原子荧光光谱法测定食品中铅含量

毕业论文（设计）
题目：几种毕节特色食品中铅的测定
及实验条件研究
学号：0713*******
姓名：苏志卫
教学院：化学与化学工程学院
专业班级：2008级应用化学本科班
指导教师：陈燕芹
完成时间：2012年5 月10 日
毕节学院教务处制
目录
摘要 (1)
Abstract (1)
第一章绪论 (2)
1.1 研究背景 (2)
1.2 研究现状 (2)
1.3 研究内容和方法 (3)
1.4 实验仪器、试剂 (3)
第二章氢化物发生—原子荧光光谱法 (4)
2.1 原理 (4)
2.2 仪器装置 (4)
2.3 特点 (5)
2.4 应用 (5)
第三章实验条件研究 (7)
3.1 灯电流选择 (7)
3.2 负高压选择 (7)
3.3 原子化器高度选择 (7)
3.4 载气流量选择 (8)
3.5 屏蔽气流量选择 (8)
3.6 实验条件研究结果 (9)
第四章几种毕节特色食品中铅的测定 (10)
4.1 标准曲线和检出限 (10)
4.2 样品处理 (11)
4.3 测量 (11)
第五章结果与讨论 (12)
5.1 结果分析 (12)
5.2 讨论 (12)
5.2.1 介质酸浓度对实验的影响 (12)
5.2.2 硼氢化钾对实验的影响 (13)
5.2.3 铁氰化钾对实验的影响 (13)
5.3 问题与展望 (14)
参考文献 (15)
致谢 (16)
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几种毕节特色食品中铅的测定及实验条件研究
摘要
铅是对人体毒性最强的重金属之一，并广泛存在于自然界，自然界中的铅经食物链进入人体，食物链是人体铅的主要来源。

为了保障人体健康，对毕节地区几种特色食品（如臭豆干、酸菜、荞饭等）中铅含量进行测定极为重要。

应用氢化物发生—原子荧光光谱法测定铅含量，具有操作简便快捷、灵敏度高、干扰少、节省试剂等优点。

关键词：铅；氢化物发生—原子荧光光谱法；毕节特色食品
Abstract
Lead is one of the body of the most toxic heavy metals, and widely distributed in nature, the nature of lead enter the body through the food chain, food chain is the main source of human lead. In order to protect human health, several specialty food in Bijie region (such as stinky tofu, pickled cabbage, buckwheat, rice, etc.) lead content determination is extremely important. The application of hydride generation - atomic fluorescence spectrometric determination of lead content, with easy operation, high sensitivity, less interference, reagent saving advantages.
Key words: lead; hydride generation - atomic fluorescence spectrometry; The specialty food in Bijie
姓名：苏志卫题目：几种毕节特色食品中铅的测定及实验条件研究
第一章绪论
1.1 研究背景
铅是重金属污染中毒性较大的一种，一但进入人体很难排除。

直接伤害人的脑细胞，特别是胎儿的神经板，可造成先天性大脑沟回浅，智力低下；对老年人造成痴呆、脑死亡等。

大多数普通消费者的食品安全观念仅仅局限在农药、兽药残留和假冒食品上，对重金属污染影响食品安全的问题知之甚少。

铅是对人体毒性最强的重金属之一。

由于人类的各种活动，特别是随着近代工业的发展，铅向大气圈、水圈以及生物圈不断迁移，再加上食物链的累积作用，人类对铅的吸收急剧增加，吸收值已接近或超出人体的容许浓度。

