微波消解-石墨炉原子吸收法检测大米粉中镉含量的方法研究

镉是一种重金属元素，呈银白色，有金属光泽，具有较大的毒性。如果水稻种植在含有镉元素的土壤中，或生长过程中使用了含镉的水源，抑或使用了含镉的化肥，都会对人体健康造成严重危害，所以必须高度重视大米与米制品的镉含量检测。传统的镉含量检测方法主要是高压消解或干式灰化，存在消耗米粉量较大、所需时间较长等弊端，而经微波消解进行预处理，再用石墨炉原子吸收法可以有效避免此类问题，检测结果也更加准确。

1. 材料与设备

1.1 材料

选取0.23mg/kg的大米质控样，用于质量控制和比较，以确保其他样本测量结果与之相符。

1.2 试剂

1g/L的镉标准储备液，用于制备更稀释的溶液；优级纯度的硝酸；优级纯度、30%浓度的双氧水；通过实验制备1%浓度的硝酸，先将10mL硝酸溶液置于100mL净水中，再将硝酸溶液稀释到1L即可。

1.3 设备

原子吸收分光光度计，型号为ZA-300，附有石墨炉设备；微波消解仪，型号为TANK型；赶酸器，型号为TK-12；微控数显电热板，型号为EH-35，plus版本；电子天平；石墨管，C型，普通版本；镉空心阴极灯；振荡器等。

2. 试验与方法

2.1 测试条件

用BKG校正方式对测定信号进行背景校正，减少光源、样品容器等背景信号对目标信号的影响，确保测试结果的准确性。将信号计算至峰高值，即光谱图中特定波长处信号强度的最大值。采取228.6nm处的测定波长，1.2nm宽的狭缝，有利于光谱分辨率的提升。时间常数设定为0.1s，光谱仪响应较快，能够满足快速的信号变化速度。选取7.5mA的灯电流，确保光源的亮度充足，且具有一定的稳定性。选取290V的光电倍增管高负压，确保光电被增管的放大倍数充足，能够更加灵敏地检测到信号。

石墨炉在升温过程中需要经过五个程序（干燥、灰化、原子化、清除、冷却），每个程序的最终温度设定有所不同，升温的保持时间、气体流量等参数也有一定的差异。具体而言，干燥程序的最终温度为100℃，时间维持30s，气体流量为200mL/min；灰化程序的最终温度为700℃，持续时间20s，气体流量为200mL/min；原子化程序的最终温度为1300℃，时间维持3s，气体流量为30mL/min；清除程序的最终温度为1800℃，时间维持3s，气体流量为200mL/min；冷却程序的最终温度为0℃，持续时间10s，气体流量为200mL/min。

2.2 制备消解溶液

分别选取2组大米粉样本，设置为质控样本与试样，各称取0.3g，允许存在0.0001g误差。将2组样本放置在微波消解罐内，加入硝酸5mL，后将整个微波消解管放置在电热板上，电热板的温度设定为120℃，放置时间为30min，再在罐内加入过氧化氢2mL。进入消解环节，完成20min的爬坡，温度设定在190℃左右，持续时间为20min，随后消解完成。将微波消解罐长时间放置，待其完全冷却后再开启，加热赶酸至接近干燥，确保去除多余的硝酸和过氧化氢，避免给后续分析带来干扰。向消解罐中加入少量的1%硝酸溶液，对罐内进行冲洗，此项工序需进行3次，随后将罐内的溶液倒入容量瓶中，并用1%硝酸溶液定容至刻度线处，再将容量瓶中的溶液充分混匀，放置在一旁备用。最终进行试剂空白实验，不加入样品，只加入与样品消解过程相同的试剂，并进行相同的处理步骤。通过比较试剂空白与样品的分析结果，判断试剂本身是否会对结果产生影响。

2.3 绘制标准曲线

将10mL浓度为1g/L的镉标准物质转移至容量瓶中，注意确保容量与浓度的准确性，然后采用1%硝酸对其进行定容，经过多次稀释，使瓶中溶液稀释至浓度为5ng/mL，作为镉标准储备液，放置在一旁备用。将微波消解仪设置为最佳的状态，准备对镉标准进行一系列编程，使标准系列自动生成，如表1所示。

2.4 样品测定

镉标准系列经过设定后，需要对不同样品进行编程，具体试样溶液的测定数值如表2所示。为使样品测定具有准确性，需将仪器设备设定为工作条件，而确保样品消化液与标准溶液均能被吸收至20μL。然后将溶液放入石墨炉中，对其所产生的吸光度进行测量，并记录具体数值。

3. 结果与分析

3.1 标准曲线与检出限

将仪器设备设定为工作条件，得到具体的标准溶液吸光度数值，发现数值存在明显差异，将其绘制成标准曲线，如图1所示。具体的校正方程为：y=0.16194x+0.0176，相关系数r取值约为0.9989。由此可见，当镉元素的含量在4μg/L以下时，吸光度与浓度能够呈现出规整的线性关系。

将仪器设备设定为工作条件，对空白试剂进行测定，测定次数为11次，其计算方法的检出限为0.065μg/L，具体结果如表3所示。

3.2 灰化温度与原子化温度的选择

灰化是原子吸收光谱分析中的一个关键步骤，尤其是在处理含有易挥发基体和有机物的样品时，高温加热能够去除其中的多余成分，从而简化样品并提高分析的准确性。本试验配制了4μg/L的镉标准溶液，采用浓度为20g/L的磷酸二氢胺作为基体改进剂，以此提高原子化效率，减少背景吸收，增强分析信号的稳定性。本次试验需要维持原子化温度，确保其不发生变化，然后对灰化温度进行不断调整，并在每个温度下测量镉的吸光度，得到最佳灰化温度，即在此温度下，镉的吸光度达到最大，背景吸收又尽可能低。在本试验中，最佳灰化温度被确定为800℃，具体结果如图2所示。

原子化温度会对石墨管产生显著影响，如果温度过低，会使待测元素与集体物质发生混合，无法有效分离出来，从而致使其留存在石墨管中；如果温度过高，则会使石墨管不再耐用，缩短其使用寿命。因此，本试验配制了4μg/L的镉标准溶液，基体改进剂采用浓度为20g/L磷酸二氢胺，以此改善镉的原子化条件，减少背景吸收，从而提高测量的准确性。本次试验需要维持灰化温度，确保其不发生变化，然后对原子化温度进行不断调整。经过多次实验，最佳原子化温度的数值被确定为1200℃，在此温度下，镉元素能够被完全原子化，并且不会影响石墨管的使用寿命，实现了准确、高效的镉元素测量。具体结果如图3所示。

3.3 精密度与回收率试验

对镉含量明确的质控样进行验证，测定后的结果显示，含量数值为0.075。由此可见，该测定方法具有有效性，精密度较为准确，具体结果如表4所示。

将镉标准溶液加入样品中，经过处理进行回收率的检测，得出具体数值，如表5所示。

3.4 试样分析

将微波消解-石墨炉原子吸收法应用于大米粉镉含量的检测，能够使镉含量得到精准检测，得到的数据结果较为准确，符合检测要求，说明该方法具有可行性与有效性，具体结果如图4与表6所示。

综上所述，采用微波消解-石墨炉原子吸收法测定大米粉中的镉含量，不仅简化了检测过程，还提高了检测的准确性和灵敏度，能够有效地反映样品中镉的真实含量，证实了该方法具有可行性和有效性。