微波消解—石墨爐原子吸收法測(cè)定川芎鎘含量方法學(xué)研究

李陽　韓桂琪　何難　黃彪　彭成　國(guó)錦琳

摘要[目的]建立準(zhǔn)確測(cè)定川芎中鎘含量的分析方法。[方法]微波消解法消化經(jīng)粉碎混勻的川芎塊根樣品0.1 g，消解總時(shí)間25 min，消化液趕酸后稀釋定容100 mL，以石墨爐原子吸收法測(cè)定總鎘濃度。選擇1.0 g/L磷酸作基體改進(jìn)劑提高灰化溫度至550 ℃。[結(jié)果]方法檢出限為0.08 mg/kg，線性范圍為0.08～2.00 μg/L，日內(nèi)精密度的RSD為0.2%～6.5%。測(cè)定5個(gè)種植區(qū)域的川芎樣品共48份的加標(biāo)樣品回收率為96.0%～109.6%。[結(jié)論]該方法測(cè)定川芎中鎘含量靈敏、準(zhǔn)確、高效、易普及，為準(zhǔn)確掌握川芎鎘含量分布提供了可靠的定量方法。

關(guān)鍵詞 鎘含量；川芎；微波消解；石墨爐原子吸收法；定量測(cè)定

中圖分類號(hào) S567 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 0517-6611（2016）05-130-03

Abstract[Objective]To establish an analysis method to accurately determine the cadmium concentration of Chuanxiong Rhizoma.[Method]The tuberous root of Chuanxiong Rhizoma was pulverized and 0.1 g of the powder was digested by microwave. After 25 min of digestion， the acid was drove by heating and diluted to 100 mL. The cadmium concentration of the sample solution was detected by graphite furnace atomic absorption. 1.0 g/L phosphoric acid was used as the matrix modifier and the ashing temperature was raised to 550 ℃.[Result]The detection limit was 0.08 mg/kg； linear range was 0.08-2.0 μg/L； RSD of intraday precision was 0.2%-6.5%. The recovery rates of 48 samples were 96.0%-109.6% in five planting areas.[Conclusion]This method is sensitive， effective and accurate to detect the cadmium concentration in Chuanxiong Rhizoma， and provides reliable quantitative method for the investigation of accurate distribution of cadmium concentration in Chuanxiong Rhizoma.

Key words Cadmium concentration； Chuangxiong Rhizoma； Microwave digestion； Graphite furnace absorption； Quantitative analysis

川芎是傘形科川芎Ligusticum chuanxiong Hort.的干燥根莖[1]，是重要川產(chǎn)道地藥材，主產(chǎn)區(qū)成都的產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的90%以上，是我國(guó)中藥出口創(chuàng)匯的重要品種。重金屬超標(biāo)問題是川芎國(guó)際貿(mào)易壁壘的主要成因，其中鎘超標(biāo)是川芎重金屬超標(biāo)問題中最突出的[2-4]。川芎中鎘限量《中國(guó)藥典》規(guī)定為0.3 mg/kg[1]，歐洲規(guī)定更為嚴(yán)格，為0.2 mg/kg[5]。

測(cè)定川芎中鎘含量方法主要有濕消化-火焰原子吸收法[4，6]、濕消化-石墨爐原子吸收法[3]、濕消化-ICP/MS法[2]。火焰原子吸收靈敏度有限，濕消化-火焰原子吸收法取樣量一般為1.0 g以上，樣品前處理難度大、時(shí)間長(zhǎng)，易造成損失，影響定量準(zhǔn)確性；ICP/MS方法成本較高，尚不易普及；石墨爐原子吸收法靈敏度高，是測(cè)定川芎中微量鎘的理想方法，但鎘受熱易揮發(fā)，濕消化敞口進(jìn)行有可能損失且效率低，不適宜用于測(cè)定川芎中鎘含量的樣品前處理。微波消解是適合于易揮發(fā)無機(jī)元素的高效消解方式，是適用于川芎樣品鎘含量測(cè)定的前處理方法。目前中藥材中鎘含量測(cè)定的研究側(cè)重于具體樣品含量的報(bào)道[7-8]，也有對(duì)檢測(cè)方法中某一項(xiàng)單項(xiàng)條件的研究[9-10]，但對(duì)檢測(cè)方法各方面影響因素的研究和檢測(cè)參數(shù)選擇過程報(bào)道少見。為準(zhǔn)確測(cè)定川芎中鎘含量，建立準(zhǔn)確、高效的川芎中鎘含量測(cè)定方法，需要對(duì)檢測(cè)方法各步驟、條件、參數(shù)進(jìn)行全面研究。該研究通過對(duì)樣品前處理方法條件及石墨爐原子吸收測(cè)定條件的全面優(yōu)化，建立了定量檢測(cè)川芎中鎘的微波消解-石墨爐原子吸收法，以期為其他中藥中鎘含量的定量測(cè)定方法提供參考。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

