高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铅、镉和铬含量
2023-12-30
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第3 2卷,第9期 2 0 1 2年9月 光谱Spectroscopy and Spectral Analysis 学与光谱分析 Vo1.32,No.9,pp2566—257l September,2012 高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法测定食品中铅、镉和铬含量 任 婷,赵丽娇 ,曹 琚,钟儒刚 北京工业大学生命科学与生物工程学院,北京100124 摘要使用高分辨连续光源石墨炉原子吸收光谱法对谷类、蔬菜、饮品、海产品和乳制品五类共22种常 见食品中的重金属元素铅、镉和铬进行了研究。建立了样品预处理、样品消解和定量分析的实验方法,得到 了良好的分析精密度(RSD一1.3 ~4.9 )和回收率(95.1 ~1O4.6 )。结果表明,茶叶中的铅和贝类中 的铬含量远远大于其他食品,小米、韭菜和贝类中的镉含量较高。本研究为食品中重金属的检测建立了可靠 的定量分析方法,为推动食品质量安全相关标准的制定提供了实验依据;同时,根据测定结果得出的食品中 重金属含量的分布情况,对提高消费者的食品安全意识能够起到积极的引导作用。 关键词 连续光源石墨炉原子吸收光谱法;食品;重金属;定量分析 中图分类号:0657.3 文献标识码:A DOI:10.3964/j.issn.1000—0593(2012)09~2566—06 壤和蔬菜中铅和镉的含量高于距离较远的地区(5~10和1o 引 言 重金属元素广泛存在于食品及食品加工过程中,大多数 重金属对人体具有毒害作用,可在人体内累积,长期摄人会 危害人类身体健康,甚至导致疾病的发生。铅、镉和铬是食 品中可能存在的主要重金属元素,它们可导致人体呼吸系 统、消化系统和神经系统等多种器官和组织的损伤。例如, ~15 m)。刘浩等利用原子吸收光谱法测定了铁路周边土壤 中的铅、镉、锰、铜和锌等多种重金属元素的含量,结果表 明铁路周边土壤中铅和锰的含量比对照土壤有显著增加。 Bilandzic等l8 使用微波消解石墨炉原子吸收法(GFAAS)对 风尾鱼、鲭鱼、鲱鱼和黑棒鲈鱼中铅、镉、铜、汞和砷的含量 进行了研究,结果表明,不同种类鱼中重金属含量有显著的 差异,铅、镉、汞和铜的平均含量均远低于欧盟相关标准。 Strady等口]使用GFAAS法和ICP-MS法对牡蛎中的镉进行 了研究,通过测定海水、藻类和牡蛎组织中的镉含量,发现 牡蛎的镉污染主要来自海水的直接污染,而通过食物链产生 的污染量仅占1 。Grembecka等【1。l对市售咖啡中的铅、镉、 镍、铜和铬等l4种金属元素的含量进行了测定,结果表明咖 啡中的部分金属含量呈现明显的相关性,这为分辨咖啡品种 提供了依据。Qin等_11]利用AAS,ICP-AES和AFS法测定 了牛奶中的微量元素,结果表明,国产牛奶中铅、镉和铬的 含量虽符合国家标准的限定值,但却高于日本牛奶中的含 量。 铅可使人体神经系统和造血系统发生病变,并可导致儿童智 能发育障碍和行为异常[】]。镉对呼吸系统、消化系统及肺、 肾等器官产生损害,并可引发骨痛病和贫血等,还可诱发癌 症l2 ]。铬在环境及食物链中广泛存在和积聚,对人体呼吸 道、胃肠道、皮肤等产生损伤l4]。 随着人们对食品安全的重视以及仪器分析领域的进步, 原子发射光谱(AES)、X射线荧光光谱(XRF)、原子荧光光 谱(AFS)、原子吸收光谱(AAS)和电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS)等方法被广泛应用于食品中重金属的检测[5’63。其 中,原子吸收光谱法具有灵敏度高、分析精度好、选择性高、 测定元素种类多等优点,作为微量金属元素测定的首选方 法,近年来被广泛用于食品中重金属的检测。如用AAS法 测定了新疆大蒜中的铅、铬、镉等九种元素的含量,测定结 高分辨连续光源原子吸收光谱仪(high resolution contin— uLIm source atomic absorption spectrometer,HR-CS AAS)使 用高强度短弧氙灯作为连续光源,具有无需预热、元需空心 果表明大蒜样品中有益元素含量较高,而有害元素含量很 低。Sharma等_7]利用原子吸收光谱法检测了高速公路周围 土壤和蔬菜样本中铅和镉,数据表明距离公路0~5 m的土 收稿日期:2012—01—04。修订日期:2012—05—12 阴极灯、分辨率高和分析速度快等优点,近年来被广泛用于 食品中金属元素的检测。