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        ICP-OES軸向觀測法測定茶葉中五種有害重金屬含量

        2010-07-26 06:13:56李俊偉
        黑龍江科學(xué) 2010年1期
        關(guān)鍵詞:高氯酸定容硝酸

        李俊偉,馬 利,周 芳,楊 光

        (黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測研究院,黑龍江哈爾濱150050)

        2008年12月,衛(wèi)生部公布了第一批食品中可能添加的非食用物質(zhì)名單中,列出了可能用于茶葉著色的美術(shù)綠這種物質(zhì)。這種物質(zhì)以鉛、鉻兩種重金屬為主要成分,如果添加于茶葉中,勢必會造成茶葉中鉛、鉻嚴(yán)重超標(biāo)。由于受生長環(huán)境及茶葉生產(chǎn)過程的影響,砷、鎘、銅也是極易超標(biāo)重金屬,如被過量攝入人體,會對人體產(chǎn)生極大危害。對于茶葉中鉛、砷、鎘、鉻、銅這5種有害重金屬的測驗(yàn)方法報(bào)道中,多采用石墨爐原子吸收法[1]或氫化物原子熒光法[2]及ICPMS[3]法。前兩種方法在樣品前處理及儀器測定部分影響因素多,測定的準(zhǔn)確度不易控制,而ICP-MS法中儀器昂貴,測試成本也最高,一般室驗(yàn)室不具備此儀器,等離子體發(fā)射光譜儀是近年來發(fā)展成熟的樣品中元素檢測儀器。其優(yōu)點(diǎn)是樣品前處理簡單,能同時(shí)測定多種元素。本文用ICP-OES法同時(shí)測定茶葉中鉛、砷、鎘、鉻、銅5種有害重金屬含量,取得了滿意的結(jié)果。

        1 實(shí)驗(yàn)部分

        1.1 實(shí)驗(yàn)原理

        處理成溶液的樣品導(dǎo)入炬管高溫等離子體中,被測元素受激發(fā)釋放出特征輻射,根據(jù)特征輻射信號種類及強(qiáng)弱進(jìn)行定性與定量分析。

        1.2 儀器及試劑

        Optima 2100DV型等離子體發(fā)射光譜儀(美國Perkin-Elemer公司)。本實(shí)驗(yàn)中所用氬氣純度99.99%。

        實(shí)驗(yàn)用水為去離子水,所用玻璃容器均需用10%硝酸浸泡24h以上,臨用前用自來水沖洗干凈并用去離子水沖洗干凈。所用試劑均為優(yōu)級純;1mg/L鉛、砷、鎘、鉻、銅混合標(biāo)準(zhǔn)使用溶液(分別準(zhǔn)確吸取購自北京納克分析儀器有限公司濃度為1000mg/L鉛、砷、鎘、鉻、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液1mL于100mL容量瓶中,用鹽酸(1+9)定容至刻度,搖勻,從中吸取5mL于50mL容量瓶中,用去離子水稀釋至刻度,搖勻);鹽酸(ρ=1.18 g/mL);高氯酸(ρ=1.67g/mL);硝酸(ρ=1.42g/mL);雙氧水(30%);消化用混合酸:V高氯酸(ρ=1.67g/mL)/V硝酸((ρ=1.42g/mL)=4∶1

        1.3 分析步驟

        1.3.1 樣品溶液的制備

        A混酸常壓消化法,稱取0.5g(精確到0.0001g)樣品于250ml高筒燒杯中,加10mL混合酸,置于電熱板上消化,至樣品消化完全。冷卻,用去離子水沖洗表面皿及燒杯內(nèi)壁,重新置于電熱板上趕酸,至溶液近干,但不能干涸,取下冷卻,加0.5mL鹽酸,加入適量去離子水,溶解處理好的樣品,定容至25mL。此溶液為上機(jī)溶液。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

        B密封加熱壓力消化法,稱取0.5g(精確到0.0001g)樣品于聚四氟乙烯消化罐中,加3 mL硝酸、1mL雙氧水,蓋緊上蓋,放入烘箱中開始升溫,使烘箱溫度逐步升至130℃,保持3h,取出,置于冰浴中,勿使冰水超過上蓋;或直接將其放于室溫,待其冷卻至室溫。打開消化罐,趕掉二氧化氮?dú)怏w,定容至25mL。此溶液為上機(jī)溶液。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

        C1微波壓力消化法,稱取0.5g(精確到0.0001g)樣品于聚四氟乙烯消化罐中,加3 mL硝酸、1mL雙氧水,蓋緊上蓋,放入微波爐中,依次用解凍、小火、中火各處理3min,取出,置于冰浴中,勿使冰水超過上蓋;或直接將其放于室溫,待其冷卻至室溫。打開消化罐,趕掉二氧化氮?dú)怏w,定容至25mL。此溶液為上機(jī)溶液。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

        C2微波消解儀消化法,稱取0.5g(精確到0.0001g)樣品于微波消解儀專用消化罐中,加3 mL硝酸、1mL雙氧水,蓋緊上蓋,放入微波消解儀中,按食品消化程序處理,取出,置于冰浴中,勿使冰水超過上蓋;或直接將其放于室溫,待其冷卻至室溫。打開消化罐,趕掉二氧化氮體,定容至25mL。此溶液為上機(jī)溶液。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

