四種儀器分析法測(cè)定預(yù)混飼料中鎘元素的含量

前言：鎘（Cd）是有毒重金屬元素，毒性較大且無(wú)法被生物降解，為慢性蓄積性毒物，過(guò)量攝入會(huì)對(duì)機(jī)體的生產(chǎn)、繁殖造成不良影響，甚至?xí)鹌鞴俨∽?、造成生物體死亡。鎘元素可在食物鏈中傳遞，因此飼料中的鎘元素最終也會(huì)影響人體。被鎘元素污染的食物會(huì)影響人體的腎、肺、骨骼和生殖系統(tǒng)等，鎘元素于2012年被世界衛(wèi)生組織列入 1類致癌物清單，為確定致癌物。為保障畜牧業(yè)健康發(fā)展、食品安全以及居民健康，需對(duì)飼料中的鎘元素進(jìn)行監(jiān)測(cè)。 檢測(cè)鎘元素的儀器分析方法主要有火焰原子吸收光譜（FAAS）法、石墨爐原子吸收 光 譜（GFAAS）法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP—AES）法以及電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法等。在中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 13082—2021）中，推薦應(yīng)用FAAS以及GFAAS 2種吸收光譜方法測(cè)定飼料中的鎘元素，但另外2種方法在實(shí)際工作中也被普遍采用?；诖?，本研究考察這4種儀器分析法測(cè)定不同預(yù)混合飼料中鎘元素含量的差異，旨在為更準(zhǔn)確、高效地分析預(yù)混飼料中的鎘含量提供參考。

供試試劑及樣品：

65%硝酸

氫氟酸

30%過(guò)氧化氫

1000 mg/L鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液

飼料中鎘標(biāo)準(zhǔn)參考樣品（編號(hào)CQCM101468，廣州佳途科技股份有限公司），

試驗(yàn)用水為一級(jí)水。

5個(gè)預(yù)混飼料樣品均購(gòu)于市場(chǎng)

主要儀器：

火焰/石墨爐原子吸收光譜配鎘（Cd）空心陰極燈（FAAS/GFAAS）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（ICP-AES）

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀配同心霧化器（ICP-MS）

超純水裝置

PRO-HP型微波消解儀

儀器工作條件

火焰原子吸收光譜檢測(cè)波長(zhǎng)為 228.80nm，火焰類型為空氣-乙炔，燈電流為4mA，氧化劑流量為10.00 L/min，乙炔流量為2.50 L/min，狹縫寬度為0.7nm，背景矯正方式為氘燈。

石墨爐原子吸收光譜檢測(cè)波長(zhǎng)為228.80nm，燈電流為4mA，干燥溫度/時(shí)間為 110 ℃/30 s，灰化溫度/時(shí)間為300 ℃/20 s，原子化溫度/時(shí)間為1500 ℃/5 s，除殘溫度/時(shí)間為2450 ℃/3 s，背景校正方式為氘燈，狹縫寬度為0.7 nm，進(jìn)樣量為20μL。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜檢測(cè)波長(zhǎng)為228.80 nm，射頻功率為1300W，氣體為Ar，等離子體氣流量為15 L/min，輔助氣流量為0.2 L/min，霧化器氣流量為0.65 L/min，蠕動(dòng)泵速為1.5 mL/min，觀測(cè)方式為軸向觀測(cè)，等離子體穩(wěn)定時(shí)間為15 min。

電感耦合等離子體質(zhì)譜射頻功率1550 W， 載氣為He，等離子體氣流量為1.03 L/min，蠕動(dòng)泵速為每秒0.10轉(zhuǎn)，霧化室溫度為2 ℃，碰撞氣流量為4.5mL/min，采樣錐為鎳錐，采樣深度為8nm。

試驗(yàn)方法

標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：用2%（m∶m，下同）硝酸逐級(jí)稀釋鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液（1000 mg/L）以配置標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，得到濃度為0.0005、0.0010、0.0020、0.0030、 0.0040、0.0050、0.0100、0.0200、0.0400、0.1000、0.2000、0.4000、1.0000、2.0000、4.0000、10.0000 mg/L的系列標(biāo)準(zhǔn)溶液，上機(jī)測(cè)試，分別以吸收光譜吸光度、發(fā)射光譜譜線強(qiáng)度、質(zhì)譜111Cd的CPS（每秒的計(jì)數(shù)）為縱坐標(biāo)（Y），質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X），采用外標(biāo)法作圖，得到各儀器的線性范圍、回歸方程及相關(guān)系數(shù)（r）。

