原子吸收光谱法测定饼干中铅含量的分析剖析

1、钦州学院本科毕业论文（设计）原子吸收光谱法测定饼干中铅含量的分析专 学 姓 学系业班级名号指导教师单位 指导教师姓名 指导教师职称 2017年4月原子吸收光谱法测定饼干中铅含量的分析摘要饼干作为一种人们日常生活中最喜爱的休闲食品，其原料、加工过程、 运输过程等都有可能带来重金属铅的污染。 重金属铅元素对于人体的大部分器官具有严重的危 害，随着人们对于食品安全问题的日益重视， 对于饼干中的铅元素含量进行测定具有 重要的意义。文章采用硝酸、 高氯酸电热板加热消解， 石墨炉原子吸收光谱法测定饼干中铅元 素含量。实验中选择用0.5%硝酸钯10卩L作为基体改进剂；加热程序为：干燥温度 为80C110C,

2、时间为20s；灰化温度为400C,时间为30s；原子化温度为2000C, 时间为 3s。结果表明：在040卩g/L的浓度范围内，校准曲线线性关系式为 y=0.0098x+0.0056，相关系数为 R2=0.9991 ;检出限为 0.024mg/kg ;精密度结果在 1.98%8.20%之间；准确度结果在 92.6%98.2%之间。分别对奥利奥、嘉士利、好 吃点、徐福记、旺旺雪饼五个品牌的饼干中铅含量进行测定, 结果分别为 0.42 mg/kg、 0.22 mg/kg 、0.10 mg/kg 、0.16 mg/kg 、0.33mg/kg。说明该方法是一种准确、 快速、实验成本低、 操作简单的测定

3、饼干中铅含量的方 法。关键词 原子吸收光谱法；饼干；铅；研究进展；结果与讨论Determination of lead content in biscuits by atomic absorptionspectrometryAbstractBiscuit, as one of the most popular leisure food in people's daily life, may lead to the pollution of heavy metal lead. Heavy metal lead has serious harm to most of human organ

4、s. With the increasing attention to food safety, it is important to determine the content of lead in biscuits.In this paper, the content of lead in biscuit was determined by graphite furnace atomic absorption spectrometry (AAS). In the experiment with 0.5% 10 L palladium nitrate as matrix modifier;

5、heating procedures for drying temperature is 80 DEG to 110 DEG C, time is 20s; the ashing temperature is 400 DEG C, time is 30s; the atomization temperature is 2000 DEG C, time is 3s.The results showed that: in the 0 40 g/L in the concentration range of the calibration curve, linear equation is y=0.

6、0098x+0.0056, correlation coefficient is R2=0.9991; the detection limit is 0.024mg/kg; the precision of the results in 1.98% 8.20%; the accuracy of the results in 92.6% 98.2%. Respectively lead content on Oreo, Jiashili, good point, Xu Fuji, want snow cake five brands of biscuits were determined, th

7、e results were 0.42 mg/kg, 0.22 mg/kg, 0.10 mg/kg, 0.16 mg/kg, 0.33mg/kg.It is proved that this method is accurate, rapid, low cost and easy to operate.Keywords Atomic absorption spectrometry，Biscuits，Lead，Research progres，s Results and discussion目录第一部分 文献综述 11.1 研究背景及意义 11.1.1 研究背景 11.1.2 研究意义 11.2

8、 样品预处理方法研究进展 11.2.1 湿法消解 11.2.2 灰化消解 21.2.3 微波消解法 21.3 铅测定方法研究进展 21.3.1 紫外分光度法 21.3.2 原子吸收光谱法 21.3.3 原子荧光光谱法 31.3.4 其他测试方法 31.4 研究内容 3第二章 实验部分 42.1 主要实验仪器 42.2 仪器工作条件 42.3 实验材料 42.4 校准曲线溶液配制 52.5 样品预处理 5第三部分 结果与讨论 63.1 消解酸种类的选择 63.2 基体改进剂的选择 63.3 加热程序的选择 6干燥温度及时间的选择 73.3.2 灰化温度及时间的选择 73.3.3 原子化温度及时间

9、的选择 83.4 校准曲线的绘制 83.5 检出限 93.6 精密度 93.7 加标回收率 9第四部分 总结 11致谢 . 12参考文献 13第一部分 文献综述1.1 研究背景及意义研究背景近年来，食品安全已经成为人们关注的热点问题， 世界卫生组织将食品安全问题 确定为全球公共卫生领域的研究重点。 重金属在人体内具有代谢缓慢、 易积累、对人 体危害极大等危害， 因此， 准确测定食品中重金属含量一直是研究的热点。 重金属铅 是食品中常见的污染物， 对人体健康具有潜在的危害性， 对人体的大部分器官都具有 损害。主要表现在： 对儿童的智力发育和骨骼发育具有严重的危害； 造成人体消化不 良和内分泌系统

