氢化物发生-原子吸收光谱法测定大米中痕量铅

委员长

2011/12/26

私聊

食品重金属及有害元素检测

氢化物发生-原子吸收光谱法测定大米中痕量铅

铅能抑制人体内血红素的合成和溶血，对大脑、小脑、脊髓和周围神经也造成损害，铅对肾的影响会造成可逆性近曲小管功能失调，还可能导致血管痉挛等病变，如腹绞痛、铅中毒性脑病、神经麻痹。尤其值得注意的是，铅可以通过乳汁影响后代，婴幼儿由于血脑屏障发育未完善，对铅的毒性更敏感。研究证实，铅对儿童的身高及体重有着显著的不良影响，可以导致儿童，尤其是学龄前儿童体格生长的落后。

本文研究了氢化物发生原子吸收光谱法测定大米中痕量铅，采用微型化学原子化发生器，由于其巧妙的设计构思结构，整个化学反应发生空间仅几十微升，完成一次测定只需15 s，从而大大提高了灵敏度并有效减小了干扰影响。

1 测试原理

大米试样经硝酸-高氯酸消化后，溶液中的铅在酸性介质及铁氰化钾氧化剂的作用下与硼氢化钠反应，生成挥发性的铅烷（PbH₄），以高纯氩气为载气，将挥发性铅烷引入火焰加热的石英原子化器中原子化，在分析线217.0 nm下测试溶液中铅的含量。

2 实验部分

1.1仪器及试剂

PerkinElmer AA-800原子吸收光谱仪，配铅空心阴极灯和MCA-101微型化学原子化器；石英管原子化器：T 形石英管，管长140 mm ,内径7 mm ,支管长80 mm ,内径3 mm。Millipore Synery UV 超纯水系统。

铅标准溶液：1000 mg·L^-1,国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，用盐酸（4+96）溶液逐级稀释成100 μg·L^-1铅标准工作溶液。

铁氰化钾溶液：20 g·L^-1，称取铁氰化钾2.0 g溶于100mL水中。

硼氢化钠溶液：20 g·L^-1，称取2g硼氢化钠和1.0 g氢氧化钠溶于100mL水中，现用现配。

所有用到的器皿在使用前用王水(50+50) 浸泡浸泡24小时以上，并用超纯水清洗干净，烘干待用；实验所用水均为超纯水。

1.2 仪器工作条件

铅分析线为217.0 nm，灯电流8 mA，光谱通带宽度为0.2 nm，乙炔和空气流量分别为1.0 L·m in^-1和10 L·m in^-1，载气流速1.0 L·m in^-1，泵转速为60 r ·m in^-1，进样时间6 s，延时时间3 s，读数时间15 s，测量方式：标准曲线法，分析信号：峰面积。

1.3 试验方法

称取大米试样1.000 g于锥形瓶中，加盖小漏斗，加入硝酸-高氯酸（5+1）消化液15 mL放在电热板上浸泡过夜，次日消化。低温消化至白烟将尽，剩余体积约1 mL时，取下冷却后，转移到25 mL容量瓶中，加盐酸1 mL，再加入铁氰化钾溶液2.5 mL补加水至刻度,在最优化条件下测定铅的含量,并随同做空白试验。

3 结果与讨论

2.1 实验条件优化

2.1.1 载气流速的选择

微型化学原子化器一般采用高纯氩气(>99.999%)作为载气，载气流速会影响挥发性铅烷（PbH₄）从反应器中带出的速度和被稀释的程度，以及挥发性铅烷（PbH₄）在原子化器中停留时间。如果流速太小，反应池中生成的铅烷不能快速的通过T型管，从而使峰型展宽而出现严重的拖尾；载气流速过大，又将生成的铅烷稀释，使信号减弱。当其他条件固定，氩气流速在0. 4～1.4 L·m in^-1变化时，结果表明：太小的载气流速使峰出现严重拖尾，当载气流速控制在1.0 L·m in^-1时吸收峰高出现最大值，随着载气流量的增大，吸收信号急剧减小，使灵敏度降低。本实验选择载气流速为1.0 L·m in^-1。