樣品消解條件的優(yōu)化：設(shè)置4種消解酸，分別是HNO3 6.0mL、HNO3 5.5mL+30%H2O20.5 mL、 HNO35.5mL＋HF0.5mL、HNO35.0 mL＋HF0.5mL＋30%H2O20.5mL。準(zhǔn)確稱取樣品0.3~0.4g（精確至0.0001g）于消解罐內(nèi)膽中，加入消解酸，旋緊罐蓋， 置于微波消解儀中消解。待消解完畢后將消解罐放入趕酸板中，于140 ℃加熱趕除過(guò)量酸至約0.5mL，用水少量多次沖洗消解罐及罐蓋，收集消解液至10mL塑料離心管中并定容。

準(zhǔn)確度試驗(yàn)為探究不同儀器對(duì)檢測(cè)準(zhǔn)確度的影響，按照“樣品消解條件的優(yōu)化”優(yōu)化的消解條件平行消解7份鎘標(biāo)準(zhǔn)參考樣品，采用4種儀器進(jìn)行測(cè)試，若測(cè)試結(jié)果超出儀器對(duì)應(yīng)的線性范圍，則取適量樣液用2%的硝酸稀釋后再次上機(jī)測(cè)試。

加標(biāo)回收率試驗(yàn)為判斷儀器的精密度，按照“樣品消解條件的優(yōu)化”優(yōu)化的消解條件，分別對(duì)5個(gè)樣品進(jìn)行單水平加標(biāo)回收試驗(yàn)（n=7），通過(guò)4種儀器對(duì)各加標(biāo)樣品及原樣品進(jìn)行測(cè)定。

結(jié)果與分析

線性關(guān)系的考察

線性范圍大的儀器可以更方便地檢測(cè)不同含量的樣品，反之則有可能需要對(duì)處理后的樣液進(jìn)行稀釋或濃縮以適應(yīng)儀器，引入不必要的誤差。標(biāo)準(zhǔn) 溶液經(jīng)上機(jī)測(cè)試，分別以測(cè)定鎘元素的吸收光譜吸光度、發(fā)射光譜譜線強(qiáng)度、質(zhì)譜111Cd的CPS（每秒的計(jì)數(shù)）為縱坐標(biāo)（Y），質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)（X），采用外標(biāo)法作圖，得到各儀器的線性范圍、回歸方程及相關(guān)系數(shù)（r），詳見(jiàn)表 1。

各儀器的檢出限通過(guò)重復(fù)測(cè)試空白溶液11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)差（3σ）計(jì)算得出。由表 1可知，ICP-MS和GFAAS的檢出限明顯低于ICP-AES、FAAS，且ICP-MS的檢出限最低，但在實(shí)際檢測(cè)中ICP-MS因其自身耐鹽性及樣品復(fù)雜性等會(huì)出現(xiàn)檢出限較此理論值有所升高而稍高于GFAAS的情況。4種儀器的r均大于0.9950，表明線性關(guān)系較好。

樣品消解條件的優(yōu)化

飼料樣品的消解方式主要有干法灰化消解、 混合酸濕法消解以及微波濕法消解等。鞏佳第等、李慧娟等和葛亞明等的研究比較這3種消解方式對(duì)飼料樣品中元素檢測(cè)的影響，綜合考慮方法的重復(fù)性、準(zhǔn)確性以及對(duì)環(huán)境的污染程度，本研究采用微波濕法消解方式對(duì)樣品進(jìn)行處理。為保證樣品消解完全，探究了5個(gè)預(yù)混飼料樣品在4種組成的酸、消解溫度分別為170 ℃和180 ℃、消解 20 min后的消解液狀態(tài)，在ICP-MS儀器上測(cè)定各自的鎘元素含量（n=3），結(jié)果如表2所示。

在不加入氫氟酸的情況下，消解完成后消解罐底部均有明顯未消化完的黑色沉淀，加入過(guò)氧化氫變化不明顯；在消解溫度為170 ℃時(shí)，即使加入少量氫氟酸，消解罐底部的沉淀量也明顯減少，但仍有少量沉淀物剩余。結(jié)果表明，加入氫氟酸可以有效促進(jìn)樣品的消解，而加入過(guò)氧化氫對(duì)結(jié)果沒(méi)有明顯影響；樣品在消解溫度為180 ℃時(shí)消解更徹底。本研究選擇的優(yōu)化消解條件為消解溫度180 ℃，HNO35.5 mL＋HF0.5 mL。優(yōu)化后的微波消解程序如表 3所示。