10、失调； 导致贫血、 高血压和心脏功能异常； 危害人体肾脏功能和免疫 系统正常机能，因此食品中重金属铅的安全问题日益引起人们的关注 12 。在此背景 下，文章对于饼干中铅元素含量的分析方法进行研究。研究意义饼干是指用面粉或者糯米粉为主要原材料，以糖、油等做为辅料，经过混合、造 型、烘烤等工艺而制备出的水分低于6.5%的松脆食品。饼干作为一种休闲食品，越来越得到人们的喜爱。目前，我国已成为亚洲最大的饼干市场，饼干的制备原料、制 备过程中都可能受到重金属铅的污染 345 。我国食品安全国家标准食品中污染物限量 GB27622012 中规定，面制品中 铅含量的限量值为 0.5m/kg 6 。文章以人们

11、日常生活中一种常见的面制、休闲食品 饼干作为研究对象，采用Z2000型日立原子吸收分光光度计测定市售几种常见的饼干 中铅元素的含量，为饼干的制备过程和人们对饼干食用的安全性提供指导意义。1.2 样品预处理方法研究进展样品预处理是否彻底， 是否被污染， 将会严重的影响测定结果的准确性， 因此如 何选择一种合适的消解方法是及其重要的。 饼干中铅的样品预处理方法主要有湿法消 解、干法灰化消解、微波消解等 78 。湿法消解湿法消解是指以硝酸、 高氯酸等为试剂消耗待测样品中的有机质， 在恒温电热加 热器上对样品进行消解的方法。 该方法的优点是对样品的消解彻底， 且较低消解温度 不会造成待测元素的损失；但

12、是该方法是在敞开体系中进行，对试剂的消耗量较大， 且会产生大量的对于环境具有危害的气体。灰化消解干法灰化消解是指将样品先在电炉上进行碳化后， 在马弗炉中将样品进行灰化消 解，在600C左右将样品中大量有机质消耗掉后，用硝酸进行浸提的一种样品消解方 法。该方法的优点是可以利用增加样品质量来提高该方法的检出限。1.2.3 微波消解法微波消解法是指将样品预消化后， 利用微波技术将样品进行消解的一种方法。 该 方法利用微波消解技术， 在密闭系统中将样品进行消化， 使得试剂用量较小， 产生污 染气体量小，且消解的比较彻底。1.3 铅测定方法研究进展紫外分光度法紫外分光度法是指将样品经过复杂的样品预处理过

13、程后，经过消解、干扰掩蔽、 显色后，在一定波长条件下，对样品中铅含量测定的一种方法。苗立新 9等利用二硫 腙比色法对食品中的铅含量进行测定，实验中通过干扰掩蔽，pH调节后，在722型分光光度计上510nm进行测定，实验结果表明：该方法的精密度在 6.25%以下，加标 回收率在 95.4%。原子吸收光谱法原子吸收光谱法是指将样品进行消解后， 利用原子吸收光谱法的条件下进行测定 待测样品中铅的一种方法， 应用最为广泛的方法有火焰法和石墨炉法 10 。最主要的区 别是火焰法的检出范围大概是 10-6，石墨炉原子吸收光谱法的检出范围大概是在 10-9。 潘锦武11用2mol/L碘化钾2.5mL和甲基异

14、丁基甲酮在6mol/L的盐酸介质中萃取2min 后测定食品中铅含量， 实验结果表明：该方法的精密度为 2.07%，加标回收率为 98.4%。 盛强等12用干法灰化消解食品， 石墨炉原子吸收光谱法测定粮食中铅， 实验结果表明： 该方法的检出限为0.003卩g/L,精密度为0.1%,加标回收率在99.6%103.4%之间。原子荧光光谱法原子荧光光谱法是指将样品进行预处理后，将样品的pH进行详细调节后，在原子荧光光度计条件下测定铅的一种方法 13 ，该方法的检出限大概在 10-9。刘子文 14等利 用AFS-2201原子荧光光度计测定食品中铅，实验中利用硝酸和高氯酸预处理样品后， 将体系pH调节至7