2.1.2 盐酸浓度的选择

铅在酸性介质中才能与硼氢化钠反应形成铅烷（PbH₄），所以吸收峰面积的大小和酸度密切相关。试验采用10 μg·L^-1 铅标准溶液和盐酸体积分数在1%～6%之间考察对铅测定的影响，结果见表1。

表1 盐酸浓度的影响

Tab.1 Effect of the concentration of HCl

盐酸浓度（%）
1
2
3
4
5
6
吸收峰面积
1.045
1.378
1.677
1.743
1.685
1.612

表1结果表明，盐酸浓度对铅的测定影响较大，当盐酸浓度为4 %时峰面积达到最大。所以本实验选择盐酸浓度为4 %。

2.1.3硼氢化钠浓度的选择

硼氢化钠在氢化物反应中作为一种强还原剂提供新生态的H，促成待测元素生成氢化物。若硼氢化钠浓度太小，氢化反应不完全，造成测定结果偏低；硼氢化钠浓度过高，生成大量气体使得挥发性铅烷浓度降低，并且容易造成测定的稳定性变差。实验结果表明，硼氢化钠浓度小于2.0％时，吸收峰面积小，硼氢化钠浓度大于2.0%时，随着硼氢化钠浓度的增加吸收峰面积逐渐减小，并且稳定性变差。所以本实验选择硼氢化钠的浓度为2.0%。

2.1.4 铅反应试剂加入量的选择

铅烷（PbH₄）必须在氧化剂存在下才能发生反应，铅烷发生反应主要是由氧化剂和硼氢化钠之间的氧化还原反应所诱导。本试验采用铁氰化钾等作为氧化剂，并同铅稳定试剂一起使用，使得铅烷（PbH₄）还原效率有了很大的提高，反应条件得到改进，提高了测试的稳定性。固定其他条件不变，分别加入不同体积的铅反应试剂，试验结果表明，铅反应试剂的加入大大提高了吸光度和测试稳定性。当铅反应试剂加入量达到2.5 mL时，效果最明显，所以试验选择铅反应试剂加入量为2.5 mL。

2.2 共存离子的影响

氢化物发生原子吸收光谱法中的干扰是研究的主要问题，不用样品其干扰元素和允许量都不同。按照实验方法，试验了10 μg·L^-1铅标准溶液，当相对误差为± 5%时，以下离子（以mg·L^-1计）：Ni²⁺(200)、Mg²⁺(100)、Mn²⁺(40)、Cu²⁺ (40)、Hg²⁺(25)、As³⁺和Sn²⁺ (15)均不干扰测定。

2.3 工作曲线和检出限

按试验方法对系列铅标准溶液进行测定，当铅的质量浓度在0.10～20 μg·L^-1 的范围内与其峰面积呈线性关系, 其线性回归方程为y=0.1696x+0.0032, r=0.9998。方法的检出限（3σ）为0.020 μg·L^-1。

2.4 精密度和回收率

在最佳测定条件下, 连续测定 0.5、5、10 μg·L^-1 铅的标准溶液各7 次。测定值的相对标准偏差在1.4%～2.2%。按试验方法对大米进行处理，加入不同浓度的铅标准溶液, 计算回收率, 结果见表2。

表2回收试验结果

Tab. 2 Results of test for recovery

样号
本底值
加标量
测定总量
回收率
ρ/（μg•L^-1）
ρ/（μg•L^-1）
ρ/（μg•L^-1）
/%
1
2
3
4
5
3.154
6.547
7.525
8.263
9.215
5
5
10
10
10
8.425
11.328
17.346
18.479
19.535
105.4
95.6
98.2
102.2
103.2

本文建立了微型氢化物发生-原子吸收光谱法测定大米中痕量铅的方法，铁氰化钾溶液的加入显著提高了铅的吸光值和测试的稳定性，方法的回收率在95.6％～105.4％之间，相对标准偏差小于2.2%。

分
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盐酸浓度（%）	1	2	3	4	5	6
吸收峰面积	1.045	1.378	1.677	1.743	1.685	1.612