Nunes等[12J使用HR-CS从S法对 经微乳化处理的豆油、橄榄油和葵花籽油中铜、铁、镍和锌 基金项目:国家自然科学基金项目(20907002),北京市科技新星项目(2009B08)和北京市自然科学基金项目(8113031)资助 作者简介:任婷,女,1983年生,jE京工业大学生命科学与生物工程学院助教 e-mail:zhaoliiiao@bjut.edu.an e-mail:renting@bjut.edu.cn *通讯联系人 第9期 光谱学与光谱分析 中心,实验时稀释至所需浓度。 1.2方法 1.2.1样品制备 2567 含量进行直接测定,检测限分别达到0.12,0.62,0.58和 0.12 mg・kg_’;测定结果与ICP-AES法对微波消解处理的 样品测定结果一致。dos Santos等[1。 使用固体进样HR-CS AAS法测定r粮食作物中的镉和铁含量,方法检出限为镉 0.6 g・kg~,铁0.5 mg・kg~;相对标准偏差为镉3~ 7 ,铁4~13 ;对三种粮食标准品的测定结果表明该方法 具有良好的准确性。本工作使用HR-CS AAS对谷类、蔬菜、 饮品、海产品和乳制品五类共22种常见食品中的重金属元 素铅、镉和铬进行了测定。 需要进行预处理的样品按类别采取不同的预处理方式, 具体操作见表1。经预处理后样品粉末均准确称取0.5 g左 右,置于聚四氟乙烯消解罐中,加入7 mL HN03和1 n Hz 02,静置1 h,充分浸泡样品。密闭消解罐,置于消解仪中 进行微波消解,消解条件设置为功率1 000 W,10 rain升温 至190℃,190 oC保持3O rain,通风降温至45。C以后,将样 品从消解仪中取出。各样品和空白均做三组平行。消解完毕 1实验部分 1.1仪器与试剂 后,转移至烧杯,在温度为120℃电热板上加热赶酸,待样 品挥发至体积约为2 mL时,加入10 mL超纯水,待样品再 次挥发至体积约为2 mL时停止赶酸,用去离子水定容至5O mL。 ContrAA 700高分辨连续光源原子吸收光谱仪(德国 JENA公司),EH/EG电热板(美国LABTECH公司), ETHOSA微波消解仪(意大利EILEST0NE公司),ZM200 精细研磨机(德国RETSCH公司),PALL超纯水装置(美国 1.2.2检测条件 铅、镉和铬三种元素的检测波长分别为283.306、 228.802和357.869 nm。铅标准溶液浓度为0.0,15.0, 30.0,45.0,60.0和75.0/.tg・L~;镉标准溶液浓度为0.0, PALL公司),202一A数显电热恒温干燥箱(上海泸南科学仪 器联营厂)。 硝酸、双氧水、硝酸镁、磷酸二氢铵均为优级纯;实验 用水为去离子水。 4.0,8.0,12.0,16.0和20.0 btg・L~;铬标准溶液浓度为 0.0,2.0,4.0,6.0,8.0和10.0 ptg・L一。铅和镉的测定采 用1 A NH HzP04溶液为基体改进剂,铬采用0.1o Mg (NO3)z溶液为基体改进剂。三种元素测定的升温程序如表 2所示。 铅标准溶液(100 ptg・mL )、镉标准溶液(1 mg・ mL )、铬标准溶液(1 mg・mL ),均购自国家标准物质 Table 1 Pretreatments of different types of foods 样品类别 预处理方式 谷类 ## 去除杂质,研磨成粉(精细研磨机,转速8 ooo r・rain一1) 超纯水洗净样品,搅碎至成粘稠匀质浆状,放人恒温干燥箱中60 ̄70 oC温度下干燥12 ̄18 h后将干燥样品放入玛瑙研钵中 研碎成粉 将茶叶置于恒温干燥箱,60 ̄70℃下干燥3 h,玛瑙研钵研碎 将鲤鱼、带鱼、虾和贝类可食部分,分别放入均质机搅碎,使成均质化肉糜,放于恒温干燥箱中,60 ̄70℃下加热干燥l8~ 24 h。将干燥后海产品样品研磨成粉末(精细研磨机,转速8 000 r・rain ) 分别取100 mL鲜乳、酸奶;取约30 g奶酪放于恒温干燥箱中,60 ̄70℃下加热10 ̄12 h。将干燥后样品放于玛瑙研钵中研 磨使成均匀粉末 。、 饮品 盘 硝出I 扎唰明 Table 2 Heating program for the GFAAS 浓度(tLg・L );m为试样称取质量(g);V为样品溶液的总 体积(rnL);woA为样品烘干后与烘干前质量的百分比。 analysis of Pb,Cd and Cr 2结果与讨论 2.1消解条件的确定 国标【l¨。]中规定的消解方法主要包括湿法消解和微波 1.2.3数据处理 消解。湿法消解的缺点是酸用量大并且使用敞1:3容器操作, 会造成空白样品中元素的测定值偏高。