標(biāo)準(zhǔn)參考樣品準(zhǔn)確度測(cè)試

由表4可知，各儀器所測(cè)數(shù)值均在參考樣品標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，且測(cè)值結(jié)果經(jīng)t檢驗(yàn)，所得 t均小于t0.05，6，說(shuō)明4種儀器分析方法的測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值在95%置信水平下均無(wú)顯著差異。因此，本研究使用4種儀器對(duì)結(jié)果準(zhǔn)確度未造成影響。

加標(biāo)回收率試驗(yàn)

加標(biāo)回收試驗(yàn)的添加量應(yīng)與原樣品中待測(cè)物含量相近，一般為樣品中含量的0.5~2.0倍。基于 “樣品消解條件的優(yōu)化”中 5個(gè)樣品在最優(yōu)消解條件下的預(yù)測(cè)值，分別對(duì)5個(gè)樣品進(jìn)行單水平加標(biāo)回收試驗(yàn)（n=7），通過(guò)4種儀器對(duì)各加標(biāo)樣品及原樣品的同一消解后樣液 進(jìn)行測(cè)定，考察不同儀器對(duì)結(jié)果精密度及回收率的影響，各樣品加標(biāo)量及不同儀器測(cè)定的加標(biāo)樣品回收率和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）見(jiàn)表5。

由表5可知，4種儀器的回收率在95.1%~103.5%， RSD在1.22%~5.32%。說(shuō)明使用不同儀器樣品的回收率產(chǎn)生了差異。考慮影響最大的因素是各樣品處理后的酸度無(wú)法完全統(tǒng)一和不同樣品中的元素差異引起基質(zhì)效應(yīng)。

試樣酸度的影響

經(jīng)處理定容后的樣液pH與0.9%~4.5%的硝酸 溶液相近，為探究酸度對(duì)各儀器檢測(cè)鎘元素的影響程度，配置硝酸濃度分別為0.5%、1.0%、2.0%、3.0%、5.0%與測(cè)試樣品濃度相近的標(biāo)準(zhǔn)溶液，以2%硝酸為空白校正，各儀器所用標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度及測(cè)定結(jié)果如圖2所示。隨著硝酸濃度的升高，F(xiàn)AAS法的吸光度呈升高趨勢(shì)；GFAAS法的吸光度及ICP-MS的CPS呈先升后降趨勢(shì)，并在硝酸濃度為2.0%時(shí)GFAAS法的吸光度及ICP-MS的CPS最高；ICP-—AES法的情況較為特殊，其譜線強(qiáng)度在硝酸濃度為0.5%~1.0%呈下降趨勢(shì)，而后呈先升后降趨勢(shì)，也在硝酸濃度為2.0%時(shí)達(dá)最高值。計(jì)算各儀器所得數(shù) 據(jù)的變異系數(shù)（CV），以此判斷酸度對(duì)測(cè)定結(jié)果引起 的波動(dòng)大小。4種儀器的CV分別2.001%（FAAS）、2.319%（GFAAS）、4.924%（ICP—AES）、1.572%（ICP—MS）。可以看出，在日常檢測(cè)中，ICP-MS受酸濃度變化影響程度最小，其次是 FAAS，而 ICP-AES受酸濃度影響程度最大。

基質(zhì)效應(yīng)

通過(guò)比較基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線與溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率判斷基質(zhì)效應(yīng)對(duì)各儀器的影響程度。將5個(gè)飼料樣品進(jìn)行消解，按照“樣品消解條件的優(yōu)化”優(yōu)化條件下的測(cè)定值，參考“線性關(guān)系的考察”各儀器線性范圍，對(duì)消解液進(jìn)行適當(dāng)稀釋，繪制各儀器線性范圍內(nèi)的5個(gè)飼料樣品的基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線，得到各基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率如表6所示。當(dāng)基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率大于溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率時(shí)，認(rèn)為存在基質(zhì)增強(qiáng)，測(cè)定基質(zhì)中鎘元素含量時(shí)若使用普通酸溶液會(huì)導(dǎo)致測(cè)定值偏大；反之，則存在基質(zhì)抑制，測(cè)定值會(huì)偏小。分析基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率與溶劑標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的比值（斜率比），各儀器斜率比范圍分別為0.990~1.006（FAAS）、0.978~1.033（GFAAS）、0.976~ 1.002（ICP-AES）、0.966~1.034（ICP-MS），可以看出FAAS受基質(zhì)影響最小，ICP-MS受基質(zhì)影響最大。

