稀酸溫和提取直接進(jìn)樣快速測(cè)定大米中鎘含量

周明慧 王松雪 伍燕湘

（國(guó)家糧食局科學(xué)研究院，北京 100037）

稀酸溫和提取直接進(jìn)樣快速測(cè)定大米中鎘含量

周明慧 王松雪 伍燕湘

（國(guó)家糧食局科學(xué)研究院，北京 100037）

建立了常溫條件下利用稀酸溫和提取直接進(jìn)樣石墨爐原子吸收光譜法快速測(cè)定大米中鎘的方法?？疾炝朔鬯榱?、硝酸濃度、提取時(shí)間、固液比例等因素的影響，優(yōu)化了灰化溫度和原子化溫度等儀器條件，確定了大米中鎘元素測(cè)定的最佳條件。結(jié)果表明，常溫條件下采用稀硝酸提取大米中的鎘元素，浸提率在98.5%～100%之間，加標(biāo)回收率達(dá)到93.0%～100%之間，精密度小于5%，方法的檢出限和定量限分別為0.016μg／L和0.048μg／L，樣品處理時(shí)間可縮短至20 min內(nèi)，與經(jīng)典的微波消解原子吸收光譜法和微波消解ICP-MS法比較，各類大米中鎘元素的測(cè)定值無(wú)顯著性差異（P＞0.05）。

稀酸溫和提取 直接進(jìn)樣 石墨爐原子吸收法 大米 鎘

鎘（cadmium，Cd）是糧食污染物中一種常見(jiàn)的重金屬。研究發(fā)現(xiàn)鎘很容易蓄積在人體的腎臟、骨組織、眼睛和其他器官和組織中，尤其是在腎臟和骨組織中的蓄積現(xiàn)象最為嚴(yán)重［1］，可引發(fā)腎衰竭，易碎性骨折等疾病，威脅人體健康［2］。國(guó)際癌癥研究署（IARC，International Agency for Research on Cancer）將鎘劃分為對(duì)人體有明確致癌性的致癌物（Group I）［3］。大米作為五谷之首，是我國(guó)主要的糧食作物，近些年來(lái)，關(guān)于大米中鎘污染事件屢見(jiàn)不鮮，如何快速準(zhǔn)確地進(jìn)行大量批次大米中鎘含量檢測(cè)，防止受污染的大米流入市場(chǎng)亟待解決。

目前，常見(jiàn)大米中鎘元素的檢測(cè)方法主要有石墨爐原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法等［4-12］，但普遍存在樣品前處理復(fù)雜耗時(shí)和儀器本身檢測(cè)快的突出矛盾。濕法消化法、干法灰化法和微波消解法等經(jīng)典的元素分析前處理技術(shù)雖然能準(zhǔn)確提取樣品中的重金屬［13-19］，但步驟繁瑣，前處理操作過(guò)程通常2～4 h甚至更長(zhǎng)，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而儀器檢測(cè)可在5 min之內(nèi)完成；而且經(jīng)典的消解方法一般需要消耗過(guò)多的強(qiáng)腐蝕性酸和氧化試劑，并且需要150℃以上的高溫條件。復(fù)雜的過(guò)程和較多試劑的引入不僅增加了待測(cè)樣品被污染的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)也增加了操作人員的安全隱患，傳統(tǒng)前處理方法已經(jīng)難以適應(yīng)當(dāng)前大批次高通量綠色環(huán)保快速檢測(cè)的需求。

本試驗(yàn)基于稻米中鎘元素基本以酸可溶性的游離或絡(luò)合等形態(tài)存在，首次開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了稀酸快速溫和提取直接進(jìn)樣石墨爐原子吸收法快速檢測(cè)大米中鎘元素含量的方法，對(duì)酸提取直接進(jìn)樣前處理方法的多種影響因素進(jìn)行優(yōu)化，和谷物中重金屬傳統(tǒng)前處理方法主要采用劇烈消解的方式相比，本方法實(shí)現(xiàn)了在常溫條件下的溫和提取，同時(shí)極大縮短處理時(shí)間，減少處理步驟，提高大米中鎘元素的檢測(cè)效率及分析準(zhǔn)確度；達(dá)到了降低成本和保護(hù)環(huán)境的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 測(cè)試樣品