采用微波消解,消解 过程在密封高压下进行,具有样品污染少、不易挥发、耗酸 采用上述工作条件对样品进行分析,根据仪器浓度示 值、取样质量以及定容体积计算样品中各元素的含量,计算 公式如下 量小、消解时间短等优势,能够显著降低空白值,从而保证 x一虹 77z 上UUU 测量结果的准确性。HN()3分解产生的N02有催化氧化的 能力,H 02在酸性介质中很容易分解产生高能态的活性氧, 两者配合使用可增强氧化能力,提高反应速度,有利于样品 的消解。本研究采用HNO。一H202(体积比7:1)混合液对样 式中,X为试样中铅、镉和铬的含量(mg・kg );C 为 待测样品中元素的浓度( g・L );co为空白样品中元素的 2568 光谱学与光谱分析 第32卷 0.030 爵警案 /3 蠹 Io叻声《 品进行微波消解,该消解体系应用于其他食品的消解,均得 Ba葛 到了澄清透明的消解液[1 。 8葛酱u ,d, 0IIBq10∞ 《 30gqlosq《 0.025 0.020 0.0l5 0.010 0.005 O 600 800 l o00 1 2o0 Temperature/ ̄ 0.035 0.030 0.025 0.020 0.015 0.010 0.005 O l 20o 1 300 1 400 l 500 l 6oo l 700 1 800 Temperature/*C Fig.1 Pyrolysis and atomizationtemperature curves ofPb l:No matrix modifier; 2,3,4:With 2,5,10“L 1 NH4HePO4 solution,respectively 400 500 600 700 800 900 Temperature/*C 0.025 三0.020 O.Ol5 0.01O 0.005 O 9oo 1 000 1 10O I 200 1 300 l 400 l 500 Temperature/*C Fig.2 Pyrolysis and atomizationtemperature curves ofCA 1:No matrix modifier; 2,3,4:With 2,5,10 ttL 1 NH4H2P04 solution,respectively 2.2测定条件的选择 灰化温度对于GFAAS测定数据的准确性有显著影响,如 加 咖 m :兮 0 如 灰化温度过高可能造成被测元素损失,灵敏度降低,重复性 变差;而灰化温度过低则会造成背景吸光值高[ 。原子化是 通过热分解使目标元素变成基态原子蒸气,合适的原子化温 度可使被测元素得到尖锐的吸收峰信号,并延长石墨管使用 寿命。因此,分别对灰化和原子化温度进行了优化。图l一 图3为三种元素灰化和原子化温度曲线图,铅、镉和铬三种 元素的最佳灰化温度分别为800,650和1 350℃;最佳原子 化温度分别为1 500,1 300和2 350 oC。基体改进剂(1 NH H2P04溶液和0.1 Mg(NO3)2溶液)的加入有效提高 了被测元素的热稳定性,减轻了基体干扰,吸光值明显增 大。如图1一图3所示,基体改进剂的加入量并非越多越好, 当加量为5 p.L时对应吸光值较高,而当加量为2和10 L时 吸光值均较加量5,uL时降低,这与文献报道的结果一致[1 。 l 8 口 o苎《 g ∞宅g暑。q《 O O 0 O O 0 O O O 0 ∞ m :宝 0.05 O l 000 1 100 1 200 1 300 l 400 l 500 l 600 Temperamr ̄*C 2 000 2 100 2 200 2 300 2 400 2 500 2 600 TempeIature,℃ iFg.3 Pyrolysis and atomization temperature cUrVES of Cr 1:No matrix modifier; 2,3,4:With 2,5,10 L 0.1 Mg(N()3)z solution,respectively 2.3标准曲线的绘制 经Aspect Cs软件计算得到的三种元素的标准曲线方程 列于表3,标准曲线如图4所示。比较线性和非线性方程的 相关系数,结果表明三种元素非线性方程的相关性均高于线 性方程。因此,所有样品测定过程中均采用非线性方法计算 三种元素的含量。 