微波消解-原子熒光光譜法測定云南食用玫瑰中重金屬元素

張艷，王琦，陳也然，夏清海，徐芳

（昆明醫(yī)科大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院，云南昆明650500）

食用玫瑰是薔薇科薔薇屬落葉直立灌木，原產(chǎn)于中國，其香氣甜潤、花期長、花色鮮艷，含有豐富的氨基酸、維生素、單寧酸、香葉醇和多種微量元素，具有通經(jīng)活絡(luò)，行氣活血，促進新陳代謝，調(diào)整人體內(nèi)分泌，美容養(yǎng)顏等功效，具有較高的觀賞和藥用價值[1-2]。當(dāng)前，隨著人們對食用玫瑰中有效成分的深入研究，食用玫瑰產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，其種植生產(chǎn)前景廣闊。2014 年，云南省食用玫瑰種植面積超過2 000 hm2，成為中國食用玫瑰主要栽培地區(qū)[3-4]。

近年來，食品中重金屬元素超標(biāo)問題屢見報道，引起了社會的廣泛關(guān)注。食用玫瑰在種植過程中，通過外源性污染源包括水、空氣、土壤、農(nóng)藥、化肥等會對其造成直接或間接的污染，同時在后續(xù)加工處理過程中也可能引入重金屬，從而影響人體健康。因此，為了充分了解食用玫瑰重金屬的潛在風(fēng)險，對其重金屬含量進行檢測評估是十分必要的。

當(dāng)前，重金屬元素檢測方法主要包括分光光度法[5-6]、熒光法[7]、原子吸收法[8-10]、電化學(xué)法[11-12]等，其中氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法[13-19]因具有靈敏度高、選擇性好等特點，而被廣泛應(yīng)用于食品和環(huán)境監(jiān)測領(lǐng)域[20-23]。同時，傳統(tǒng)樣品前處理方法主要采用干法灰化和濕法消化，但方法繁瑣費時，易使樣品揮發(fā)損失和污染，使其應(yīng)用受到了限制。微波消解作為新型樣品前處理方法，主要通過試樣中極性分子吸收儀器發(fā)射的微波產(chǎn)生分子間的摩擦碰撞，分子總能量升高，從而使試樣完成消解。相較于傳統(tǒng)方法，微波消解具有耗時短，試劑用量少，避免處理過程中樣品揮發(fā)損失和污染，消解效率高的特點，從而能提高分析的靈敏度和準(zhǔn)確度。

本研究采用微波消解對云南某市6 個村食用玫瑰樣品進行消解，用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法對食用玫瑰樣品中的As、Pb 和Hg 3 種重金屬元素進行了檢測，以期為食用玫瑰中重金屬元素檢測提供新的方法，并為食用玫瑰的質(zhì)量評估提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

1.1.1 試驗儀器

AFS-3100 型雙道原子熒光光度計：北京科創(chuàng)海光儀器有限公司；砷、汞、鉛空心陰極燈：北京有色金屬研究總院；XT-Ⅲ型壓力自控密閉微波溶樣儀：上海新拓分析儀器科技有限公司；ML-3-4 型可調(diào)式電加熱板：北京市永光明醫(yī)療儀器有限公司；EL204 型電子天平：梅特勒-托利多儀器有限公司；JJ-2 型組織搗碎機：上海雙捷實驗設(shè)備有限公司。

1.1.2 試驗試劑

As、Pb、Hg 的單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg/mL 國家鋼鐵材料測試中心鋼鐵研究總院；硝酸、硫酸（優(yōu)級純）：北京化學(xué)試劑工廠；硫脲、鐵氰化鉀（分析純）：成都化學(xué)試劑廠；抗壞血酸、硼氫化鉀（分析純）：天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；重絡(luò)酸鉀（分析純）：北京紅星化工廠；過氧化氫（分析純）：上海聯(lián)試化工試劑有限公司；草酸（分析純）：上海試劑四廠；試驗用水均為去離子水。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品的采集

樣品取自云南某市6 個村，在食用玫瑰盛花期選擇生長狀態(tài)良好的健康植株，采用隨機抽樣方式采集玫瑰花瓣，分別放入樣品袋中，于4 ℃下低溫保存。

1.2.2 樣品預(yù)處理

用組織搗碎機粉碎玫瑰花，精確稱取0.4 g 玫瑰花樣品于聚四氟乙烯內(nèi)存杯中，加水濕潤，加入5 mL 濃硝酸，搖勻，置于電加熱板上于100 ℃預(yù)消解30 min，至棕色氣體消失停止加熱，待冷卻后蓋上密封蓋，裝入消解罐，將消解罐置于微波消解儀反應(yīng)轉(zhuǎn)子上按設(shè)定的程序進行消解，微波消解儀在使用前預(yù)熱20 min。微波消解程序運行結(jié)束后，待儀器顯示屏上氣壓為0，溫度低于60 ℃時，取出消解罐。待消解罐冷卻至室溫時，開啟消解罐，取出內(nèi)存杯于電熱板上100 ℃趕酸至溶液剩余約0.5 mL 左右取下。同時做樣品空白試驗。微波消解最佳分析條件，見表1。