铅的摄入已经成为危害人体健康不容忽视的社会问题，因此从食品安全角度研究食品中铅的含量具有重要的学术价值和现实意义。

1.2 研究现状
铅是一种有害元素。

铅元素生物半衰期一般较长，铅广泛存在于自然界，自然界中的铅经食物链进入人体，食物链是人体铅的主要来源。

为了保障人体健康，对事物中的铅进行测定极为重要。

人们在这方面做了很多研究。

如田永碧、王光建、张红[3]研究了成都市市售粮食蔬菜与动物食品中铅含量基本底值，赵清荣、李箐、宋欣欣[4]等人研究了350份保健食品中铅含量的监测与分析，针对一个地区多种食品进行了研究；季莘、马振祥、曾国模[5]研究了FI-HG-AAS法测定蘑菇中铅含量，杨坤祥、白妍、毋福海[6]研究了膨化食品铅测定，刘建、徐文科研究了悬浊液直接进样石墨炉原子吸收法测定饼干中铅含量，罗茂胜、于瑞成、王文河[7]研究了微波消解—氢化物原子荧光光谱法测定番茄酱中的铅，都是对单种食品中的铅进行了检测。

根据GB14935-94文件食品中铅限量卫生指标[2]（表1.1）和学校实验条件及以上内容，我决定测定尚未有人研究过的毕节地区几种特色食品（如臭豆干、酸菜、荞饭等）中铅含量，并进行实验条件研究。

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表1.1 食品中铅限量卫生指标
品种指标（以Pb计），mg/kg
粮食≤豆类≤薯类≤蔬菜≤水果≤肉类≤鱼虾类≤蛋类≤乳类≤0.4 0.8 0.4 0.2 0.2 0.5 0.5 0.5 0.2
1.3 研究内容与方法
研究内容：毕节地区几种特色食品（如臭豆干、酸菜、荞饭等）中铅含量，并进行实验条件研究。

研究方法：食品中铅测定的方法很多，如火焰原子吸收光谱法、二硫腙比色法、石墨炉原子吸收光谱法、氢化物原子荧光光谱法等，其中火焰原子吸收光谱法和二硫腙比色法的灵敏度过低，石墨炉原子吸收光谱法的灵敏度高，但是该仪器价格昂贵。

我主要使用氢化物原子荧光光谱法，该方法操作简便快捷、灵敏度高、干扰少、节省试剂，而且使用国产仪器，易推广应用
1.4 实验仪器、试剂
仪器：AFS-8220原子荧光光度计，配有计算机处理系统；铅空心阴极灯；AUY220电子天平；优普UPS系列纯水系统；MDS-2002AT微波消解/萃取仪。

试剂：去离子水；1mg/L Pb单元素标准溶液；NaBH
4
（优级纯）；NaOH（分析
纯）；HCL（优级纯）；K
3[Fe(CN)
6
]（分析纯）；HNO
3
（优级纯）；钢瓶氩气99.99%。

载液：2%HCL（V/V），移取20 mL 优级纯的HCL到1L 容量瓶中，用去离子水稀释到刻度，摇匀。

还原剂：准确称取1.75g NaOH（分析纯）溶于装有100mL去离子水的烧杯中，
待完全溶解后，加入4.0g KBH
4（优级纯）和4.0gK
3
[Fe(CN)
6
]（分析纯），放在
电热板上加热至完全溶解，转入250mL 容量瓶，用去离子水定容至刻度，摇匀。

姓名：苏志卫题目：几种毕节特色食品中铅的测定及实验条件研究第二章氢化物发生—原子荧光光谱法简介
2.1 原理
原子荧光光谱分析法是20世纪六十年代中期以后发展起来的一种新的痕量分析方法。

原子蒸气受到具有特征波长的光源照射后，其中一些自由原子被激发跃迁到较高能态，然后活回到某一较低能态（常常是基态）而发射出的特征光谱叫做原子荧光。

各种元素都有其特定的原子荧光光谱，根据原子荧光强度的高低可测得试样中待测元素的含量，这就是原子荧光光谱分析（AFS）。

根据Beer-Lambert’s Law和泰勒级数展开，可得：在实验条件固定，原子化效率固定时，原子荧光强度I
f
和低浓度的试样的浓度C成正比。

即：
I
f
=αC （α为常数）
HG-AFS是基于以下反应将分析元素转化为室温下的气态氢化物：
NaBH
4 + 3H
2
O + HCl == H
3
BO
3
+ NaCl + 8H+
（2+n）H+ + E m+ == EH
n + H
2
式中的E m+ 是指可以形成氢化物元素的离子，如铅、砷、锑、铋、硒、碲、锡、锗等，另外汞可以形成气态原子汞，镉和锌可生成气态组分，均可以用本方法分析。