石墨爐原子吸收光譜（安捷倫GTA120，200 Series AA，240Z AA）；微波消解儀（上海新儀MDS6G）；不銹鋼小型磨粉機(jī)、尼龍篩網(wǎng)（60目）、鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液（1 000 μg/mL），實(shí)驗(yàn)室用水為超純水（18.2 MΩ·cm）。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理方法。取川芎塊根部去雜后切片烘干，粉碎并過60目尼龍篩，制成均勻粉末裝樣品袋、編號(hào)、密封、常溫干燥保存。準(zhǔn)確稱取樣品粉末約0.1 g放入消解內(nèi)罐，加入濃硝酸10 mL，微波消解設(shè)置溫度主控模式，消解溫度程序設(shè)置為130 ℃、10 min，150 ℃、5 min，180 ℃、10 min，消解功率根據(jù)消解罐數(shù)量設(shè)置。微波消解后得到紅棕色澄清消化液，轉(zhuǎn)移至經(jīng)10%硝酸浸泡的錐形瓶，電熱板加熱趕酸至略帶黃綠色澄清溶液，轉(zhuǎn)入100 mL容量瓶，水定容，待上機(jī)測(cè)定。

1.2.2

石墨爐原子吸收測(cè)定條件。儀器條件為檢測(cè)譜線 228.8 nm，狹縫寬度0.5 nm，燈電流0.3 mA，塞曼校正。石墨爐升溫程序?yàn)楦稍?5 ℃、40 s，160 ℃、10 s，灰化550 ℃、9 s，原子化1 800 ℃、3 s。將鎘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液逐級(jí)稀釋，配制濃度為2.0 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，儀器自動(dòng)稀釋為標(biāo)準(zhǔn)系列的各濃度0.2、0.4、0.8、1.0、1.5、2.0 μg/L?；w改進(jìn)劑為1.0 g/L磷酸。進(jìn)樣量10 μL，基體改進(jìn)劑采取共進(jìn)樣方式，體積85 μL。

1.2.3 方法學(xué)考察。

1.2.3.1

方法檢出限。以超純水作空白溶液，測(cè)定20次吸光度值，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，由公式計(jì)算得到方法檢出限：檢出限=置信因子×空白標(biāo)準(zhǔn)偏差/靈敏度，其中置信因子取3。

1.2.3.2 精密度。取0.1 g經(jīng)預(yù)處理的川芎樣品按“1.2.1”方法條件制備樣品溶液，于此后的0、1、2、3、4、5 h按“1.2.2”方法條件分別測(cè)定1次，計(jì)算樣品溶液鎘含量6次測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD，n=6）。

1.2.3.3

線性范圍。配制濃度為0～10 μg/L范圍的鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，測(cè)定吸光度值，以標(biāo)準(zhǔn)溶液鎘濃度為橫坐標(biāo)、吸光度值為縱坐標(biāo)繪制相關(guān)趨勢(shì)圖，擬合相關(guān)方程，求得呈線性相關(guān)關(guān)系的濃度范圍。

1.2.3.4

準(zhǔn)確度。以實(shí)際樣品加標(biāo)回收率評(píng)價(jià)方法的準(zhǔn)確度。測(cè)定5個(gè)種植區(qū)域的川芎樣品8批共48份，每批設(shè)置2份加標(biāo)平行樣品。經(jīng)預(yù)處理后的川芎樣品按0.500 mg/kg水平加入鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液得到加標(biāo)樣品，按優(yōu)化后方法測(cè)定樣品鎘含量及加標(biāo)樣品鎘含量，計(jì)算加標(biāo)回收率。

2 結(jié)果與分析

2.1 檢出限及精密度

以超純水作空白溶液，測(cè)定吸光度值標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.000 4（n=20），計(jì)算出方法檢出限為0.08 μg/L，樣品中鎘的檢出限為0.08 mg/kg，測(cè)得方法日內(nèi)精密度的RSD為0.2%～6.5%。

2.2 線性范圍

從0～10 μg/L鎘濃度與吸光度值的相關(guān)趨勢(shì)（圖1）擬合得到多項(xiàng)式y(tǒng)=0.000 4x2+0.009 8x+0.001 8（r=0.999 3），可見在0～10 μg/L濃度范圍內(nèi)吸光度與鎘濃度不具有線性關(guān)系?？s小濃度范圍，最后確定線性范圍為0.08～2.00 μg/L，線性方程為y=0.010x+0.001（r= 0.999 5）。

2.3 準(zhǔn)確度

5個(gè)種植區(qū)域的川芎樣品共48份分8批測(cè)定，測(cè)得鎘含量背景值為0.302～1.025 mg/kg，加標(biāo)回收率為96.0%～109.6%。

