实验报告
课程名称： 农产品检测与农化分析实验 指导老师： 倪吾钟 成绩：__________________
实验名称： 茶叶中铅含量的测定、 大米中镉含量的测定 同组学生姓名： 余慧珍 一、实验目的和要求
二、实验内容和原理
三、实验材料与试剂 四、实验器材与仪器 五、操作方法和实验步骤 六、实验数据记录和处理 七、实验结果与分析 八、讨论、心得
一、 实验目的和要求
1.掌握茶叶中铅含量的干灰化-火焰原子吸收分光光度计测定方法与结果分析； 2.掌握大米中镉含量的干灰化-石墨炉原子吸收分光光度计法与结果分析；
二、 实验内容和原理
1. 铅的测定——干灰化-火焰原子吸收分光度计法
试样经灰化后，注入火焰原子吸收分光光度计中，火焰原子化后吸收283.3 nm 共振线，在一定浓度范围，其吸收值与铅含量成正比，与标准系列比较定量[1]。
2. 镉的测定——干灰化-石墨炉原子吸收分光光度计法
试样经灰化后，注入火焰原子吸收分光光度计石墨炉中，电热原子化洗后228.8nm共振线，在一定浓度范围，其吸收值与镉含量成正比，与标准系列比较定量[2]。
三、 实验器材与仪器
1.样品
茶叶（西湖龙井）、大米； 2.试剂
硝酸（优级纯）、铅标准储备液（100mg/L）、镉标准储备液（1000mg/L）、混合酸（硝酸：高氯酸=9：1）；
3.器材
瓷坩埚、马弗炉、火焰原子吸收分光光度计、石墨炉原子吸收分光光度计、恒温干燥箱、马弗炉、天平（感量1mg）、可调式电炉。
四、 操作方法和实验步骤
1.待测样品制备——干灰化法
称取 1 g茶叶和粉碎的大米样品0.5g于样品于瓷坩埚中（精确到0.001g，干样），先小火在可调式电热板上炭化至无烟，移入马弗炉500℃±25℃灰化6 h～8 h，冷却；
若个别试样灰化不彻底，则加1 mL 混合酸在可调式电炉上小火加热，反复多次直到消化完全，放冷，用硝酸（4.6）将灰分溶解，用滴管将试样消化液洗入或过滤入（视消化后试样的盐分而定）
10 mL～25 mL 容量瓶中，用水少量多次洗涤瓷坩埚，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；
同时作试剂空白[1]。
2.茶叶中铅的测定——火焰原子吸收分光度计法
2.1仪器参考条件
空心阴极灯电流 8 mA；共振线283.3 nm；狭缝0.4 nm；空气流量8 L/min；燃烧器高度6 mm。 2.2标准曲线绘制
吸取上面配制的铅标准使用液0，10.0 ng/mL，20.0 ng/mL，40.0 ng/mL，60.0 ng/mL，80.0 ng/mL约10 μL，测得其吸光值并求得吸光值与浓度关系的一元线性回归方程。
2.3试样测定
分别吸取样液和试剂空白液各10 μL，注入石墨炉，测得其吸光值，代入标准系列的一元线性回归方程中求得样液中铅含量[1]。
3.大米中镉的测定——石墨炉原子吸收分光度计法
3.1仪器参考条件
根据所用仪器型号将仪器调至最佳状态。原子吸收分光光度计（附石墨炉及镉空心阴极灯）测定参考条件如下：
波长228.8 nm，狭缝0.2 nm～1.0 nm，灯电流2 mA～10 mA，干燥温度10℃，干燥时间20s； 灰化温度400℃～700℃，灰化时间20s～40s； 原子化温度1300℃～2300℃，原子化时间3s～5s； 背景校正为氘灯或塞曼效应。 3.2标准曲线的制作
将标准曲线工作液按浓度由低到高的顺序各取20 μL注入石墨炉，测其吸光度值，以标准曲线工作液的浓度为横坐标，相应的吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线并求出吸光度值与浓度关系的一元线性回归方程。
标准系列溶液应不少于5个点的不同浓度的镉标准溶液，相关系数不应小于0.995。（如果有自动进样装置，也可用程序稀释来配制标准系列）
3.3试样溶液的测定
于测定标准曲线工作液相同的实验条件下，吸取样品消化液20 μL（可根据使用仪器选择最佳进样量），注入石墨炉，测其吸光度值。代入标准系列的一元线性回归方程中求样品消化液中镉的含量，平行测定次数不少于两次。若测定结果超出标准曲线范围，用硝酸溶液（1％）稀释后再行测定[2]。 4.计算公式