表1 微波消解條件Table 1 The conditions of microwave digestion

1.2.3 樣品測定

待冷卻后用少量去離子水將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，加入濃鹽酸1.25 mL，100 g/L 硫脲-抗壞血酸溶液5.0 mL，用去離子水定容，搖勻，待測As。同時進行樣品空白試驗。

用少量去離子水將消化液轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶中，加入濃鹽酸0.25 mL，20 g/L 草酸0.5 mL 和100 g/L鐵氰化鉀2.5 mL，搖勻，待測Pb。同時進行樣品空白試驗。

將消化液用少量去離子水轉(zhuǎn)移至25 mL 容量瓶中，加入濃鹽酸1.25 mL，用去離子水定容，搖勻，待測Hg。同時進行樣品空白試驗。

取微波消解樣品稀釋液5 mL 至離心管中，在載流溶液為5%濃度的鹽酸溶液，還原劑為2%濃度硼氫化鉀和0.5%濃度氫氧化鈉溶液的條件下，用原子熒光光度計結(jié)合標(biāo)準(zhǔn)曲線測定樣品中3 種重金屬的含量。

1.2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

取 As 標(biāo)準(zhǔn)使用液 1 μg/mL 于 100 mL 容量瓶，加入5%硫脲-抗壞血酸溶液20 mL，用5%濃度的鹽酸溶液稀釋定容。As 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度梯度分別為1.0、20、40、60、80、100 μg/L。

取 Pb 標(biāo)準(zhǔn)使用液 1 μg/mL 于 100 mL 容量瓶，各加入10%鐵氰化鉀溶液10 mL，2%草酸溶液2 mL，濃鹽酸1 mL，用去離子水稀釋定容。Pb 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度梯度分別為 1.0、5.0、10、20、40、80 μg/L。

取 Hg 標(biāo)準(zhǔn)使用液 0.1 μg/mL 于 100 mL 容量瓶，用5%濃度的鹽酸稀釋定容。Hg 標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度梯度分別為 0.4、0.8、1.6、3.2 、6.4、10 μg/L。

取上述所配溶液5 mL 至離心管中，原子熒光光度計預(yù)熱30 min，按儀器工作條件進行設(shè)定，測定溶液熒光強度，分別繪制As、Pb、Hg 元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.2.5 儀器工作條件

原子熒光光譜法測定金屬元素對于儀器工作條件的優(yōu)化直接影響到測定結(jié)果的靈敏度和準(zhǔn)確度，經(jīng)過對儀器條件優(yōu)化，結(jié)果表明，各元素最佳測定條件見表2 和表3。

表2 原子熒光光度計的工作條件Table 2 The conditions of atomic fluorescence spectrometer

表3 斷續(xù)流動程序Table 3 The conditions of intermittent flow

2 結(jié)果與分析

2.1 微波消解條件的選擇

首先考察不同類型消解劑對樣品處理的影響，比較鹽酸、硝酸和硝酸-過氧化氫3 種消解體系。采用各5 mL HNO3、5 mL HNO3+2 mL H2O2和 5 mL HCl 在消解時間2 min，壓力2 MPa 條件下分別對樣品進行處理，結(jié)果發(fā)現(xiàn)鹽酸不能完全消解樣品。將消解時間縮短為1 min，采用相同方法比較5 mL HNO3與5 mL HNO3+2 mL H2O2對樣品消解情況，試驗發(fā)現(xiàn)在相同試驗條件下，兩種消解劑均能使樣品消解完全，且消化液均清亮透明，考慮到節(jié)約試劑的因素，采用HNO3作為消解劑。其次，對HNO3作為消解劑的用量進行了優(yōu)化，結(jié)果見圖1。

樣品消解過程中，隨著HNO3加入量增加，樣品溶液中As、Pb、Hg 的熒光強度隨之增高，同時考慮到微波消解儀對樣品與消解劑體積規(guī)定為5 mL 以下，總體積過大會使消解液溢出，導(dǎo)致樣品損失，因此本試驗選擇5 mL HNO3作為消解劑。

圖1 硝酸用量條件優(yōu)化Fig.1 Optimization of nitrate dosage conditions

2.2 線性范圍

在優(yōu)化試驗條件下，按表2 和表3 儀器工作條件進行測定，考察As、Pb、Hg 元素的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍和相關(guān)系數(shù)（見表4），在一定的濃度范圍內(nèi)，元素濃度和熒光強度呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系。

表4 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線線性范圍及相關(guān)系數(shù)Table 4 Linear range and correlation coefficient of standard operating curve

2.3 精密度試驗

按照儀器工作條件和樣品前處理條件分別對4.0 μg/L As 標(biāo)準(zhǔn)溶液、20 μg/L Pb 標(biāo)準(zhǔn)溶液、1.2 μg/L Hg 標(biāo)準(zhǔn)溶液進行重復(fù)11 次的測定，根據(jù)所測得的熒光強度值見表5。

表5 精密度試驗結(jié)果表（熒光強度）Table 5 Precision experimental results table（fluorescence intensity）