15、,以2%盐酸+2%氰化钾+0.4%草酸混合液做载流，在320V负高压、 60mAT电流条件下，在0400卩g/L范围内进行测定，实验结果表明：该方法的检出 限为2ug/L，精密度为2.32%,加标回收率为94.0%106.0%之间。1.3.4 其他测试方法其他测定食品中铅的方法主要有：电感耦合等离子体发射光谱（ICP-AES）和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS法等。ICP-AES法是利用电感耦合等离子体发射光 谱法测定样品中铅的一种方法，该方法主要有线性范围宽、测定范围在10-9。 ICP-MS法是指利用电感耦合等离子体质谱法测定待测样品中铅的一种方法， 该方法具有检出 限低、线性范围宽等

16、优点，测定范围在 10-12。李浩洋等15利用ICP-MS法测定饼干中 铅等8种元素含量，实验中采用微波消解处理样品，实验结果表明：在050卩g/L线性范围内，该方法测定饼干中铅的检出限为 0.01mg/kg ，精密度为 2.71%，加标回 收率为 106%。1.4 研究内容综合考虑湿法消解、 干法灰化消解、 微波消解方法在饼干中铅样品预处理的优缺 点，文章采用湿法消解对于饼干中铅的测定进行前处理。综合考虑紫外分光光度法、 火焰原子吸收光谱法、 石墨炉原子吸收光谱法、 原子荧光光谱法、 电感耦合等离子体 发射光谱法、 电感耦合等离子体质谱法等方法的优缺点及实验室的实际情况， 文章采 用石墨炉原

17、子吸收光谱法对饼干中铅含量进行测定。文章需要对基体改进剂进行选 择、仪器的加热程序进行优化， 之后绘制饼干中铅测定的标准曲线、 检出限、精密度、 加标回收率实验等，确定饼干中铅测定的最佳方法。第二章实验部分2.1主要实验仪器实验中使用的主要实验仪器相关信息见表2.1所示表2.1主要实验仪器序号仪器型号仪器名称生产厂家1Z-2000原子吸收分光光度计日立公司2DKQ-3B智能控温电加热器上海屹尧仪器科技发展有限公司3AL104电子天平捷久计量衡器（上海）有限公司4ULUP-I优普纯水/超纯水制造系统四川优普超纯科技有限公司2.2仪器工作条件Z-2000型原子吸收分光光度计工作条件为：波长 283

18、.3nm,灯电流为7.5mA，狭 缝为1.3nm, PMT电压为321V,计算方式采用峰高法，样品进样量为 20卩L,基体改 进剂加入量为10 yL。石墨炉加热程序见表2.2所示。表2.2饼干中铅测定加热程序测试干燥灰化原子化除残项目温度/C时间/s温度/C时间/s温度/C时间/s温度/C时间/sPb80 120204003020003220022.3实验材料标准储备液：1000卩g/mL铅单元素标准溶液（购于中国国家钢铁材料测试中心 钢铁研究总院）。材料：市售饼干各一袋，分别为奥利奥（亿滋食品企业管理（上海）有限公司）、嘉 士利（广东嘉士利食品集团有限公司）、好吃点（福建达利食品集团有限公司

19、）、徐福记 （雀巢（中国）有限公司）、旺旺雪饼（中国旺旺控股有限公司），购于学校附近超市。试剂：硝酸（优级纯）、高氯酸（分析纯）、盐酸（分析纯）、硝酸钯（分析纯）、 磷酸氢二铵（分析纯），产自于四川西陇化工有限公司。实验用水为电阻率 18.2MQ cm的高纯水。2.4 校准曲线溶液配制为了减少标准溶液配制的误差，将1000卩g/mL铅标准溶液逐级稀释（每次稀释倍 数小于20倍），配制浓度梯度为0.0卩g/L、2.0卩g/L、5.0卩g/L、10.0卩g/L、20.0卩g/L、 40.0卩g/L的铅系列标准溶液。2.5 样品预处理将待测样品用玛瑙研钵研磨，过 60 目筛。准确称取待测样品 0.5

20、000g 于 100mL 锥形瓶中，加入15mL硝酸、5mL高氯酸，浸泡放置过夜，在电热板上150C左右加热 消解，至有高氯酸烟冒至瓶底时，取下，冷却至室温，将溶液转移至50mL容量瓶中，摇匀，备用。第三部分结果与讨论3.1消解酸种类的选择实验中分别考虑用硝酸、硝酸+盐酸、硝酸+高氯酸对样品进行预处理，实验结果 表明：当用硝酸、硝酸+盐酸消解样品时，消解完后，样品呈现出淡黄色，且有悬浮 液出现，当用硝酸+高氯酸消解样品时，样品澄清，且呈现出白色，因此实验中选择 用硝酸+高氯酸消解样品。3.2基体改进剂的选择当在待测样品中加入基体改进剂后，使得待测元素可以在较低的温度下基体被全 部清除且可以使得