试样中铅（镉）含量计算公式为[1,2]：
其中，X——试样中镉含量，单位为毫克每千克（mg/kg）；
c1——试样消化液中镉含量，单位为纳克每毫升（ng／mL）； c0——空白液中镉含量，单位为纳克每毫升（ng／mL）；
V———试样消化液定容总体积，单位为毫升（ｍＬ）； m———试样质量，单位为克（ｇ）； 1000——换算系数。
以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，结果保留两位有效数字。
五、 实验数据记录和处理
1. 茶叶中Pb含量测定结果
表1-1仪器工作条件记录表
Pb
吸收线 波长(nm) 283.3
空心阴极灯 原子化器电流(mA)
8
高度(mm)
7
空气流量(L/min) 2.0
表1-2 茶叶Pb含量测定数据记录表
Pb 实验组
茶叶质量m(g) 1.0087
吸光值 Abs 0.0007
溶液质量 浓度c(mg/l) 0.0349
分取倍数 ts 1
定容体积 V(ml) 50
茶叶Pb质量分数
X(mg/g) 0.00173
注：空白对照吸光值未知；
2. 大米中Cd含量测定结果
表2-1仪器工作条件记录表
Cd
吸收线
灯
狭缝宽度(mm) 1.0
空气流量(L/min) 1.8
燃烧器 高度(mm)
7
原子化 温度(℃) 1600
波长(nm) 电流(mA) 228.8
2
表2-2 大米中Cd含量测定数据记录表
Cd 实验组
大米样品 质量m(g) 0.5033
吸光值 Abs 0.3958
溶液质量 浓度c(mg/l)
1.482
分取倍数 ts 1
待测液体积 V(ml) 50
大米中Cd 质量分数X(mg/g)
0.00147
注：空白对照吸光值为在第一次测定中过高，虽中途更换过石墨炉，但空白的吸光值仍较高，很有可能受到污染。
六、 实验结果与分析
本实验按照GB 5009.12-2011和GB5009.15-2014规定操作方法，测得茶叶中Pb含量与大米中Cd含量分别为0.00173 mg/g和0.147mg/g。
1.茶叶中Pb含量测定结果分析
根据GB 2762-2012规定，茶叶中Pb限量指标（以Pb计）为5.0mg/kg，对比可知本实验茶叶Pb含量符合国家标准，远低于限量标准，可放心饮用。本实验所用茶叶为西湖龙井，据报道，西湖龙井茶或杭州绿碎茶中，干茶中的Pb含量范围在2.05~3.94mg/kg，均低于国家限量标准[5]。但茶叶在浸泡中Pb的浸出率需受到重视，茶叶研磨越碎、浸泡时间越长、浸泡温度越高、水pH过高或过低、茶水比小[6]，茶叶中Pb的浸出率越大。如杭州产茶叶中的绿碎茶在二泡后，Pb总浸出量达1.03mg/kg，浸出率为26.14%，远远高于西湖龙井茶的浸出率（2.08%~10.48%）。
本实验中与GB 5009.12-2011存在差异的是，并没有采用二乙基二硫代氨基甲酸钠（DDTC）形成络合物进行测定。采用有机试剂萃取-火焰原子吸收法的确能提高灵敏度，但萃取、喷雾均使用有毒有害有机试剂，手续繁琐且易造成环境污染。而原子吸收法本身是基于原子蒸汽中待测基态原子吸收特征光波后，由辐射光波强度减弱程度求出待测元素。因此，不采用有机试剂络合萃取，大多数组的吸光度与Pb标线的零点吸光度接近，即实验组待测液中Pb含量过低，没有落在Pb标线准确度较高的范围之内。而本次Pb标准曲线由本人配置，根据仪器拟合所得表现，R2=0.999，这说明配置精确度较高，若时间允许宜将标液稀释10倍后配置新的一组标线，运用石墨炉原子吸收光谱法进一步确定Pb含量。
可能影响Pb含量测定的因素有： 1.1灰化温度
在干灰化法中，最佳灰化温度范围为460~550℃，在此范围内光密度布标。若温度低于420℃，灰化不完全，而高于550℃较易脱离灰化体系，造成损失[6]。
1.2铁干扰
茶叶中Fe含量比较高，当待测液中Fe含量较大时，Fe 216.995nm谱线对Pb 217.0nm谱线存在干扰。有文献指出，原子化器内共存集基体元素吸收线与分析元素谱线差小于0.2nm时，有可能产生吸收线重叠干扰。因此，本实验选用的283.3nm谱线下测Pb能对Fe表现出良好的抗干扰能力，是茶叶Pb含量测定时的最佳谱线[7]。
1.3盐分干扰