代表性樣品：秈稻、粳稻、粳糯稻、秈糯稻，由國(guó)家糧食局科學(xué)研究院采集。秈稻標(biāo)準(zhǔn)參考樣品為2012年采集并定值，鎘含量（0.033±0.002）μg／g。

1.1.2 試劑及儀器設(shè)備

硝酸鈀：99.9%，Alfa Aesar；雙氧水、硝酸：優(yōu)級(jí)純，北京化工廠；內(nèi)標(biāo)混合溶液（100 mg／L）：Agilent；高純氬99.999%：北溫氣瓶廠；Milli-Q超純水處理系統(tǒng)：Millipore公司；ZEEnit700石墨爐原子吸收光譜儀：Analytik Jena AG；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）：Agilent，7500CX；Pulverisette 14粉碎機(jī)：Fritsch，；標(biāo)準(zhǔn)樣篩（0.25、0.4、0.5 mm）：上海豐行篩網(wǎng)制造有限公司。

1.1.3 溶液配制

1.1.3.1 石墨爐原子吸收光譜儀2μg／L標(biāo)準(zhǔn)使用液：準(zhǔn)確取鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1 000μg／mL，GSB 04-1723-2004）50μL用5%硝酸定容至50 mL，搖勻得到標(biāo)準(zhǔn)貯備液，標(biāo)準(zhǔn)使用液由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用0.5%HNO3逐級(jí)稀釋得到。

1.1.3.2 0.5%HNO3：取5 mL HNO3用超純水定容到1 000 mL。0.4%、0.3%、0.2%、0.1%HNO3由0.5%稀釋得到。

1.1.3.3 ICP-MS標(biāo)準(zhǔn)使用液：鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1 000μg／mL，GSB 04-1723-2004），標(biāo)準(zhǔn)使用液由標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液用5%HNO3逐級(jí)稀釋得到。在儀器工作條件下得到鎘元素工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)0.999 6。

1.1.3.4 內(nèi)標(biāo)溶液：準(zhǔn)確取內(nèi)標(biāo)溶液（100 mg／L）1 mL用5%HNO3定容到100 mL待用。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 直接進(jìn)樣方法

1.2.1.1 樣品前處理：取均勻測(cè)試樣品500 g去殼放入粉碎機(jī)中粉碎，并使用樣篩篩出合適粒徑備用。

1.2.1.2 分析過(guò)程：以0.20 g大米粉作為研究對(duì)象，分別對(duì)硝酸濃度、提取時(shí)間、沉降時(shí)間、粒徑及固液比對(duì)大米粉中鎘元素的檢測(cè)結(jié)果的影響進(jìn)行試驗(yàn)優(yōu)化。

提取率試驗(yàn)：精確稱量0.20 g樣品，加入5 mL 0.5%HNO3，充分振蕩浸提5～10 min，離心（20℃，3 000 r／min，5 min）小心吸取上清液（離心上清液），加入5 mL水洗殘?jiān)?，振蕩后立即離心（20℃，3 000 r／min，5 min）并小心吸取上清液，用 HNO3轉(zhuǎn)移殘?jiān)料夤苤?，補(bǔ)充HNO3至5 mL，并加入2 mL H2O2，同時(shí)做試劑空白，微波消解處理，結(jié)束后置于趕酸套趕酸至近干，超純水定容至10 mL，上機(jī)檢測(cè)。

回收率試驗(yàn)：精確稱量2組0.20 g樣品，第1組加入40μL 100 ng／mL Cd標(biāo)準(zhǔn)溶液，補(bǔ)加0.5%硝酸溶液至5 mL；第2組加入5 mL 0.5%硝酸溶液，充分振蕩浸提5～10 min，再振蕩?kù)o置10 min，上機(jī)檢測(cè)。

