分析化学设计性实验-蔬菜中铅镉含量的测定

化学与环境学院仪器分析实验报告实验名称蔬菜中重金属（Pb、Cd）含量的测定专业化学教育班级姓名学号指导老师实验分组日期【实验题目】蔬菜中重金属（Pb、Cd）含量的测定【前言】随着工业化、城镇化、农业和养殖业的发展，人们对工业“三废”排放、生活垃圾、废旧电池的不适当处理等，导致土壤重金属污染状况日益严重，由此引起蔬菜也受到重金属污染。

蔬菜是日常食用量较大的一类农作物,土壤镉、铅污染对人体健康造成严重影响，能产生急性或慢性毒性反应, 还有致畸、致癌和致突变的潜在危害。

因此对蔬菜中的重金属铅、镉研究具有极大的现实意义。

本实验通过对不同蔬菜以及不同蔬菜的不同部位（茎、叶、花）进行试验,研究蔬菜的不同品种、同一品种的不同部位之间Cd、Pd含量的差异。

【摘要】铅离子和镉离子分别于-0.42V和-0.63V电位处能产生良好的极谱波，两者的峰电位相差较大，本实验通过用微波消解法处理蔬菜试样、用悬汞电极微分脉冲极谱溶出法对不同蔬菜以及不同蔬菜的不同部位（茎、叶、花）进行试验,研究蔬菜的不同品种、同一品种不同部位之间Cd、Pd含量的差异。

【关键词】干化灰化法；蔬菜；重金属（铅Pb、镉Cd）；ICP-AES一、实验原理1.目前有关该物质测定方法的概述：1.1光化学法：1.1.1原子吸收光谱法（AAS）原子吸收光谱法是20世纪50年代创立的一种新型仪器分析方法，它与主要用于无机元素定性分析的原子发射光谱法相辅相成，已成为对无机化合物进行元素定量分析的主要手段。

原子吸收分析过程如下：1、将样品制成溶液（空白）；2、制备一系列已知浓度的分析元素的校正溶液（标样）；3、依次测出空白及标样的相应值；4、依据上述相应值绘出校正曲线；5、测出未知样品的相应值；6、依据校正曲线及未知样品的相应值得出样品的浓度值。

1.1.2紫外可见分光光度法（UV）重金属与显色剂—通常为有机化合物，可于重金属发生络合反应，生成有色分子团，溶液颜色深浅与浓度成正比。

在特定波长下，比色检测。

分光光度分析有两种，一种是利用物质本身对紫外及可见光的吸收进行测定；另一种是生成有色化合物，即“显色”，然后测定。

加入显色剂使待测物质转化为在紫外和可见光区有吸收的化合物来进行光度测定，这是目前应用最广泛的测试手段。

国家标准中第三标准法双硫腙比色法测食品中铅含量。

它主要是利用pH=8.5~9.0时，硫离子与双硫腙生成红色配合物，溶于三氯甲烷，加入柠檬酸铵，氰化钾与盐酸羟铵等，防止铁、铜、锌等杂质离子的干扰，与标准系列比较定量。

缺点：虽然不少无机离子在紫外和可见光区有吸收，但因一般强度较弱，能直接用于定量分析的较少；由于三氯甲烷，氰化钾等是剧毒物质，因此这个方法有一定局限性。

1.1.3原子荧光法（AFS）原子荧光光谱法是通过测量待测元素的原子蒸气在特定频率辐射能激以下所产生的荧光发射强度，以此来测定待测元素含量的方法。

操作步骤：准确配制铅镉系列的标准溶液，在实验工作条件下，测定这两个元素的荧光强度，得到线性回归方程，再将待测样品的荧光强度代入方程即可得到样品中铅、镉的浓度。

优点：发射谱线简单，线性范围较宽，干扰少，快速、简便、准确且灵敏度高，能够进行多元素同时测定。

1.1.4X射线荧光光谱法（XRF）X射线荧光光谱法是利用样品对x射线的吸收随样品中的成分及其多少变化而变化来定性或定量测定样品中成分的一种方法。

当试样受到x射线，高能粒子束，紫外光等照射时，由于高能粒子或光子与试样原子碰撞，将原子内层电子逐出形成空穴，使原子处于激发态，这种激发态离子寿命很短，当外层电子向内层空穴跃迁时，多余的能量即以x射线的形式放出，并在教外层产生新的空穴和产生新的x射线发射，这样便产生一系列的特征x射线。