O O 第9期 光谱学与光谱分析 2569 Pb v=(O.007 7746+0.002 483 9x)/(1—0.000 778 9x) v一0.006 200 6+0.002 644 0x 0.999 6 0.999 2 CA v:(O.051 394 0+0.209 431 2x)/(1+0.079 483 5x) v一0.148 374 0+0.112 606 lx 0.998 7 0.949 1 0.999 9 Cr v一(0.002 589 7+0.015 281 8x)/(1+0.024 804 9x) 一0.007 289 7+0.011 660 7 0.989 2 Fig.4 Nonlinear standard Cnl-ves for Pb,Cd and Cr 2.4精密度与加标回收率 Table 4 Recovery and RSD for the determination OfPb.CdandCr 用带鱼样本进行铅、镉和铬三种元素的加标回收率实验 及精密度实验,验证方法的可靠性。每种样品均做三平行, 每个平行样品连续测定3次,计算加标回收率及相对标准偏 差(RSD)。计算结果如表4所示,RSD为1.3 ~4.9 ,回 Ⅱ e.Ⅱ .H e .N N N 收率为铅:96.7 ~98.9 ,镉:95.2 ~104.6 ,铬: 96.8 ~99.9 ,满足定量分析要求。 2.5样品的测定 瑚 m m 在最佳程序升温条件和基体改进剂加量下对五类共22 种食品(包括谷类:大米、小米、面粉、玉米;蔬菜:韭菜、白 菜、番茄、土豆、豆芽;饮品:咖啡饮品、咖啡粉、豆浆、果 汁、茶叶;海产品:带鱼、鲤鱼、虾、贝类;乳制品:鲜乳、奶 粉、奶酪、酸奶)中的铅、镉和铬含量进行了测定,测定结果 如图5所示。从图5可以看出,茶叶中的铅含量(1.548 mg ・标规定限量(O.1 mg・kg )两倍多;此外,咖啡粉、玉米和 kg叫)虽然处于国标规定的限量范围(≤5 mg・kg1)之 贝类中的铅含量较其他食品略高。小米、韭菜和贝类中的镉 含量高于其他食品,茶叶、面粉和豆芽中的镉含量也较高。 贝类中的铬含量明显高于其他食品,咖啡粉、大米、玉米、 小米、豆芽和茶叶中的铬含量也略高于其他食品。所有样品 内,但显著高于其他食品。肖新峰等_】9]用GFAAS法测定六 种茶叶中的铅含量为1.651~4.216 mg・kg_。,与本研究测 得的结果相近。豆芽中的含铅量为o.325 mg・kg~,超出国 0 f 0 。 §0 吾o 1 2 34 5 6 7 8 911131516 7189211Ol2142022 1.Fruitjuice;2.Soya-bean milk;3.Coffee drinks;4.Coffee;5.Tea leaves;6.Millet;7.Whole wheat lfour; 8.Comflour;9.Rice;l0.Cheese;11.Baggedjujubeyogurt;12.Baggedmi1l(:13.Milkpowder;14.Leek; 15.Chinese cabbage;16.Potato;17.Tomato;18.Bean sprout;19.Hairtail;20.Shellifsh;21.Carp;22.Shrimp Fig.5 Comparison oflead,cadmiuln and chromium contentsinfood determined by atomic absorption spectrometry 2570 光谱学与光谱分析 第32卷 的镉和铬含量均未超出国标限量。杨秀芳等 采用ICP- AES法测定茶叶中的镉,在随机抽取的4O个样品中,镉含 量在0.017 ̄0.138 mg・kg 之间,其结果与本实验测得的 茶叶中的镉含量(O.021 mg・kg )相近。 Table 5 Determination resultsofPb andCdinfoods compared 中重金属的限量标准,其中,豆芽中的铅含量(0.325 mg・ kg )超出国家标准和CAC标准限量值,鲜乳中的铅含量 (0.025 mg・kg )超出CAC标准限量值,其余指标均符合 国家标准和国际标准。国家标准和国际标准中大部分限量值 是一致的,比如大米、小米、玉米和面粉中铅的限量标准均 为0.2 mg・kg~,婴幼儿奶粉中铅的限量标准均为0.02 with the national and international stand ̄M'ds(mg・ kg- ) mg・kg~,各类蔬菜中铅和镉的国家标准和国际标准限量 值也一致。但通过比较可以发现,我国食品标准和国际标准 也存在一定差别:一方面,CAC和欧盟标准分类比较细致, 例如对不同种类果蔬罐头中的铅含量制定了一一对应的限量 值;将食用油脂划分为未加工橄榄油、精炼橄榄油、动物油、 植物油等。另一方面,CAC和欧盟标准对某些食品(如鲜乳 和鱼类)的限量标准比国家标准更为严格。 3结论 使用HR-CS AAS法测定了谷类、蔬菜、饮品、海产品 和乳制品5大类共22种食品中铅、镉和铬的含量,并将测定 结果与国家标准和国际标准进行了比较。