結(jié)論

FAAS受樣品基質(zhì)干擾最小，試樣酸度差異對(duì)其影響也較小，線性范圍較寬，為2個(gè)數(shù)量級(jí)，檢出限較高；

GFAAS受樣品基質(zhì)干擾較大，試樣酸度差異對(duì)其影響也較大，線性范圍窄，僅為1個(gè)數(shù)量級(jí)，檢出限低；

ICP-AES受樣品基質(zhì)影響較小，受試樣酸度差異的影響最大，其線性范圍寬，檢出限較高；

ICP-MS受樣品基質(zhì)影響最大，受試樣酸度差異的影響最小，其線性范圍寬，檢出限低。4種方法在標(biāo) 準(zhǔn)參考樣品準(zhǔn)確度測(cè)試過(guò)程中測(cè)定值均與標(biāo)準(zhǔn)值無(wú)顯著差異，因此不同方法的檢測(cè)結(jié)果均有其參考價(jià)值，而具體方法應(yīng)該對(duì)照實(shí)際樣品、檢測(cè)要求和操作人員水平等對(duì) 4種儀器進(jìn)行選擇。

參考文獻(xiàn)

陸世清，蔣 健，徐巴居 .四種儀器分析法測(cè)定預(yù)混飼料中鎘元素的含量［J］.中南農(nóng)業(yè)科技，2023，44（12）：38-42．

儀器參數(shù)

AA-1800EL原子吸收光譜儀

產(chǎn)品介紹

AA-1800EL型原子吸收光譜儀是采用國(guó)際新的技術(shù)和國(guó)內(nèi)高校的專家聯(lián)手研發(fā)完成，擁有幾十年光譜儀器的研發(fā)和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。該產(chǎn)品包括火焰、石墨爐及氫化物發(fā)生系統(tǒng)，可配置多種附件，靈活的配置方案可滿足不同層次客戶的需求。全自動(dòng)多功能AA-1800EL型原子吸收光譜儀可進(jìn)行復(fù)雜的樣品分析，多種分析方法可自動(dòng)切換，做到無(wú)人全自動(dòng)分析。

AA-1800EL型原子吸收光譜儀廣泛應(yīng)用于科研、質(zhì)檢、疾控、環(huán)保、冶金、農(nóng)林、化工等行業(yè)，創(chuàng)新的軟、硬件設(shè)計(jì)確保樣品分析的準(zhǔn)確性、安全性、易用性，儀器維護(hù)簡(jiǎn)單便捷。

性能特點(diǎn)

全反射消色差光學(xué)系統(tǒng)。

色散率為1800條/毫米刻線大面積光柵，新型自準(zhǔn)直單色器，所有鏡片均是石英鍍膜，寬廣的檢測(cè)范圍和光學(xué)穩(wěn)定性確保了分析的精度、閃耀波長(zhǎng)230nm光柵分光系統(tǒng)。

八燈燈座

一燈工作，最多可以七燈預(yù)熱，節(jié)省了換燈和預(yù)熱時(shí)間，使元素測(cè)量更加快捷方便。

全自動(dòng)化

儀器采用全自動(dòng)設(shè)計(jì)，除主機(jī)電源開(kāi)關(guān)外，儀器的燈架控制、波長(zhǎng)掃描、狹縫調(diào)節(jié)以及二維移動(dòng)平臺(tái)等功能全部通過(guò)軟件控制完成。

背景校正系統(tǒng)

具備氘燈與自吸收兩種背景校正模式，背景信號(hào)1A時(shí)，扣背景能力60倍以上。

自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，功能完善，性能強(qiáng)大的分析軟件

人性化的操作界面，讓您的操作易如反掌，可切換中英文Windows風(fēng)格軟件界面，全自動(dòng)定性、定量分析，自動(dòng)計(jì)算元素含量，自動(dòng)生成測(cè)試報(bào)告。

火焰系統(tǒng)特點(diǎn)

高分子霧化室

高分子材料抗腐蝕霧化室，耐酸堿，包括氫氟酸，無(wú)論是有機(jī)或是無(wú)機(jī)溶液都能得到較好的靈敏度和穩(wěn)定性；

鈦燃燒器

鈦燃燒器，可選配50mm和100mm燃燒器，空冷預(yù)混合型，耐腐蝕，耐高鹽，大幅度提高火焰的效率和火焰分析的準(zhǔn)確度；

高精度防堵塞霧化器。

專利型霧化器，霧化效率高，維護(hù)更換方便。

質(zhì)量流量控制器實(shí)現(xiàn)乙炔流量控制。

質(zhì)量流量控制器精確控制乙炔流量，精度達(dá)1ml/min，并對(duì)流量進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，使用方便，安全可靠。