特征x射线是各种元素固有的，它与元素的原子系数有关。

所以只要测出了特征x射线的波长λ，就可以求出产生该波长的元素。

即可做定性分析。

在样品组成均匀，表面光滑平整，元素间无相互激发的条件下，当用x射线（一次x射线）做激发原照射试样，使试样中元素产生特征x射线（荧光x射线）时，若元素和实验条件一样，荧光x 射线强度与分析元素含量之间存在线性关系。

根据谱线的强度可以进行定量分析。

优点：分析迅速、样品前处理简单、可分析元素范围广、谱线简单，光谱干扰少，试样形态多样性及测定时的非破坏性。

缺点：检测精度和重复性不如光谱法。

1.1.5石墨炉原子吸收光谱法分别准确量取一定量的铅镉储备液，配置一系列标准溶液后按所选工作仪器条件用原子吸收分光光度计测出各溶液吸光度并制作A-C标准曲线，得出其一元线性回归方程。

再测出一定量试样溶液吸光度，代入回归方程中即可得到铅镉含量。

1.1.6火焰原子吸收法(标准加入法)分别移取适量样品于容量瓶中，分别加入一系列不同体积相同浓度的铅镉标准溶液，用盐酸定容。

使用空气-乙炔火焰，于原子吸收光谱仪波长283.30nm, 228.85nm处分别测量铅镉的吸光度，以标准系列浓度为横坐标，以扣除空白溶液的吸光度值为纵坐标作图，根据所绘制的直线外延与横轴的交点求出铅镉元素浓度。

1.1.7ICP-AES (本实验采用)电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES），是以电感耦合等离子矩为激发光源的光谱分析方法，具有准确度高和精密度高、检出限低、测定快速、线性范围宽、可同时测定多种元素等优点，国外已广泛用于环境样品及岩石、矿物、金属等样品中数十种元素的测定。

电感耦合等离子体焰矩温度可达6000-8000K，当将试样由进样器引入雾化器，并被氩载气带入焰矩时，则试样中组分被原子化、电离、激发，以光的形式发射出能量。

不同元素的原子在激发或电离后回到基态时，发射不同波长的特征光谱，故根据特征光的波长可进行定性分析；元素的含量不同时，发射特征光的强弱也不同，据此可进行定量分析。

2.预处理方法的选择2.1湿法消解湿法消解是用酸或碱在开放或封闭容器中加热条件下将固体样品分解，待溶液呈现清亮颜色后，低温至蒸干，然后用稀酸定容待测。

加热装置可以是电热炉、电热板、控温或红外加热消解器等。

常用的消解液盐酸、硫酸、硝酸、高氯酸、氢氟酸和氢氧化钠，具体用哪种消解体系根据样品所需。

湿法消解分为常压湿法消解和密闭增压湿法消解两种，前者装置简单，可在普通实验室通过手工操作完成，为应用最广的消解方法；后者需要有不锈钢外套的氟塑料罐中在烘箱内加热完成消解，这种方法适用于比较难分解的样品。

2.2干灰化对于很多植物、食物、生物等含有大量有机质的样品来说，首先应该破坏掉有机质释放出微量的无机物质进行测定，灰化法是将样品至于马弗炉中，在450～600℃高温下将有机质分解，剩下的无机质用少量酸溶解进行测定。

干灰化程序分为干燥、碳化、灰化和酸解四个阶段，最大的特点就是取样量大，并且可以彻底清除有机质而降低基体干扰。

2.3碱熔融法对于氧化硅及硅酸盐含量比较高的样品，不易用酸溶，通常用碱熔法，如地质矿物类硅酸盐样品。

通常将岩石样品研细至200目，然后与碱液混溶于高温炉中加热熔化至球状，然后用酸将熔融物浸出，在超声波中溶解，待测。

常用的碱熔剂有无水碳酸钠、氢氧化钠、过氧化钠和偏硼酸锂。

2.4微波消解微波消解属于内加热，是通过300-～300000 MHz的电磁波，直接穿透物质使能量辐射到电介质上，是物质内分子高速运动与摩擦产生的内加热。

微波加热是随着分析仪器和方法的快速、简单、敏捷及自动在线化的发展的需求下发展起来的，与传统的消解方法相比，该方法最突出的特点就是消解速度快，分解能力而且快速节约时间。