生成的氢化物被引入特殊设计的石英炉中，在此被原子化，然后受光源激发产生原子荧光。

2.2 仪器装置
图2.1 AFS-8220原子荧光光度计
AFS法的仪器装置主要由3各部分组成，即激发光源、原子化器以及检测部分。

检测部分又包括分光系统、光电转化装置以及放大系统和输出装置。

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激发光源是AFS的主要部分，可用连续光源和锐线光源。

前者稳定、操作简便、寿命长，能用于多元素分析，但检出限较差，常见的有氙弧灯。

常见的锐线光源如高强度空心阴极灯等，具有辐射强度高、稳定、可得出更好的检出限等优点。

利用氢化物法的原子化器，是一个电加热的石英管，当NaBH
与酸性溶液反应生成
4
氢气并被氩气带入石英炉时，氢气被点燃并形成氩氢焰。

2.3 特点
HG-AFS法的特点主要体现在以下两个方面：
一、氢化物的发生进样具有以下优点：
（1）分析元素能够与可能引起干扰的样品基本分离，消除光谱干扰；
（2）与溶液直接喷雾进样相比，氢化物法能将待测元素充分预富集，进样效率接近100%；
（3）连续氢化物发生装置易于实现自动化；
（4）不同价态的元素氢化物的生成条件不同，所以可据此进行价态分析。

二、HG-AFS法对于HG-AAS法具有以下优点：
（1）采用无色散系统的HG-AFS仪光路简单、光程短，因而光损失少，还可同时测量几条荧光谱线。

此外，处于200~290nm的谱线，正是日盲光电倍增管灵敏度最好的波段，大大提高了方法的灵敏度。

（2）HG-AFS法可以同时测定两种或两种以上可形成氢化物的元素，不仅大大提高了工作效率，成本也大为降低。

（3）目前是用的原子化器有一下优点：有二次原子化的机会，石英炉内表面性质对原子化过程影响较小，不需经常处理，原子化充分。

（4）在气相中，HG-AFS的干扰要比HG-AAS小很多，对于复杂的样品一般不经分离就可以直接测定。

（5）除上述所说优点外，HG-AFS法还有线性范围大，在 As、Se的测定上占有优势。

2.4 应用
HG-AFS法自提出以来，就因为其对于较难分析的无机污染物，如铅、砷、锑、铋、硒、碲、锡、锗、汞等所显示出的独特优点而备受分析工作者的青睐。

经过研究人员的不断努力，目前该方法已经成为食品卫生、饮用水、矿泉水中重金属检测的国家标准方法，在环境保护、水质分析、地质等领域有了很多应用。

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在这里将列举几个典型的例子，用具体例子显现HG-AFS法的优点。

一、断续流动氢化物发生原子荧光法测定食品中的微量硒
微量元素硒在医学领域中有着十分重要的生物学意义，目前测硒的方法有比色法、电化学法、氢化物原子吸收法、氢化物原子荧光法、断续流动进样方式等。

比色法灵敏度低，试剂不稳定；电化学方法干扰严重；氢化物原子吸收法灵敏度高，但是线性范围窄；而AFS法具有灵敏度高、共存元素干扰小、线性范围宽、方法简便快速等优点；而断续流动进样方式的应用，克服连续进样浪费试液、流动注射装置复杂等缺点，利用计算机控制，具有稳定性好、精密度高、采样量小、易于操作等优点[16]。