1.2.2 ICP-MS方法

精確稱量所需固體試樣各0.2 g，進(jìn)行微波消解，趕酸，定容至 25 mL后待測(cè)［18］。

1.2.3 儀器工作條件

1.2.3.1 石墨爐原子吸收光譜儀：譜線228.8 nm；狹縫為0.8 nm；燈電流4.0 mA；燈類型HCl；PMT為311.0V；磁場(chǎng)模式：2-磁場(chǎng)；AZ時(shí)間3.0 s；積分時(shí)間3.0 s，背景校正為塞曼模式。

1.2.3.2 ICP-MS：入射功率1 500 W；Torch-H為-0.3 mm；Torch-V為-0.4 mm，載氣流速為0.76 L／min；輔助氣流速0.45 L／min；池氣體模式為 He模式；氦氣流速4.0 mL／min；采樣深度8.0 mm；積分時(shí)間 0.3 s／point；采集質(zhì)量數(shù) 111 Cd。

2 結(jié)果與討論

2.1 基體改進(jìn)和標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的繪制

由于樣品浸提液沒(méi)有經(jīng)過(guò)消解或者灰化的過(guò)程，樣品里含有大量的有機(jī)物質(zhì)，使樣品測(cè)定的背景吸收值很高，同時(shí)可能會(huì)造成基體干擾，針對(duì)此情況，本試驗(yàn)采取添加基體改進(jìn)劑的方法，減少背景吸收，經(jīng)試驗(yàn)摸索，采取濃度為1 000 mg／L的硝酸鈀溶液作為基體改進(jìn)劑，使用體積為5μL，即能顯著降低背景吸收（圖1）。以2μg／L的鎘元素標(biāo)準(zhǔn)溶液作為標(biāo)準(zhǔn)工作液，通過(guò)進(jìn)樣程序的設(shè)置，以0、0.4、0.8、1.2、1.6、2.0μg／L的濃度進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制（圖2），曲線相關(guān)系數(shù)R2為0.999 6。

圖1 基體改進(jìn)劑（硝酸鈀）使用的影響

圖2 Cd標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 酸提取液濃度的選擇

分別選取了不同濃度硝酸作為提取溶液，進(jìn)行大米中鎘元素提取率優(yōu)化試驗(yàn)。

從圖3可見(jiàn)，大米樣品，鎘元素的浸提率隨硝酸濃度的增加而提高，當(dāng)硝酸濃度提高到0.5%時(shí)，大米中鎘的檢出值0.033μg／g，在標(biāo)準(zhǔn)樣品的定值范圍（0.033±0.002）μg／g內(nèi)，考慮到石墨管對(duì)酸的耐受能力，減少石墨管的損耗，選擇0.5%硝酸作為大米中鎘元素測(cè)定的浸提液。

圖3 不同濃度稀硝酸對(duì)于鎘提取效率的影響

2.3 沉降時(shí)間、浸提時(shí)間、固液比和粒徑對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

試驗(yàn)證實(shí)，0.5%硝酸溶液具有浸出大米樣品中鎘元素的作用，影響浸提效果和檢測(cè)結(jié)果的因素很多。首先，大米樣品粉末會(huì)隨著靜置時(shí)間的延長(zhǎng)發(fā)生迅速的沉降，沉降后是否會(huì)影響檢測(cè)結(jié)果直接關(guān)系到方法的穩(wěn)定性。因此本試驗(yàn)對(duì)沉降時(shí)間對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響進(jìn)行了考察。由圖4a可見(jiàn)，隨著靜置時(shí)間的增加，大米樣品中鎘含量的檢出值沒(méi)有明顯的下降，為探討元素在浸提液中的穩(wěn)定性，采取離心的方式取上清液進(jìn)行測(cè)定（3 000 r／min離心5 min），樣品中鎘的檢出值較靜置上清液仍沒(méi)有顯著差別（P＞0.05），可證實(shí)0.5%硝酸確實(shí)對(duì)大米樣品中的鎘具有很好的浸提作用。靜置10 min，大部分的固體顆粒會(huì)發(fā)生沉淀，取上清進(jìn)行測(cè)定，可以在一定程度上減少石墨管的損耗。此外，浸提時(shí)間、固液比和樣品粒徑也是影響浸提效果的3個(gè)重要因素。圖4b為浸提時(shí)間對(duì)大米中鎘含量檢測(cè)的影響，隨著浸提時(shí)間的增加，樣品中鎘的檢出值沒(méi)有因浸提時(shí)間的增加而顯著提高（P＞0.05），即加入浸提液劇烈震蕩混勻樣品即可使樣品中的鎘浸出。為保證提取充分，建議震蕩提取5～10 min。

