微波辅助消解-电感耦合等离子体原子发射光谱测定烟草中的重金属

2016-10-15罗夏琳胡玉斐李攻科

分析科学学报 2016年2期

罗夏琳，胡玉斐，李攻科

(中山大学化学与化学工程学院，广东广州 510275)

众所周知，吸烟有损人的健康，然而据统计中国是全球最大的烟草消费国[1]。烟草中的有害物质很多，重金属就是其中之一。烟草中常见的重金属有Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe等。在吸烟过程中，烟草中的大部分重金属会经过呼吸道进入人体[2]，而Cr、Pb等重金属在人体中过多积累会引起中毒现象[3]，甚至导致细胞癌变[4]。因此，检测烟草中的重金属含量，对减少吸烟对人体带来的危害有重大意义。

微波辅助消解法作为样品前处理方法，对固体样品具有密封性好、快速、彻底消解等优点，目前已在食品[5,6]、染料[7]等分析领域得到应用，利用微波辅助消解法对烟草进行前处理有利于提高金属元素的回收率和准确度[8]。电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)具有灵敏度高、检出限低、基体效应小、线性范围宽、可同时分析多元素等优点。本文建立了微波辅助消解-ICP-OES法测定烟草中重金属的分析方法，该方法具有快速、灵敏等特点。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

MARS XPRESS高压密闭微波消解萃取仪(美国，CEM公司)；Spectro Ciros-Vison EOP水平观测全谱直读等离子体发射光谱仪(德国，斯派克分析仪器公司)。

Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe标准溶液(1 000 mg/L，国家标准物质研究中心)。HNO3(优级纯,广州市东红化工厂)；H2O2(分析纯,广州化学试剂厂)。实验用水为二次去离子水。

市售烟草，包括国内外的不同品牌。

1.2 实验方法

将从市场上购买的烟草除去滤嘴和外层包装纸，混合均匀。准确称取0.4000 g烟草样品置于聚四氟乙烯消解罐中，加入9 mL HNO3消解液进行微波辅助消解。消解后过滤，并于25 mL容量瓶中用水定容。

2 结果与讨论

2.1 微波消解条件的优化

微波辅助消解条件的优化以完全消解为准，确定最短的消解时间及最适合的消解液。

2.1.1消解功率的优化以10 mL HNO3为消解液，称取0.4000 g烟丝样品进行微波消解。消解功率分别设为400 W、800 W、1 600 W，升温时间均为8 min，最终温度为160 ℃，并保持7 min。分别将消解后的溶液经过一定处理后，使用ICP-OES测定各元素响应值，结果表明800 W和1 600 W实验结果大部分相差不大，但是由于1 600 W条件下，升温速度过快，压力迅速升高，而消解罐非密闭容器，部分元素容易损失，导致测量结果偏低。故选取800 W作为最佳消解功率。

2.1.2消解液组成的优化以浓HNO3和H2O2的混合液为消解液，改变两者的组分比例，其他条件不变，再分别由ICP-OES测其响应，由数据分析得知，Cr元素在9 mL HNO3(无H2O2)体系中消解效果最好，而除Cr元素外的其他元素经过不同组分消解液处理后的响应值没有太大区别。因此选取9 mL HNO3作为最优消解液。

2.1.3消解温度的优化分别在130 ℃、140 ℃、150 ℃、160 ℃、170 ℃温度进行消解，其他条件不变。实验结果表明各元素在150 ℃时消解效果最好。

2.1.4其他消解程序的优化本实验经过上述条件优化后得到最优消解功率、消解液组成及消解温度，进一步对保温时间、升温梯度及程序步骤进行探究得到的微波最佳消解条件如表1所示。

表1 微波消解条件

2.2 ICP-OES工作条件

2.2.1元素的分析线配制各元素浓度为0.5 mg/L混合标准溶液，分析得到Cu、Zn、Cr、Cd、Pb、Mn、Fe分析线为Cu 324.754 nm;Zn 213.856 nm;Cr 267.716 nm;Cd 214.438 nm;Pb 220.353 nm;Mn 257.611 nm;Fe 259.941 nm。

2.2.2ICP-OES工作参数优化采用单因子优化法得到ICP-OES的最优测量条件见表2。

表2 ICP-OES主要工作参数

2.3 回归方程及检出限

配制Cd、Zn、Cr、Pb、Cu的混合标准溶液，质量浓度为0～1.0 mg/L；Mn、Fe的混合标准溶液，质量浓度为0～10 mg/L。 ICP-OES测定后绘制标准曲线并对其进行线性拟合，得到ICP-OES的分析特性见表3。从表中可以看出，Pb的检出限为2.00 μg/L，其他元素检出限均小于0.90 μg/L，方法精密度在1.0%以内。

2.4 方法的回收率和精密度

在烟丝样品消解之前，加入标准溶液，消解定容后测定方法回收率如表4。该方法的回收率在86.1%～116.4%之间。对烟草样品进行3次平行测定，精密度为1.1%～8.1%。

表3 ICP-OES分析特性

表4 回收率和精密度

2.5 实际样品检测

将建立的方法应用于市售的国内外部分香烟中重金属含量的测定，其中No.1～7香烟样品为国内品牌，No.8～12为国外品牌，检测结果如表5所示。结果表明国产香烟与国外香烟的金属含量相差不大，均是Mn、Fe的含量最高，其次为Pb、Zn、Cu，Cr、Cd含量较低。

表5 香烟重金属含量分析(μg/g)

(续表5)

Sample No.CuZnCrCdPbMnFe719.95115.465.367.4917.14276.27458.36813.8810.944.002.6411.14147.68173.26912.277.205.122.3414.87130.96271.521015.059.065.432.2116.13146.44324.481115.129.566.212.2318.43150.74394.761220.1914.834.701.8013.58149.98419.16