在火焰原子吸收分光度法测Pb时，茶叶盐成分中的Cl-会有干扰，在一定范围时，Cl-浓度每增加一倍，原子吸收分光光度仪读数约增加2.5倍。而硝酸能排除其干扰，在消除Cl-干扰时，一定要保证样品在灰化后再加入浓硝酸，若如湿法消解中先加入浓硝酸会引起Pb损失。而过硫酸铵或硫酸在燃烧过程中以稳定化合形态蒸发产生强烈的分子吸收，它的吸收光谱子在200.0~320.0 nm之间，与Pb吸收谱线重叠，因此两者不能作为强酸排除Cl-干扰[8]。
2.大米中Cd含量测定结果分析
根据GB 2762-2012规定，大米中Cd限量指标（以Cd计）为0.2mg/kg，对比可知本实验大米Cd含量接近但符合国家标准，远远优于CAC标准规定的0.45mg/kg[9]。大米是我国居民膳食镉的主要来源，控制大米镉含量几乎能控制我国居民二分之一的镉膳食暴露。因此，2012年发布的污染物限量标准中，我国大米镉限量严于CAC和部分国家规定。虽然该批次大米Cd未超标，但长期使用接近限量指标的大米，且膳食结构不均依然会造成慢性中毒，人体有长期潜在威胁。因此，不建议改类大米在市场销售或长期食用。
本实验中影响大米Cd含量测定的因素有： 2.1未用基体改进剂
对有干扰的试样，和样品待测液一起注入石墨炉5μL基体改进剂磷酸二氢铵溶液（10g/L）为宜，相应地绘制标准曲线时也要加入与试样测定等量的基体改进剂[2]。
2.2空白样异常
本实验中，空白组吸光值异常偏高，且在更换石墨炉后重新检测仍为较高水平。这可能与空白组瓷坩埚在上次实验后未洗净，或空白组与实验组混淆有关。缺少空白样对照，本实验Cd含量测定可能偏高。
2.3温度
干灰化法时，由于高温加热，当灰化温度过高（大于550℃）时会造成元素损失，且灰化时间较长。石墨炉检测时，干燥温度一般采用110℃~130℃，保持10~20s，可以克服样品在石墨管中溅跳和赶酸。
七、 讨论、心得
粮食质量安全问题越来越成为普通老百姓甚至是政府部门关注的焦点之一。近年来，由于矿产过度的开发以及工业废水任意排放，造成环境及水体污染，其中有毒重金属超标问题不容乐观，尤其是镉的含量，无公害农产品和绿色食品等食品标准中有严格限量，也是国家农产品例行监测的重要指标。镉是大米卫生标准中的重要限量指标， 金属镉的毒性较低，但其形成镉化合物后毒性很大，镉化合物进入
人体，危害身体健康，镉化合物最严重的健康效应是对骨骼的影响，20世纪60年代发生在日本著名的痛痛病就是因为人体内吸入过量的镉化合物引起，其主要特征是骨软化和骨质疏松；其次镉可直接抑制含巯基酶，也可导致去甲肾上腺素、胰腺胆碱水平下降，对脑代谢产生不利影响[10]。
目前，测定痕量镉的方法主要有火焰原子吸收法、石墨炉原子吸收法（本实验中采用）、原子荧光法。石墨炉原子吸收光谱法因具有较高灵敏度，操作简便而被列为国标方法。而其样品前处理方法一般采用干灰化法或湿法消解，操作繁琐，试剂用量大，易受污染和损失，且如干灰化法测定周期长。
而微波消解技术是近年来发展成熟的新的试样消解技术[11]，样品在密闭消解罐中，用硝酸和过氧化氢在高温高压下对待测样品进行消化处理。微波消解法的优点是消解速度快，试剂用量少，操作简单安全，同时也大大减少易挥发元素的损失和实验环境对样品的污染，降低了空白值，提高了方法的灵敏度和准确度。
蒋小良等[11]在运用微波消解-石墨炉原子吸收光谱法，测定大米中痕量Cd实验中，经过对比选择了硝酸+过氧化氢作为微波消解中的消解剂，石墨炉条件则选择灰化温度350℃，原子化温度1900℃，2.5g/L的硝酸镁溶液作为基体改进剂，方法精确度在1.9~3.4%之间。是一种操作简便快捷、灵敏度高的方法。且微波消解法在精确性方面优势明显，对挥发性元素、可疑样品的确认或质控样品的监测是最适合的选择。在茶叶Pb测定中，微波消解法也较为常用[12]。
参考文献
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[11] 蒋小良, 黄钧. 微波消解-石墨炉原子吸收光谱法测定大米中痕量镉[J]. 中外食品, 2014, (2). [12] 王娟. 干法灰化和微波消解石墨炉原子吸收法对茶叶中铅含量测定的比较[J]. 湖南农业科学, 2014, (5):55-57.