21、原子化过程较为充分。因此实验中选择不使用基体改进剂、2%磷酸氢二铵、0.5%硝酸钯作为基体改进剂进行实验，考察分别10卩g/L标准溶液在*无基体改进剂 创跚氢二谖a碣關新巴1700C、1800C、0.120.10. 0S聲 0. 06D. 040. 021900C、2000C、2100T时原子化阶段的吸光度，结果见图 3.1图3.1 基体改进剂选择从图3.1可以看出，当不加入基体改进剂时，在1700C2100C之间，待测样品的吸光度呈现出逐渐升高的趋势；当以2%磷酸氢二铵作为基体改进剂时，当温度在2000E左右时吸光度趋于稳定，但是会观察到有爆沸现象产生；当以0.5%硝酸钯作为基体改进剂时，在

22、 2000C左右时吸光度趋于稳定，且不会产生爆沸现象，因此 选择用0.5%硝酸钯作为基体改进剂16。3.3加热程序的选择加热程序是否合适对于实验结果的准确性有着重要的影响，因此实验对加热程序干燥温度及时间的选择干燥过程的目的是将待测样品中的溶剂完全蒸发掉，使得测定结果不受影响且不会危害石墨管的寿命。干燥温度和时间选择的原则是不能使得干燥温度过低，温度过低时干燥时间过长，干燥温度过高可能会引起样品瀑沸， 使得样品损失。分别控制干 燥温度为80C、90C、100C、110C、120C，实验结果表明：当干燥温度在 80C以 下时，水峰出峰较缓慢，且干燥时间在 40s以上；当干燥温度在110C以上时，

23、干燥 时间在15s以上，水峰消失，可以观察到以后瀑沸现象；当干燥温度在80C110C之间时，水峰出峰平缓且在20s时水峰结束。因此实验中选择干燥温度为80C110C，时间为20s。灰化温度及时间的选择灰化阶段的目的是让样品中的基体组分全部被破坏且不会使待测组分造成损失。实验中分别选择灰化温度为 300C、350C、400C、450C、500C，测定10卩g/L标 准溶液的吸光度，实验结果见图3.2所示。图3.2灰化温度的选择从图3.2中可以看出，当灰化温度在300C400C之间时，待测溶液的吸光度持 续升高，且峰型呈现出“矮胖型”，灰化时间较长，在40s以上；当灰化温度为400C 时，峰型比较

24、完美，且出峰时间为 30s左右，且吸光度稳定；当灰化温度在 400C以 上时，峰型呈现出“瘦高型”灰化时间在 20s以下，吸光度偏低。综上所述，实验中 选择灰化温度为400C，时间为30so原子化温度及时间的选择原子化阶段的目的是使待测元素转变为自由态原子，之后测定待测元素在相应空心阴极灯下对该元素的吸光度。实验中分别选择原子化温度为1700C、1800C、1900C、2000C、2100C,测定10卩g/L标准溶液的吸光度，实验结果见图3.3所示。图3.3原子化温度的选择从图3.3可以看出，当原子化温度为 1700E2000E之间时，吸光度呈现出逐 渐升高的情况，当原子化温度为2000 r时

25、，吸光度趋于稳定，继续升高原子化温度， 吸光度变化不大，且原子化温度过高对于石墨管的寿命影响极大。原子化阶段是通过短暂高温进行的，因此实验中选择原子化温度为2000C，时间为3so 3.4校准曲线的绘制打开仪器，将仪器工作条件按照“步骤 2.2 ”进行设置，分别测定各个标准溶液 的吸光度，以浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制饼干中铅测定的校准曲线，见图 3.4所示。浓度心图3.4饼干中铅测定校准曲线从图3.4计算可以得知，该方法校准曲线线性关系式为y=0.0098x+0.0056，相关系数为R=0.99913.5检出限将空白溶液连续测定11次，计算11次测定值的相对标准偏差，3倍的标准偏差 即