基本原理是在盐酸介质中，用硼氢化钠还原四价硒为硒化氢，以氩气作载气将硒化氢从母液中分离，并导入石英炉原子化器中原子化。

以硒特种空心阴极灯做激发光源，是硒原子发出荧光，荧光强度在一定范围内与硒的含量成正比。

二、HG-AFS法对中药材中Hg的形态的分析
不同形态汞的化合物毒性差别较大，有机汞较其相应价态无机汞的毒性大。

除大分子络合物如蛋白质-汞外，比较稳定的小分子络合物，如半胱氨酸汞、谷胱甘肽汞等有显著的药理作用。

上述络合物可能是朱砂在人体内的主要有效成分，。

中药中不同形态的汞含量较低，因此，利用而且其毒性远远小于处方中的HgCl
2
AFS区分中药中的汞形态有重要意义。

有文献报道[17]，采用断续流动蒸气发生-AFS法成功地对牛黄清心复方剂中的原生药、残渣、悬浮态、可溶态无机汞和有机汞进行了测定，用硫脲一柠檬酸作掩蔽剂消除干扰。

这种连续萃取方法分析水相和乙醇相中的汞，和传统的连续萃取法、聚焦微波萃取法和索氏萃取法相比较，HG-AFS测定不同形态的汞具有很高的灵敏度和准确性。

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第三章实验条件研究
3.1 Pb灯电流的选择
灯电流对荧光强度的影响很大，随着灯电流的增大，荧光强度越大。

灯电流较低时荧光强度值低且不稳定，但是灯电流过高影响空心阴极灯的寿命。

本实验做了30-110mA 灯电流对荧光强度的影响，实验表明（图3.1），荧光强度在60-90mA 范围比较合适，所以我选择灯电流为80mA。

图3.1 Pb灯电流的选择
3.2 Pb负高压的选择
本实验做了240-330V 之间光电倍增管负高压对荧光强度的影响，实验表明，荧光强度随着光电倍增管负高压的增大而增大，但是仪器的噪声也随之增大，即增大负高压不能改善仪器的信噪比。

由图3.2可以看出，负高压在260-300V 范围比较合适，我选择光电倍增管负高压为270V。

图3.2 Pb负高压的选择
姓名：苏志卫题目：几种毕节特色食品中铅的测定及实验条件研究
3.3 原子化器高度的选择
原子化器高度过高会导致灵敏度下降，还会降低测量精度，原子化器高度过低导致气相干扰，同时由于光源射到炉口所引起的反射光过强（表现为过高空白强度）而使检出限变差；因此，原子化器高度一般不小于5mm，本实验做了3-14mm 原子化器高度，从图3.3可以看出，6-10mm 比较合适，我选择原子化器高度为8mm。

图3.3 原子化器高度的选择
3.4 Pb载气流量的选择
载气的作用是将氢化物带入石英炉的内管，过高的载气量会冲稀原子的浓度，过低的载气量则难以迅速地将氢化物带入石英炉，本实验做了300-900mL/min 载气流量对荧光强度的影响，实验表明（图3.4），300-600mL/min 之间，荧光强度呈上升趋势，600-900mL/min 之间，荧光强度呈下降趋势，我选择载气流量为400mL/min。

图3.4 Pb载气流量的选择
3.5 屏蔽气流量的选择
屏蔽气是为了防止周围大气的渗入以保证较高的、稳定的荧光效率，一般可选择800-1100mL/min,本实验做了500-1100mL/min 屏蔽气对荧光强度的影响，由图 3.5可以看出，荧光强度趋于稳定，出于成本考虑，我选择屏蔽气流量为800mL/min。