结果表明,豆芽中 的铅含量显著超标,鲜乳中的铅含量超出CAC标准,其他 Nd:Not detected 食品中的铅、镉和铬含量均符合标准。我国的食品安全国家 标准中有关重金属含量的规定与国际标准相比,虽然大部分 限量指标保持一致,但也存在分类不够精细、限量不够严格 等问题。本研究所建立的分析方法为推动我国食品安全标准 将测定结果与我国《食品中污染物限量》(GB 2762— 2005)[ 、国际食品准则委员会(CAC)《食品中污染物和毒 素通用标准}}(Codex Stan 193,2010) 和欧盟食品污染限量 与国际水平接轨提供了依据;同时,得出的测定结果能够对 提高消费者的食品安全意识起到积极的引导作用。 标准(EC 629 2O08)[ 。 进行了比较。表5列出了部分食品 References [1]ZHANG Hal—feng,LU Hong-mei,LU Xin-guo(章海风,陆红梅,路新国).Food and Nutitrion in China(中国食物与营养),2010,8: 17. r 2]Rezende H C,Nascentes C C,Coelho N M M Microchem.J.,2011,97(2):l18. 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Determination of Pb,Cd and Cr in Food by High Resolution Continuum Source Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry REN Ting,ZHAO Li-jiao ,CAO Jun,ZHONG Ru-gang College of Life Science&Bioengineering,Beijing University of Technology,Beijing 100124,China Abstract The contents of lead,cadmium and chromium were determined for 22 kinds of foods including cereals,vegetables, beverage,sea foods and dairy products by using high resolution continuum source graphite furnace atomic absorption spectrome— try(HR-CS GFAAS).The methods for sample preparation,digestion,and quantitative analysis were established,by which sat— isfying analytical precision(RSD一1.3 ~4.9 )and recovery(95.1 ~104.6 )were achieved.The results indicated that the contents of lcad in tea 1eaves and chromium in shellfish were much higher than those in the other foods:the contents of cad— mium in millet.1eek and shellfish were relatively higher than the others.This work established reliable methods for quantitative analysis of heavy metals in foods,which provided experimental references for the constitution of food quality and safety stand- ards.Meanwhile,the distributions of heavy metals in foods given by this work can be expected to enhance the consumers’con— sciousness of food safety. Keywords Continuum source graphite furnace atomic absorption spectrometry;Foods;Heavy metals;Quantitative analysis (Received Jan.4,2012;accepted May 12,2012) *Corresponding author