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粮食中镉含量测定方法初探以石墨炉原子吸收分光光度计法为例
时间:2018-11-24 点击次数:830

笔者长期从事粮食中镉污染检验工作,大量实践经验表明,虽然原子吸收仪的品牌、型号各不相同, 但应用原理、结构大致相同。本文以石墨炉原子吸收分光光度计法对粮食中镉的含量的检测为例进行说明,发 现试样前处理、试剂空白、使用试剂、回收实验及在操作过程中的对仪器的处理等对检测结果均会产生直接影响。 为确保检测结果准确性,本文对检测过程中影响检测结果的各注意事项进行了分析总结,希望能对从事镉污染 检测工作的人员提供理论指导和借鉴。

镉(Cd)是一种与锌共存的有毒化学元素,自然界 存在镉(Cd)的单质,大多是化合态 [1]。在空气中,镉 的含量极低,含量低于 0.003 μg/m3 ,镉在水中的含量也 很低,含量低于 10 μg/L,在土壤中含量大一些,低于 0.5 mg。研究表明,低浓度的镉对人体健康没有影响 。

不过由于生产力的发展,工业化大生产成为时代 的特征,给人类带来物质极大富足的同时,也给人类 带来各种环境污染,像镉这种有毒元素就通过风力和 废水污染了农田,进而污染了食物和环境 [3]。加之镉 的共生性和含镉化合物溶解困难,容易富集于生物体内,作为生物链上的一环,人体中的镉代谢较慢就会造 成镉浓度过大,出现慢性中毒,患上医学上的“痛痛病”, 轻者牙齿黄斑、骨质软化、全身疼痛,严重甚至会出现 嗅觉丧失或自然骨折,医学专家通过研究证明,这些症 状就是因为镉在体内蓄量过大引发了肝、肾慢性中毒和 钙吸收困难出现的 [4]。自 1955 年日本富山发现镉 污染的骨痛病以来,世界各国对镉过量造成的污染和危 害给予了关注。因此对镉含量的检验就成了预防镉污染 的重要手段 [5]。笔者长期从事镉污染检验工作,有丰富 的实践经验,积累了一些心得和体会,本文就从湿式消 解法和运用石墨炉原子吸收光谱法(以下简称石墨测定 法)测定的角度探讨粮食中的镉检测注意事项与对策。

1 湿消解法和石墨法原理 研究发现,经过消解法消化的样品,赶走酸后, 注入分光光度计石墨炉,经电热原子化吸收 228.8 nm 共振线,把浓度设置在一定范围内,吸收的共振线数 值和镉的浓度呈正比例关系。将其吸收值与标准系列 进行定量比较,依照镉标准曲线查样品中镉的浓度, 就可以计算出镉的含量。

2 镉含量的测前准备工作 在 镉 污 染 检 测 前, 要 进 行 样 品 消 化, 在 检 测 前 样 品 消 化 的 方 法 有 很 多, 但 是 依 照 国 家 标 准 (GB/T5009.15-2003)法石墨炉原子吸收光谱法, 现在大多采用压力消解法对样品进行消解。笔者在实 践中发现,运用这个方法,需要做好如下准备工作。

2.1 选择加酸过程的处所或位置 因为添加的试剂如硝酸,腐蚀性很强,如果操作不 当,极易发生危险。并且在此过程中,由于酸的挥发性, 硝酸会形成大量的酸性雾气,对实验者的呼吸系统造成 极大的伤害,所以加酸一定要在通风橱中进行。

2.2 样品消解要彻底 用原子吸收法测定镉的含量,由于灵敏度较高, 消解时如果不彻底,就会影响镉含量的测定。所以消 解的样品必须达到澄清透明。要达到这个标准,笔者 认为需要注意两点。