图3.5 屏蔽气流量的选择
3.6 实验条件研究结果
最后得到的实验条件如下（表3.1）:
表3.1 实验条件
实验条件研究结果
负高压/V 270
灯电流/mA 80
原子化器高度/mm 8
载气流量/(mL/min) 400
屏蔽器流量/(mL/min) 800
度数时间/s 12
延迟时间/s 0.5
读数方式 peak Area
测定方法 std.curve
注入量/mL 0.5
第四章几种毕节特色食品中铅的测定
4.1 标准曲线和检出限
使用空白液连续测量11次，仪器自动进行统计测量，测得标准偏差SD为2.89，并用铅浓度为0.0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0ug/L作一条Pb标准曲线(图4.1)由图.1可以看出，铅的标准曲线是一条很好的直线，线性方程为y=402.4x+135.8，r值为0.9992。

算得检出限（D.L）为0.2652ug/L。

y=402.4x+135.8
R2=0.9992
图4.1 标准曲线和检出限
4.2样品处理
样品处理方法有湿消解和干灰化法，以上两种敞开式消解样品的方法容易导致样品中的铅损失，试剂消耗大，易带入污染物等缺点。

本实验采用微波消解法消解样品由于样品的消解在高压密封的消解罐中进行，所需的试剂用量较少，铅损失小，消化时间短，消解效果好。

消解方法和步骤如下（表4.1）：
表4.1 样品处理方法
食品种类 样品量（g ） 氧化剂 选择压力（MPa ）
加热时间（min ） 消解效果
荞饭 酸菜
臭豆干 土豆
1.0
2.0
1.0
1.0
3mL 60%HNO 3预处理后补2mL 60%HNO 3和3mLH2O2
6mL 60%HNO 3和 3mL30%H2O2
3mL 60%HNO 3预处理后补加2mL
60%HNO 3和
3mLH2O
3mL 60%HNO 3预处理后补2mL 60%HNO 3和3mLH2O
0.2 0.5 1.0 1.5
2 2 4 10
清
4.3 测量
将消解好的样品转入25mL 容量瓶中，用去离子水定容至刻度，摇匀。

放置30min 后测量，每个样品测量3次，取平均值，然后根据式（1）计算结果。

1000
10001000
)(01⨯⨯⨯⨯-=m V c c X （1）
式中
X ——试样中铅含量，单位mg/kg ； C 1——试样消化液测定浓度，单位ug/L ； C 0——试样空白液测定浓度，单位ug/L ；
V——试样消化液定量总体积，单位mL；
m——试样质量，单位g。

各个样品中铅的含量如下（表4.2）：
表4.2 各个样品中铅的含量如下
食品铅含量（mg/kg）
荞饭酸菜臭豆干土豆0.0652 0.1654 0.3215 0.0781
第五章结果与讨论
5.1 结果分析
实验结果表明，我所测定的这几种毕节特色食品（荞饭、酸菜、臭豆干、土豆）中的铅含量均低于食品中铅允许限量。

本实验使用氢化物发生—原子荧光光谱法，该方法操作简便快捷、灵敏度高、干扰少、节省试剂，而且使用国产仪器，易推广应用。

本实验采用微波消解法溶解样品，消化时间短、所用试剂简单、量少、干扰少。

随着经济社会不断进步，经济全球化不断发展，人们饮食文化日益多样化，食品卫生安全成为备受关注的热门话题。

随着化工污染以及农用化学物质源源不断地、大量地向农田中输入，造成有害化学物质通过土壤和水体在生物体内富集，并且通过食物链进入到农作物和畜禽体内，导致食物污染，最终损害人体健康。

在这个提倡绿色食品的时代，对食品中有害物质进行检测尤其重要。

5.2 讨论
5.2.1 介质盐酸浓度对实验的影响
氢化物发生的分析方法一般采用酸性介质，本实验采用0.5%-3.0%的盐酸作为介质进行实验，由图3.6可以看出，HCL浓度在1.5%-3.0%范围内，荧光强度基本稳定，我选择2.0%的HCL作为介质。