26、为饼干中铅测定的检出限，结果见表3.1所示。表3.1 检出限项目测定值/（卩g/L）Sr/(卩 g/L)cl/(卩 g/L)0.21210.21320.32090.11980.22840.3981结果0.08060.24190.31090.23980.30980.16090.1983从表3.1可以得知，石墨炉原子吸收光谱法测定饼干中铅的检出限为0.2419卩g/L根据样品质量和定容体积计算为含量为0.024mg/kg。3.6精密度准确称取各样品5份0.5000g于100mL锥形瓶中，按照步骤“ 2.5”消解样品后,测定各样品浓度，计算各次测定结果的相对标准偏差，结果见表3.2所示表3.2精密度

27、结果测定值/(mg/kg)平均值/(mg/kg)Sr/(mg/kg)RSD/%12345奥利奥0.410.420.430.430.420.4220.0081.98嘉士利0.220.210.220.240.230.2240.0115.09好吃点0.090.10.110.10.110.1020.0088.20徐福记0.150.160.180.160.150.160.0127.65旺旺雪饼0.330.340.320.320.350.3320.0133.93表3.2结果表明，石墨炉原子吸收光谱法测定饼干中铅的相对标准偏差在1.98%8.20%之间，说明该方法具有良好的精密度。3.7加标回收率准确称取各

28、样品0.5000g 一份于100mL锥形瓶中，加入一定量的铅标准溶液，按 照步骤“ 2.5”消解样品后，测定各样品浓度，计算加标回收率，结果见表3.3所示。表3.3加标回收率结果测定值/(mg/kg)加标值/(mg/kg)回收值/(mg/kg)加标回收率/%奥利奥0.4220.50.91398.2嘉士利0.2240.50.71197.4好吃点0.1020.50.59197.8徐福记0.160.50.62392.6旺旺雪饼0.3320.50.80193.8从3.3结果中可以得知，石墨炉原子吸收光谱法测定饼干中铅的加标回收率在92.6%98.2%之间，说明该方法具有良好的准确度。第四部分 总结4.

29、1 综合考虑湿法消解、干法灰化消解、微波消解法的优劣，实验选择用湿法消解处理饼干样品。实验中称取样品 0.5000g,加入15mL硝酸、5mL高氯酸，放置过 夜后，在电热板上低温消解样品。4.2 通过考察紫外分光光度法、原子吸收光谱法、原子荧光光谱法和其他方法的 优劣及实验室实际情况，实验选择用石墨炉原子吸收光谱法测定饼干中铅元素含量。4.3 通过考察不使用基体改进剂、 2%磷酸氢二铵、 0.5%硝酸钯作为基体改进剂 的结果，实验最终选择用0.5%硝酸钯10L作为基体改进剂。4.4实验最终选择的加热程序为：干燥温度为80C110C，时间为20s；灰化温 度为400C，时间为30s；原子化温度为

30、2000C，时间为3s。4.5实验结果表明：在040卩g/L的浓度范围内，校准曲线线性关系式为y=0.0098x+0.0056，相关系数为 R2=0.9991 ;检出限为 0.024mg/kg;精密度结果在 1.98%8.20%之间；准确度结果在 92.6%98.2%之间。4.6 分别对奥利奥、嘉士利、好吃点、徐福记、旺旺雪饼五个品牌的饼干中铅含量进行测定，结果分别为 0.42 mg/kg、 0.22 mg/kg、 0.10 mg/kg、 0.16 mg/kg、0.33mg/kg，均符合我国食品安全国家标准 食品中污染物限量GB27622012中限量值的规定。4.7 说明该方法是一种准确、快速

31、、实验成本低、操作简单的测定饼干中铅含量 的方法。致谢本论文是在*老师的指导帮助下完成的，从课题方向的把握、课题主要研究内容的确定以及实验的进行一直到论文的撰写，老师都给予了细心的指导。*老师严谨的治学态度，丰富的科研经验，勤恳认真的工作态度令我深深的敬佩。在此向您表示 衷心的感谢。在本论文完成的过程中，还得到了 *等多位同学无私的帮助和大力支持， 在此 对各位表示我衷心的感谢。参考文献1 姚智卿铅对人体健康的危害J.微量元素与健康研究,2011, 28(5) :67-68.2 赵亚男，陈体能.浅谈食品中铅含量测定的质量控制的必要性及意义J.农家参谋：种业大观，2013(9):38-38.3 CMA Iwegbue. Metal Contents in Some Brands of Biscuits Consumed in Souther n NigeriaJ. American Journal of Food Techno logy, 2002, 7(3):160-167.4 李琳,李冰.现代饼干甜点生产技术M.中国轻工业出版社,2001.5 刘建,徐文科.悬浊液直接进样石墨炉原