微波消解–火焰原子吸收分光光度法测定大米中金属元素的含量

The Element Determination of Rice with Microwave Digestion and Flame Atomic Absorption Spectrophotometry

摘要: 利用火焰原子吸收分光光度计测定了大米中金属元素的含量，采用HNO₃-H₂O₂酸体系消解样品，优化了微波消解条件和仪器工作参数，测定结果为食用大米提供基础数据。

Abstract: The content of different metal elements in rice was determined by Flame Atomic Absorption Spectrometry (AAS), and the samples were digested with microwave irradiation in HNO₃-H₂O₂ acid system. The microwave dissolving conditions and instrument working parameters were optimized. The measurement results provide basic data for the consumption of rice.

1. 引言

水稻是我国的主要粮食作物，全国60%以上的人口以大米为主食 [1] ，大米中重金属元素的含量与其种植的土壤有很大关系，土壤中的重金属被水稻吸收后，通过大米或米制品进入食物链，会进一步对人体健康造成严重的危害。因此，快速测定大米中的重金属含量，对于消费者的健康、土壤的污染程度评价及稻米的销售有着重要的实际意义。

目前，大米中重金属含量的测定方法主要有原子荧光光谱法(AFS) [2] 、原子吸收分光光度法(原子吸收光谱法，AAS) [3] [4] 、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)等 [5] [6] 。在大米样品的前处理中，消解的方法有干灰化消解、湿法消解、高压罐消解、微波消解 [7] [8] 等。其中，微波消解法具有样品用量少、消解高效快速、可避免待测元素的污染和损失等特点 [9] 。

本文以市售大米为研究对象，用微波消解法进行样品前处理，采用微波消解–火焰原子吸收分光光度法，对大米中的金属元素Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd含量进行测定，为大米的进一步开发利用提供参考数据。

2. 实验部分

2.1. 仪器与试剂

日立Z-2000原子吸收分光光度计，备有Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd空心阴极灯(日本日立公司)；XH-800B型智能温压双控微波消解仪(北京祥鹄科技发展有限公司)，XH-8012消解赶酸器(北京祥鹄科技发展有限公司)。Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb浓度均为100 μg/mL，Mn、Cd浓度均为1000 μg/mL的标准储备液，有证标准物质(中国计量科学研究院国家标准物质中心)；所用试剂均为优级纯；水为二次蒸馏水。

2.2. 样品前处理—微波消解

称取0.3000克粉碎均质后的大米样品，放入微波消解专用的聚四氟乙烯内罐中，加入5 mL硝酸和2 mL双氧水，最后加入3 d浓硫酸；再将内罐放在PEEK外罐中，按表1微波消解程序进行消解。消解完毕后冷却至室温。将盛放消解液的内罐放在赶酸器中赶酸，设置130℃，加热消解液赶酸至近干(剩余体积约0.5 mL)，冷却；用二次蒸馏水转移消解液于100 mL容量瓶中定容，待测。同时做空白试验。

2.3. 混合标准溶液

分别取适量的标准储备液，Cu、Fe、Zn、Co、Ni、Pb浓度均为100 μg/mL，Mn、Cd浓度均为1000 μg/mL。按表2配制混合标准工作溶液。

2.4. 仪器工作条件

采用标准燃烧头，原子吸收分光光度计工作条件见表3 [10] 。

3. 结果与分析

3.1. 方法的线性关系及检出限

以元素的吸光度(A)为纵坐标，以元素浓度(μg/mL)为横坐标绘制工作曲线，并计算标准曲线回归方程及相关系数见表4，得到的标准曲线表明，金属元素浓度在测定过程中线性关系良好，相关系数均大于0.99，满足定量分析要求。

3.2. 精密度和回收率试验

称取样品溶液，每个样品溶液做3次平行试验，测定结果见表5。由表5可知，加标回收率在90.8%~102.6%之间，相对标准偏差<5%。

3.3. 大米样品的测定

3.3.1. 元素含量的计算公式

$M=c\ast v/w$

式中M：元素含量(mg/kg)，c：曲线获得浓度(μg/mL)，v：定容体积(mL)，w：取样量(g)。

Table 1. Microwave digestion program

表1. 微波消解程序

Table 2. Mixed standard solution concentration (μg/mL)

表2. 混合标准工作溶液浓度

Table 3. The optimal working parameters of apparatus

表3. 最佳仪器工作参数

Table 4. The regression equation and correlation coefficients

表4. 回归方程及相关系数

Table 5. Precision and recovery rate experiment

表5. 回收率与相对标准偏差(n = 3)

3.3.2. 大米样品中元素含量的测定

选取3种市售大米，按照所选定的仪器工作参数和方法条件，将采用微波消解法处理完成的大米样品(见2.2)用火焰原子吸收法进行测定，其中8种金属元素的测定结果见表6。结果显示，大米样品中含有丰富的铁和锌，同时也含有锰和铜等人体必需的微量元素。其中Fe含量为45.2~60.1 mg/kg，Zn含量

Table 6. Measured results of metal elements in rice

表6. 大米中金属元素含量的测定结果(mg/kg)

为13.5~43.2 mg/kg，Cu含量为12.8~24.0 mg/kg，Mn含量为7.91~15.6 mg/kg，另外，大米中还含有微量的钴、镍、铅，即不同的大米金属元素的含量稍有差别。重金属元素铅的含量低于国家标准(铅 ≤ 0.2 mg/kg)。镉元素在本次测试中未能检测到(另用石墨炉法可测定大米中的镉元素)，说明镉的含量低于本次实验的检测限，低于国家标准(镉 ≤ 0.2 mg/kg)。

4. 结论

本研究建立了微波消解–火焰原子吸收分光光度计测定大米中8种金属元素Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd的测定方法，分析速度快、线性范围宽。测定结果显示，Fe含量为45.2~60.1 mg/kg，Zn含量为13.5~43.2 mg/kg，Cu含量为12.8~24.0 mg/kg，Mn含量为7.91~15.6 mg/kg，另外，大米中还含有微量的钴、镍、铅，即不同的大米金属元素的含量稍有差别。重金属元素铅的含量低于国家标准(铅 ≤ 0.2 mg/kg)。大米样品经过微波消解后可同时测定8种元素，测定结果具有较高的准确性和灵敏度。本方法适用于大米中Cu、Fe、Zn、Mn、Co、Ni、Pb、Cd金属元素的同步测定。