圖4 不同因素對(duì)檢測(cè)結(jié)果的影響

同時(shí)，從圖4c、4d中可以看出，稱樣量與定容體積在2∶50～5∶50之間變化，粒徑在＜0.5 mm范圍內(nèi)，浸提效果并不因這2個(gè)因素的變化而發(fā)生顯著性的變化（P＞0.05）。

2.4 不同代表性樣品中鎘的浸提率

為進(jìn)一步考察0.5%硝酸對(duì)于大米中鎘元素的浸出效果及該方法的普遍適用性，選取了不同品種代表性樣品，將其脫殼、粉碎處理后，采取一次浸提離心，二次離心清洗，收集殘?jiān)M(jìn)行微波消解檢測(cè)的方法計(jì)算了鎘元素的浸提率。從表1可見(jiàn)，6種大米樣品的鎘元素浸提率均在98%以上。

表1 鎘在大米樣本中的浸提率（n＝3）

2.5 方法精確度

采取加標(biāo)回收試驗(yàn)進(jìn)行方法的準(zhǔn)確度研究，加標(biāo)水平均設(shè)在50%樣品鎘含量左右，結(jié)果顯示（表2），秈米（早、中、晚）、粳米、秈糯米、粳糯米 4種類型6份樣品的加標(biāo)回收率為92.97%～100.43%，方法準(zhǔn)確度符合儀器檢測(cè)要求。

表2 酸提取直接進(jìn)樣法測(cè)定大米中鎘含量回收率

2.6 方法檢出限

酸提取直接進(jìn)樣法由于其酸度可控，試劑空白低，不易污染。通過(guò)儀器軟件分別測(cè)定酸提取直接進(jìn)樣法的檢出限和定量限分別為0.016μg／L和0.048μg／L。GB 2762—2012《食品中污染物限量》［20］中規(guī)定谷物中隔的限量為 0.2 mg／kg，按照此濃度，稱取0.2 g定容至10 mL（1∶50），溶液中鎘的濃度為4μg／L，遠(yuǎn)大于此方法的定量限，所以此方法滿足國(guó)標(biāo)對(duì)于限量的檢測(cè)要求。

2.7 方法比對(duì)

研究采取不同方法比對(duì)方式考察酸提液直接進(jìn)樣石墨法測(cè)定不同類型稻谷中鎘含量的準(zhǔn)確度，比對(duì)的方法有微波消解—石墨爐法和微波消解—ICP-MS法。6種不同類型的稻谷樣品檢測(cè)結(jié)果顯示（表3），與微波消解—石墨爐法、ICP-MS檢測(cè)結(jié)果相比，其檢測(cè)值沒(méi)有顯著性差異（P＞0.05）。