综述：由于湿法消解在消解过程中有大量有毒气体生成，而碱熔法氧化硅及硅酸盐含量比较高的样品，并且考虑实验条件的限制，本实验采用干灰法。

3.实验步骤的设计同种蔬菜不同器官所含Pb、Cd有明显差异，一般为：根＞茎＞叶＞果或根＞叶＞茎＞果。

蔬菜中Pb、Cd含量与土壤中相对应元素含量均无显著相关性。

因此本实验选用同种蔬菜的不同部位进行实验。

4.结果分析标准食物中重金属卫生标准元素标准限值/mg(kg鲜重)-1标准来源Pd ≦0.2mg• kg-1《植物中铅限量卫生标准》（GB14935-94）Cd ≦0.05mg• kg-1《植物中镉限量卫生标准》（GB15201-94）通过与蔬菜中镉、铅限量卫生标准，鉴定蔬菜质量与蔬菜不同部位的可食用性。

二、实验内容与步骤1.1蔬菜样品本实验所用的蔬菜样品为市场上购买的普通菜心，分别取其茎、叶、叶茎及菜花四处不同保部位进行实验。

1.2 主要仪器IRIS INTREPID Ⅱ高频电感耦合等离子直读光谱仪（美国热电公司），100mL 容量瓶，胶头滴管，漏斗，200mL烧杯，玻璃棒，电子台秤，坩埚，电热炉，马弗炉，电热板，滤纸。

1.3 实验试剂浓硝酸、去离子水1.4 样品的预处理与标准溶液的配制1.4.1 5%稀硝酸的制备：用去离子水将5mL浓硝酸稀释至100mL备用1.4.2样品的预处理：剪取菜心的菜花，称取2.54g，剪碎，置于瓷坩埚中。

盖上盖子，留出一条小缝使坩埚与大气相通。

用小火在可调式电热板上炭化至无烟。

将样品移入马弗炉内，在500±50℃下灰化2h。

用量筒量取5mL浓硝酸于烧杯中，加入95mL去离子水，配成体积分数为5%的稀硝酸溶液。

向坩埚内加入一半坩埚体积的稀硝酸溶液，在高温石墨电热板上加热溶解，但不能是溶液沸腾。

消化完全后，用漏斗过滤，滤液直接用100mL容量瓶收集，滤渣用去离子水洗涤两到三次，洗液也一并流入容量瓶。

用去离子水稀释定容摇匀待用。

1.5测定方法的选择（干灰化法）五、数据记录组号质量（g）部位Pb Cdc（mg/kg）c（mg/kg）301 4.99 叶柄0.579 0.064302 4.16 叶0.562 0.061303 4.22 叶0.712 0.072304 5.09 茎0.713 0.071305 2.54 花 1.1772 0.130六、结果与讨论1. 样品铅镉含量与国标比较食物中重金属卫生标准元素标准限值/mg(kg鲜重)-1标准来源Pd ≦0.2mg• kg-1《植物中铅限量卫生标准》（GB14935-94）Cd ≦0.05mg• kg-1《植物中镉限量卫生标准》（GB15201-94）查阅文献，得蔬菜不同部位对Cd、Pd的积累规律为根＞叶＞茎，原因为：Cd进入芥菜根组织后，只有少量的Cd、Pd被转移运输到根上部位，大部分Cd、Pd被保留在芥菜的根部。

而Cd、Pd在根系主要以Cd3(PO4)2和PbCO3等沉淀形式存在，在茎、叶中也以游离态和络合态Cd存在，由于吸持、钝化或沉淀作用芥菜根系所吸收的Cd、Pd向地上部运输困难。

对于花，查阅不到相关的材料，但是很明显的，花中的Cd,Pb含量要比其他部位要高很多，Pb超标5倍，Cd超标26倍，所以在平时食用蔬菜的时候尽量不要食用花。