更多的安全保護(hù)措施，使樣品分析更加安全可靠。

采用高靈敏度探測(cè)器，對(duì)乙炔泄露進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；

采用高精度的壓力傳感器，對(duì)乙炔壓力進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視；

采用高精度的壓力傳感器，對(duì)乙炔壓力進(jìn)行空氣壓力監(jiān)視；

采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)及防火插銷，對(duì)燃燒頭狀態(tài)監(jiān)視；

采用光敏二極管，對(duì)火焰狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)視；

石墨爐系統(tǒng)特點(diǎn)

一體化設(shè)計(jì)。

石墨爐電源、原子吸收主機(jī)位于一臺(tái)儀器內(nèi)，縮短了電纜長(zhǎng)度，減少了石墨爐電源對(duì)外界的電磁干擾、提高了石墨管加熱效率。

石墨爐控溫精度高，升溫速度快。

采用大功率變壓器、微阻電纜線以及光控升溫方式，并配合軟件、硬件溫度校正系統(tǒng)，高溫段控溫精度可達(dá)±1%。

更多的安全保護(hù)措施，使樣品分析更加安全可靠。

石墨爐冷卻水具有流量實(shí)時(shí)監(jiān)視和保護(hù)；

通過(guò)壓力傳感器對(duì)載氣壓力監(jiān)視

通過(guò)光敏二極管對(duì)石墨爐溫度監(jiān)視

自動(dòng)載氣流量控制。

石墨爐內(nèi)氣，外氣全部由計(jì)算機(jī)根據(jù)軟件升溫流程自動(dòng)控制。

150位轉(zhuǎn)盤(pán)式石墨爐自動(dòng)進(jìn)樣器。

極坐標(biāo)轉(zhuǎn)盤(pán)式石墨爐自動(dòng)進(jìn)樣器，定位精度高，運(yùn)行穩(wěn)定可靠，使用維護(hù)方便。

技術(shù)指標(biāo)

波長(zhǎng)范圍：185nm～900nm

單色器類型：切爾尼-特納型（Czerny-Turner型）
光譜帶寬：0.1/0.2/0.4/0.7/1.0/1.4/2.0 nm七檔自動(dòng)切換

光柵閃耀波長(zhǎng)：230nm

光柵刻線：1800線/mm

波長(zhǎng)準(zhǔn)確度：±0.15nm
波長(zhǎng)重復(fù)性：< 0.10nm

分辨率：優(yōu)于0.3nm

火焰系統(tǒng)

特征濃度（Cu）：< 0.015μg/ml/1%

檢出限（Cu）：< 0.002ug/mL

精密度（Cu）：< 0.5%

靜態(tài)基線穩(wěn)定性：0.002 Abs(static);

動(dòng)態(tài)基線穩(wěn)定性：0.004 Abs(Dynamic)

氘燈背景校正能力：60倍以上

石墨爐系統(tǒng)

石墨爐控溫范圍：室溫--3000℃

石墨爐升溫速率：3000℃/s

石墨爐測(cè)鎘（Cd）精密度：≤ 2%（AA-1800EL自動(dòng)進(jìn)樣模式）

石墨爐測(cè)鎘（Cd）精密度：≤ 3%（AA-1800EL手動(dòng)進(jìn)樣模式）

石墨爐測(cè)鎘（Cd）特征量：≤ 0.4×10-12g

石墨爐測(cè)鎘（Cd）檢出限：≤ 0.4×10-12g

電源：220V±22V，50Hz±1Hz，5KW（峰值）

數(shù)據(jù)處理

高智能軟件，功能強(qiáng)大，友好的中文操作界面。全自動(dòng)儀器及附加控制，火焰、石墨爐工作模式可自動(dòng)切換，可自動(dòng)優(yōu)化，自動(dòng)稀釋；鼠標(biāo)操作，自動(dòng)設(shè)定菜單數(shù)據(jù)和校正方法；

石墨爐分析時(shí)，系統(tǒng)會(huì)給出全過(guò)程分析信息，包括測(cè)量值、溫度、程序、時(shí)間等，并保存積分時(shí)間內(nèi)所有測(cè)量的信號(hào)曲線和溫度曲線；測(cè)量數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)顯示。標(biāo)準(zhǔn)曲線可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)擬和；樣品測(cè)量準(zhǔn)確：采用向?qū)У姆绞綄?duì)樣品進(jìn)行設(shè)置，方便快捷；靈敏度校正功能：使測(cè)量的結(jié)果更為準(zhǔn)確；參數(shù)打印，數(shù)據(jù)結(jié)果打印，圖形打印，可導(dǎo)出WORD、EXCEL文檔.

審核編輯 黃宇