3 討論

3.1 取樣量?jī)?yōu)化

按照文獻(xiàn)[6]方法嘗試取樣量為1.0 g，稱取6份平行樣品同時(shí)測(cè)定。采用硝酸-高氯酸消化，酸用量達(dá)30 mL后消化液仍渾濁并有碳化顆粒殘留，說明1.0 g樣品難以消化完全。將該消化液稀釋至250 mL，離心取上清液測(cè)定鎘濃度，6份平行樣品溶液濃度范圍為6.048～68.768 μg/L，重復(fù)性差（RSD=93.90%），說明取樣量1.0 g難以準(zhǔn)確定量。由方法線性范圍0.08～2.00 μg/L可知，樣品溶液濃度過高造成精密度差，但樣品溶液的稀釋倍數(shù)已達(dá)100倍，繼續(xù)增加稀釋倍數(shù)，定量不確定度將顯著增加。因此嘗試減少取樣量，縮減至0.5 g仍存在上述問題，縮減至0.1 g時(shí)硝酸-高氯酸（4∶1）10 mL浸泡過夜后消化得到略帶黃綠色澄清溶液，消化完全；消化液定容250 mL后測(cè)定鎘濃度，6份平行樣品溶液濃度范圍為0.194～0.219 μg/L，重復(fù)性好（RSD=5.34%），符合準(zhǔn)確定量要求?？梢?，取樣量0.1 g易于消化完全，樣品溶液濃度符合方法線性范圍，且能確保取樣的代表性，因此將取樣量確定為0.1 g。

3.2 樣品前處理方法選擇

濕消解法可將0.1 g樣品消化完全，但需使用高氯酸且消化時(shí)間長(zhǎng)。用微波消解代替濕消化可提高前處理效率，處理一批川芎粉末樣品（6個(gè)）可縮短消化時(shí)間2 h，采用微波消解可避免使用高氯酸。微波消解程序的優(yōu)化應(yīng)同時(shí)考慮鎘受熱（超過300 ℃）揮發(fā)性質(zhì)及消化所需能量條件，通過試驗(yàn)優(yōu)化確定消解最高溫度180 ℃，確定“1.2.1”微波消解程序。該條件下消解0.1 g樣品可得到澄清透明溶液，樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)得到回收率96.0%～109.6%。說明采用微波消解在該消解程序下能將0.1 g川芎樣品消解完全，且不造成鎘揮發(fā)損失，保證測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性。

3.3 基體改進(jìn)劑的選擇及石墨爐升溫程序優(yōu)化

由于鎘受熱（超過300 ℃）揮發(fā)，最初石墨爐升溫程序設(shè)置為干燥120 ℃、灰化250 ℃、原子化1 800 ℃，該條件下平均加標(biāo)回收率為63.3%（表1）。說明川芎樣品經(jīng)微波消解在該方法條件下檢測(cè)鎘含量仍存在嚴(yán)重基體干擾，需要通過提高灰化溫度增強(qiáng)方法基體凈化能力。使用基體改進(jìn)劑提高鎘的氣化溫度，同時(shí)調(diào)整石墨爐升溫程序提高灰化溫度。磷酸/磷酸鹽基體改進(jìn)劑是適合于鎘檢測(cè)的基體改進(jìn)劑，PO3+4可與鎘生成難揮發(fā)磷酸鎘，不同基體中灰化溫度可提高至500～800 ℃[11]，同時(shí)H+、NH+4等可與Cl-等鹵族離子生成易揮發(fā)化合物，減小干擾。該研究將灰化溫度提高至550 ℃，同時(shí)通過加標(biāo)樣品回收試驗(yàn)比較了磷酸二氫銨與磷酸作基體改進(jìn)劑對(duì)方法準(zhǔn)確度的影響。由表1可見，相比磷酸二氫銨，磷酸作為基體改進(jìn)劑樣品加標(biāo)回收率更好，即磷酸作基體改進(jìn)劑測(cè)定川芎中鎘含量可獲得更高的準(zhǔn)確度，因此選擇磷酸作基體改進(jìn)劑。

4 結(jié)論

該研究通過對(duì)樣品前處理方法條件及石墨爐原子吸收測(cè)定條件的全面優(yōu)化，建立了測(cè)定川芎中鎘含量的微波消解-石墨爐原子吸收方法。結(jié)果表明，方法檢出限為0.08 mg/kg，線性范圍為0.08～2.00 μg/L，日內(nèi)精密度的RSD為0.2%～6.5%；測(cè)定5個(gè)種植區(qū)域的川芎樣品共48份的加標(biāo)樣品回收率為96.0%～109.6%。由此可見，該方法檢出限低于我國(guó)限量標(biāo)準(zhǔn)，精密度、準(zhǔn)確度均符合微量成分定量檢測(cè)的方法要求。該方法應(yīng)用于大量川芎樣品鎘含量的測(cè)定，適應(yīng)性良好，分析結(jié)果穩(wěn)定、高效、成本可控，是川芎中鎘含量測(cè)定的良好方法，可推廣于其他中藥材中鎘含量的測(cè)定。

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