图3.6 介质盐酸浓度对实验的影响 5.2.2 硼氢化钠浓度对实验的影响
由图3.7可以看出，荧光强度随NaBH
4浓度的增加而增大，这是因为NaBH
4
量
不足，与铅反应生成的氢化物越少，荧光强度越低，但是随着硼氢化钠浓度的增加，空白的荧光强度（即背景值）也随之增大，而且过多的氢气会对石英原子化器中的氩气焰产生影响，导致火焰不稳定而使信号重现性变差，噪声增大，所以选择NaBH
4
浓度为20g/L。

图3.7 硼氢化钠浓度对实验的影响
5.2.3 铁氰化钾浓度对实验的影响
由图 3.8看出，K
3[Fe(CN)
6
]浓度在10-40g/L时，荧光强度相对稳定，从
40-50g/L时，荧光强度明显增大，而50g/L后又趋于稳定。

在酸性条件下，K
3[Fe(CN)
6
]
会生成剧毒的氰化钾，故选择K
3[Fe(CN)
6
]浓度时，应选择较低的。

我选择20g/L。

图3.8 铁氰化钾浓度对实验的影响
5.3 问题与展望
根据文献报道[18]，HG-AFS主要在中药中砷、汞、硒、镉、铅、锑和锗的分析中得到了应用，但由于许多试样中金属元素含量较低，且基体较为复杂，还需要进一步提高检测方法的灵敏度和重现性；而对中药中铋、锡和碲等元素的分析尚未见报道，其应用技术还需进一步研究。

样品的污染和损失是元素形态分析中的一个共同问题。

一方面在待测样品的制备、分离过程中，由于样品容易受到试剂和环境中的元素污染，使检测误差增大；另一方面由于微量元素与有机配体的结合较弱，在处理和分离过程中容易发生元素吸附或配体交换等现象，造成微量元素的损失而使回收率降低。

而微型分离技术及联用技术的发展和应用，将有望解决这些问题。

将电化学氢化物发生技术与AFS联用，用于分析中药中的微量金属元素，可以大大提高氢化物发生效率，解决干扰问题，并有望得到很低的检出限。

将固相微萃取技术与HG—AFS结合，有望减少干扰，提高检测灵敏度。

由于HG-AFS法具有其它分析方法所无法比拟的优势，而色谱技术有很高的分析性能，目前HPLC-HG-AFS、GC-HG-AFS、IC-HG-AFS联用技术已在环境样品中砷、铅等元素的形态和价态分析中得到应用。

随着样品前处理技术、富集分离技术及接口技术的不断完善，HG-AFS必将在中微量和痕量金属元素的总量和形态分析中得到更为广泛的应用。

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致谢
历时6个月的毕业论文暂告结束，这也意味着我在毕节学院四年的大学生涯已经接近尾声。

回首既往，自己一生最宝贵的时光能在这样美丽的校园之中，能在众多学富五车、才华横溢的老师们的熏陶下度过，我倍感万分荣幸。

在本文的撰写过程中，陈燕芹副教授作为我的指导老师，她治学严谨、学识渊博、视野广阔，为我营造了一种良好的学术氛围。

置身其间，耳濡目染、潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了明确的学术目标，领会了基本的思考方式，掌握了通用的研究方法，而且还明白了许多待人接物与为人处世的道理。

其严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，与无微不至、感人至深的人文关怀，令人如沐春风，倍感温馨。

正是由于她在百忙之中多次审阅全文，对细节进行修改，并为本文的撰写提供了许多中肯而且宝贵的意见，本文才得以成型。

同时感谢所有我所引用的所有文献的作者，他们对我的论文起到了很大的帮助，还有各科的任课老师和同学在这四年来给我的指导和帮助，正是由于他们，我才在各方面取得了显着的进步，在此向他们表示衷心的谢意，并祝愿所有的老师培育出越来越多、越来越优秀的人才，桃李满天下！。