表3 酸提取直接進(jìn)樣法方法準(zhǔn)確度研究

2.8 酸提取直接進(jìn)樣法與傳統(tǒng)前處理方法比較

表4中從酸試劑用量、溫度、稱樣重量、定容體積、樣本稀釋倍數(shù)、處理時(shí)間、所需主要容器和儀器等8個(gè)方面，將酸提取直接進(jìn)樣法與傳統(tǒng)前處理方法進(jìn)行了比較，由表4看出，較傳統(tǒng)的前處理方法，酸提取直接進(jìn)樣法酸試劑用量少，溫度要求不高，定容可控制在較小的體積，并且能達(dá)到儀器測(cè)量限對(duì)于樣本濃度的要求，同時(shí)，該方法大大減少了樣品的前處理時(shí)間，減少了容器的使用量，從而也減少了樣品在不同容器中的轉(zhuǎn)移次數(shù)，減少能源消耗的同時(shí)，也降低了樣品被污染的概率，同時(shí)，該方法不需要使用特定儀器，簡(jiǎn)化了前處理步驟，降低了對(duì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室的要求，提高了檢測(cè)人員操作過(guò)程中的安全性。

3 結(jié)論

研究建立了稀酸溫和提取直接進(jìn)樣—石墨爐法快速檢測(cè)大米中鎘元素含量的方法，研究表明，在0～2μg／L范圍內(nèi)繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 6，以0.5%硝酸溶液作為浸提液，可快速浸提（＜10 min）粒徑為0.5 mm以下的大米樣品，浸提液靜置10 min或者離心（3 000 r／min，5 min）后取上清液進(jìn)行樣品中鎘含量的檢測(cè)，方法的檢出限和定量限分別為 0.016μg／L和 0.048μg／L，加標(biāo)回收率93.0%～100%。不同種類代表性實(shí)際樣品分析結(jié)果表明，檢測(cè)結(jié)果與傳統(tǒng)方法無(wú)顯著差別（P＞0.05），方法具有良好的普遍適用性。較傳統(tǒng)的前處理方法相比，該方法除能節(jié)省大量前處理時(shí)間外，還具有酸試劑用量少，無(wú)需高溫，定容體積可控性強(qiáng)，所需容器和儀器的量及種類少等優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)而能達(dá)到節(jié)能減排，保證實(shí)驗(yàn)操作人員的安全，是一種簡(jiǎn)單準(zhǔn)確的綠色前處理方法，尤其適合大量大米樣品中鎘元素的檢測(cè)。

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［18］EN 14084：2003 Foodstuffs-Determination of trace elements-Determination of lead，cadmium，zinc，copper and iron by atomic absorption spectrometry（AAS）after microwave digestion［S］

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［20］GB 2762—2012食品中污染物限量［S］.

Rapid Direct Sampling Detection of Cd in Rice Using Diluted Acid Extraction

Zhou Minghui Wang Songxue Wu Yanxiang
（Academy of State Administration of Grain，Beijing 100037）

The method for rapid determination of Cd in rice was established under normal temperature using diluted acid mild extraction and direct sampling coupled with graphite furnace atomic absorption spectrophotometer.Some factors were observed including the grain size，nitric acid concentration，extraction time，solid and liquid proportion and the instrument conditions were optimized including ashing temperature and atomizing temperature etc..The best examination condition of Cd in rice was achieved.Results show that，the exaction rate of Cd in rice by diluted acid was between 98.5%～100%，and the standard average recoveries of Cd in rice reached 93.0%～100%at room temperature condition，accuracy was lower than 5%，the method detection limits and quantification limits were 0.016μg／L and 0.048μg／L respectively，and the pretreatment time can be reduced to 20 min.Compared with the results of the classic method that microwave digestion atomic absorption spectroscopy and microwave digestion ICPMS，the detection Cd values in various rice had no significance difference（P＞0.05）.

diluted acid mild extraction，direct sampling，graphite furnace atomic absorption spectrophotometer，rice，Cd

TS201.6

A

1003-0174（2015）02-0097-06

糧食公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201313005-2），中央級(jí)公益性科研院所基本業(yè)務(wù)費(fèi)（ZX1301）

2013-11-05

周明慧，女，1984年出生，博士，助理研究員，糧油分析檢測(cè)

王松雪，男，1977年出生，博士，研究員，糧油質(zhì)量安全分析與控制