-1和6.0 μg·L-1，鉻濃度為0 μg·L-1、2 μg·L-1、4 μg·L-1、8 μg·L-1、12 μg·L-1和16 μg·L-1。

1.3.3 樣品測定

按照表1的儀器工作參數，使用原子吸收光譜儀對試樣進行測定。對檢測結果進行如下處理：取3次平行樣品檢測結果的平均值以消除隨機誤差。將平均值與初始值進行比較，得到存儲前后的差值。差值除以初始值，得到含量的變化率。連續測定20次試劑空白，計算獲得標準偏差，檢測限是標準偏差除以斜率的3倍。

表1 儀器工作參數表

1.3.4 檢出限、精密度及測量值變化率的測定

選擇沒有使用過的4種材質儲存容器，先用清水沖洗6次，再用去離子水沖洗6次，干燥后再使用。根據國家標準中規定限量，加入容器中的4種重金屬溶液質量濃度均為5 μg·L-1。在完成樣品制備后，通過比較初始值和最終測試值，可以得出在特定環境下貯存后的初始值和最終測試值之間的差異。將差異值的平均值與初始值相除，即可求出測量值的變化率。

2 結果與分析

2.1 4種金屬線性關系與檢出限

根據國際純粹與應用化學聯合會的推薦，檢出限可由最小檢測信號值、空白噪聲導出。以5%硝酸進行20次空白測試，并進行3倍標準偏差的計算，由此可以獲得各元素的線性回歸方程（I為儀器響應值；C表示濃度，mg·L-1）、相關系數、精密度、檢出限，如表2所示。

表2 4種重金屬的線性關系與檢出限表

2.2 不同存儲容器內重金屬檢測含量與含量變化率

4種不同容器存儲的標準溶液，經原子吸收光譜儀檢測，可獲得4種重金屬元素鉛、鎘、鉻、銅的含量及變化率，如表3所示。

表3 不同材質存儲容器內重金屬檢測含量與含量變化率表

從表3可以看出，不同材質容器中，相同元素的含量變化率不同；相同材質的容器中，不同元素的含量變化率也不相同。對比4種材質的存儲容器，存儲在聚四氟乙烯、聚丙烯、聚乙烯材質容器的標準溶液，4種重金屬的含量變化率均低于5%；存儲在高硼硅玻璃試管的標準溶液中，只有鎘元素的含量變化率在5%以上，其他3種元素的含量變化率都在3%以下。4種重金屬元素鉛、鎘、鉻、銅在聚四氟乙烯材質容器中存儲時含量變化率最小。結果表明，不同材料對重金屬的吸附能力存在差異，其中聚四氟乙烯材料具有良好的化學穩定性，耐腐蝕性強，溶解樣品過程中不發生變化，因此聚四氟乙烯材料適合用于存儲重金屬溶液。

3 結論

本文以聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯、高硼硅玻璃等4種材料制成的存儲容器為研究對象，使用原子吸收光譜法進行鉛、鎘、鉻、銅4種重金屬元素的含量和含量變化率的測定，得出如下結論。

（1）在重金屬儲存時間、初始濃度、儲存溫度、硝酸溶液濃度一定的條件下，存儲容器的材質對重金屬溶液的影響很大。在不同材質容器中，重金屬種類和初始值相同時，檢測值變化率不同；在同一材料的容器內，重金屬的種類不同而初始值相同時，檢測值變化率不同。

（2）對比高硼硅玻璃、聚丙烯、聚乙烯、聚四氟乙烯試管4種材質容器儲存效果可知，儲存鎘、鉛、銅、鉻4種重金屬溶液時選用聚四氟乙烯材質最適宜。

（3）不同的存儲容器對重金屬溶液的含量變化率影響較大。不同材質容器中，相同元素的含量變化率不同；相同材質的容器中，不同元素的含量變化率也不相同，對于其他材質的存儲容器及其對其他重金屬元素的影響還需要進一步研究。