2.2.1 消解温度要适当 温度过高,消解的样品会被烧干,温度过低,样品消解就不完全,这会影响镉含量测定的准确率。

2.2.2 分阶段控制温度 消解开始的 1 h 内,温度要控制在 100 ℃以内, 1 h 以后继续消解 3 h,这时温度要增加,但要控制在 130 ℃以内。

2.3 消化液的酸浓度不能过高 消化液澄清透明后需要赶酸,但消化液酸度过大 对镉检测结果影响较大,中对石墨管的损害特别大, 因酸浓度要适宜,一般控制在 0.5 mol/L 以下。另外赶 酸应在 160 ~ 180 ℃慢慢加热,以防由于高温导致镉 的挥发减少,使测定出现误差。当消化液澄清透亮且 只剩 0.5 ~ 1 mL 时,赶酸结束。同时还要注意,赶酸 前要用去离子水清洗压力消解罐内罐的盖子,然后放 入内罐同时赶酸,以保证测定结果的准确率。 3 粮食中实现镉含量检测率提高的 相关对策 3.1 降低试剂空白度 实践证明,要提高镉检测的准确率,就要严格控 制污染,降低试剂空白度。为了降低试剂空白度,需 要注意这三点。 3.1.1 实验用水要符合国家标准 实验用水应当符合 GB/T6682-2008 分析实验室用 水规格和试验方法二级水的要求。 3.1.2 试剂尽量选用酸 酸纯度高,检测时空白度就低;如果达不到 要求,就应该进行纯度提升。但是要避免提纯时的二 次污染。 3.1.3 仪器和设备要洁净 实验过程中,使用的所有玻璃仪器都要用(1+5) 的硝酸液浸泡一夜,先用水冲净,再用去离子水冲洗 干净。其他设备也尽量保持不受污染。 3.2 避免进样针污染 进样针清洗不及时就会造成污染,导致进样堵塞, 样品进入石墨管不完全,使检测结果的准确率降低。 因此每次测试完毕,都应该先用无水乙醇清洗或者 (1+5)的酸液浸泡,再用清水清洗,后通过去离子 水清洗保持洁净。在日常维护中,一月一开机,一开机一清洗,检测前后也要清洗保洁。另外,如果进样 管内出现气泡,就要注意及时加水,否则样品进入量 偏低也会影响检测准确率。 3.3 注重石墨管的选用及使用频率 标准高密度和热解涂层石墨管是目前进行含量测 定时两种类型,其中热解涂层类在检测分析时灵敏度 高,但在测定易挥发元素和标准高密度类差别不大, 而且标准高密度类广泛适用于水溶液和有机溶用,因 此在镉测定时选用标准高密度类石墨管性价比高。 灵敏度和精密度都能达到要求。 石墨管在多次加热以后,会在进样孔形成积碳结 块,从而导致孔道变小。加入的样品进入不了管壁内。 同时由于多次加热,管壁会越烧越薄,管道实际值增大, 样品吸收值偏低,检测结果就会相应偏高,所以为了 保证检测的准确度,石墨管在使用达到 800 次左右时, 就应该及时更换。 3.4 妥善保养石墨帽与锥部 为了保证检测的准确性,石墨管需要清洗,石墨 帽与石墨锥上的积碳也要清洗。如果检测标样偏低, 在排除石墨管烧坏这个原因以后,可以检查石墨帽和 锥是否出现积碳,需要清洗。清洗时可取医用棉签蘸 一点进行清洗。另外建议每次更换石墨管时都进 行一次石墨炉膛的清洗。 3.5 做好石墨炉透镜的维护工作 石墨炉膛内存在一个由加热高温到低温冷却的循 环过程,其中石墨由于还原性强,会产生积碳,同时 待测物质发生灰化时会产生烟雾,积碳与产生的烟雾 会在炉膛内的透镜附近凝结,长时间不进行清理的话, 炉膛底部位置的光控温镜会受到积碳干扰,失去控制 温度的能力,导致石墨管被烧断。另外由于待测物质 产生的灰化物质凝结在透镜上面,有一部分光路会被 挡住,增加了额外的负高压,由于加热和塞曼的震动, 积碳也可能随之震动,使仪器噪音变大。如果有异物 挡住镜片或镜片起雾结水,就会导致原子吸收值变低, 这时可以用吹风机或擦镜纸进行处理。

3.6 清洗检测容器并配制标准溶液 要想检测达到效果,就必须及时清洗检测容器。因为原子吸收效果好的重要条件之一就是容器洁净, 一般情况下,可以先把容器放用硝酸(1+5)浸泡 24 h, 然后用清水洗净,后用纯水清洗后晾干。这时要注 意及时更新使用的硝酸溶液。 此外,要想减少或控制误差,就应该科学配制吸 光度值在 0.1 ~ 0.6、标准曲线为 5 个点的标准溶液, 如果温度适宜,或者把配制好的溶液放进冷柜,在一 个月内使用,不影响吸收值,但是现配现用,标 准曲线的线性与样品的测定值要保持一致。配液的硝 酸必须是同一厂家、同一批次,使用的去离子水应该 出自同一超纯水机,空白和样品所用的保持一致,并 且酸度也应该一致,如果做到这些,就能把误差控制 在同一水平。

3.7 加标回收实验提高检测率 加标回收是为了检查样品前处理是否合格,检测 过程是否受到干扰。通常加入的待测物质量要和镉的 含量相近,然后和样品一同进行前处理和测定。待测 物质回收率标准在 80% ~ 100%,如果低于 80%,则 表明本次检测不合格。 4 结语 可以看出,唯有在实验检测过程中充分做好相关准 备工作并在检测过程中细化操作才能够切实提高检测的 率,避免由于操作失误而出现检测数据不客观的现 象,这对于后期以镉为代表的重金属污染检测提供了新 的路径,为数据的性提供了理论与实践保障。

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