計算相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（relative standard deviate，RSD），得到 As、Pb、Hg 的 RSD 分別為 3.3%、1.5%、1.3 %，測定結(jié)果RSD 均小于5.0%，說明該方法精密度較高。

2.4 檢出限試驗

以連續(xù)11 次測量空白溶液的熒光強度值見表6。

表6 空白溶液熒光強度值測定結(jié)果Table 6 Determination of fluorescence intensity value of blank solution

計算其標(biāo)準(zhǔn)偏差（standard deviate，SD），根據(jù)公式DL=3×SD/K，K 為工作曲線斜率，計算得到 As、Pb、Hg的檢出限分別為 0.005 3、0.022 7、0.007 9 μg/L。

2.5 重復(fù)性試驗

平行稱取食用玫瑰樣品6 份，按照樣品前處理方法和原子熒光檢測方法，在試驗優(yōu)化條件下測定樣品中As、Pb 和Hg 元素的熒光強度見表7。

表7 重復(fù)性試驗結(jié)果表（熒光強度）Table 7 Repetitive experimental results table（fluorescence intensity）

As、Pb、Hg 的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為 5.0%、4.3%、4.6%，從數(shù)據(jù)的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差可以看出，本方法具有良好的重現(xiàn)性。

2.6 加標(biāo)回收率試驗

準(zhǔn)確稱取玫瑰花樣品9 份，每份質(zhì)量為0.4 g，分別向其中各加入濃度為 0.180 0、0.120 0、0.060 0 μg/g的3 種元素的標(biāo)準(zhǔn)溶液，并以此樣品溶液進行加標(biāo)回收率試驗，按“1.2.2”方法平行制備樣品后，按“1.2.3”條件對樣品中As、Pb、Hg 進行測定，根據(jù)測定結(jié)果計算加標(biāo)回收率，結(jié)果見表8。

表8 加標(biāo)回收率試驗結(jié)果Table 8 Recovery experimental results

結(jié)果表明，樣品中As、Pb、Hg 的回收率為99.2%～105.2%、90.2%～103.5%、95.7%～99.0%，樣品的加標(biāo)回收率在85.0%～110.0%之間，滿足分析檢測質(zhì)量控制要求。

2.7 樣品測定

按照微波消解優(yōu)化條件對云南某市6 個村的樣品進行處理后，采用原子熒光光譜儀最佳測定條件對食用玫瑰樣品中的As、Pb、Hg 3 種重金屬元素進行測定，結(jié)果見表9，試驗所測云南某市食用玫瑰重金屬As、Pb、Hg 的含量分別為 0.016 mg/kg～0.113 mg/kg、0.225 mg/kg～0.308 mg/kg、0.000 2 mg/kg～0.001 2 mg/kg之間。

表9 樣品重金屬含量測定結(jié)果（n=3）Table 9 Determination of heavy metal content in samples（n=3）

通過對6 個村食用玫瑰重金屬元素As、Pb、Hg 含量的測定，可以得到不同地區(qū)食用玫瑰重金屬元素含量之間的差異。經(jīng)過Kruskal-Wallis 檢驗發(fā)現(xiàn)，6 個村食用玫瑰樣品As 含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（H=15.940，P＜0.05），其中 B 村食用玫瑰 As 含量為 0.113 mg/kg，在6 個村中含量最高。對Pb 含量進行比較發(fā)現(xiàn)，6 個村食用玫瑰樣品Pb 含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（H=15.623，P＜0.05），D 村食用玫瑰 Pb 含量在 6 個村中最高，含量達0.308 mg/kg，同時6 個村食用玫瑰樣品Hg含量差異有統(tǒng)計學(xué)意義（H=13.879，P＜0.05），6 個村中Hg 含量最高的地區(qū)是C 村，含量為0.001 2 mg/kg。

以GB2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》[24]新鮮蔬菜重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)（見表10）作為參照，對測定結(jié)果進行比較。6 個村食用玫瑰Pb 含量均超過標(biāo)準(zhǔn)限值，而其它元素含量均低于新鮮蔬菜中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)。Pb 是人體非必須元素，一旦鉛通過食物、環(huán)境等進入人體后很難再排出體外，即使微量攝入也會損害人體神經(jīng)、免疫和消化等系統(tǒng)，并具有致癌性[25-26]。因此食用玫瑰中Pb 含量超標(biāo)是需要引起重視的問題。

表10 食品中重金屬限量標(biāo)準(zhǔn)Table 10 Standard for limits of heavy metals in food

3 結(jié)論

采用微波消解對食用玫瑰樣品進行前處理，建立了微波消解-氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定食用玫瑰中的重金屬元素As、Pb、Hg 的方法。通過對微波消解過程的優(yōu)化，包括消解劑的選擇和消解劑的用量，確立了樣品前處理最佳條件，同時對測定方法學(xué)進行了考察，采用本方法測定食用玫瑰中As、Pb、Hg 操作簡便，儀器價格便宜，靈敏度高，該方法的精密度、準(zhǔn)確度和回收率均能滿足食用玫瑰重金屬元素As、Pb、Hg的檢測要求，有望用于測定金雀花、苦刺花、棠梨花等食用花卉的重金屬元素。