        1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備

        分別移取1mg/L鉛、砷、鎘、鉻、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0mL于 7 支 50mL容量瓶中,各向每個(gè)容量瓶中分別加入0.5ml鹽酸,用去離子定容至刻度,此標(biāo)準(zhǔn)系列鉛、砷、鎘、鉻、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度都分別為 0、0.010、0.020、0.040、0.060、0.080、0.100mg/L。

        1.3.3 測定條件

        工作參數(shù):高頻發(fā)生器功率1.3kW;輔助氣流量0.2L/min;霧化氣流量0.8L/min;等離子體氣流量15L/min;冷卻水溫度 (18±1)℃;蠕動(dòng)泵流速1.5 mL/min;延遲時(shí)間 30s;積分時(shí)間自動(dòng)(1~5s);峰算法;峰面積(7點(diǎn)象元,銅元素用3點(diǎn)象元);觀測方向:軸向;測定波長:鉛 220.353nm、砷 193.696nm、鎘228.802nm、鉻267.716nm、銅327.393nm。背景校正點(diǎn)偏移值:鉛-0.022/0.011nm、砷-0.018/0.011nm、鎘-0.069/0.021nm、鉻-0.04/0.021nm、銅 -0.07/0.07nm。

        2 結(jié)果與討論

        2.1 處理樣品時(shí)方法的選擇

        本試驗(yàn)采用了四種消化樣品的方法,但不采用干法,原因是如果用干法測定砷元素時(shí),要在樣品中加入氧化鎂和硝酸鎂兩種物質(zhì),來達(dá)到定砷的目的。但是試驗(yàn)證明,這兩種物質(zhì)背景值很高,有的背景值比樣品中含量都要高。同時(shí),干法時(shí)間較長,工作效率太低。在采用濕法消化時(shí),上述四種方法都可以達(dá)到理想的測定效果。故選擇濕法消化。

        2.2 取樣量及定容體積的選擇

        本試驗(yàn)稱取0.5g樣品,消化完全后,定容體積選擇為25mL,樣品最后定容體積與樣品質(zhì)量之比大約為50倍。經(jīng)過樣品中其它元素測定,發(fā)現(xiàn)樣品中其它元素本底值較高[4]。本試驗(yàn)中,對30種茶葉進(jìn)行了本底元素含量的測定,按此比例進(jìn)行處理樣品,最后上機(jī)溶液鉀元素本底值中,鉀元素含量在300~500mg/L,鈣元素含量在100~200mg/L,鎂元素含量在30~50mg/L,錳元素含量在10~30mg/L,鐵元素含量在3~10mg/L,鋅元素含量在3mg/L左右,鋁元素含量在3~10mg/L而鈉元素含量均低于3mg/L。經(jīng)過實(shí)驗(yàn),在此背景下,對茶葉中鉛、砷、鎘、鉻、銅五種元素進(jìn)行測定時(shí),對測定結(jié)果影響不大,但是如果再加大取樣量,對儀器霧化器霧化效果開始有影響。使霧化效率降低,進(jìn)一步發(fā)生鹽份析出,堵塞霧化器。

        2.3 消化時(shí)使用酸的種類及配比

        本實(shí)驗(yàn)在采用混酸消化樣品時(shí),最好使用高氯酸與硝酸所配制的混合酸,其體積比為V高氯酸(ρ=1.67g/mL)/V硝酸(ρ=1.42g/mL)=4:1。在選擇酸時(shí),我們考察了硫酸與硝酸混合酸、高氯酸與硝酸混合酸、硫酸與雙氧水及硝酸、高氯酸與硝酸及雙氧水等方式,發(fā)現(xiàn)高氯酸與硝酸這兩種酸作為混合酸效果最好。消化樣品時(shí),加入混酸的量本著夠用即可的原則,加入10mL即可。在采用壓力密封消化時(shí),取0.5g樣品,加入3mL硝酸,1mL雙氧水即可[5]。

        2.3 共存離子的干擾現(xiàn)象

        茶葉中含有多種元素,在分析過程中,我們模擬茶葉中成份,考察了溶液中濃度為鉛、砷、鎘、鉻、銅各自濃度的10000倍鉀、4000倍鈣、1000倍鎂、600倍錳、200倍鐵和鋁及60倍鋅對此五種待測元素的影響。結(jié)果表明,這些元素對此5種元素的測定無影響。

        2.5 測定波長的選擇

        本實(shí)驗(yàn)中,選擇了鉛220.353nm、砷193.696nm、鎘228.802nm、鉻267.716nm、銅327.393nm做為測定波長。在選擇波長時(shí),由于茶葉背景值較高,所以可能會出現(xiàn)有干擾峰的出現(xiàn),在測定時(shí),以選用波長附近沒有干擾峰為原則。在儀器條件中,儀器給出了次靈敏線,也可以用以分析,但是檢出限不如本文所選擇分析線。

        2.6 回收率實(shí)驗(yàn)

        在實(shí)驗(yàn)中將同一樣品,分別加入1.25、2.50的1mg/L鉛、砷、鎘、鉻、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液,然后按本法四種方法處理樣品,并進(jìn)行回收實(shí)驗(yàn),回收率在91.0%~107.0%之間。平均回收率97.7%,結(jié)果見表2

        表1 回收率實(shí)驗(yàn)Table 1 Recovery rate test

        2.7 精密度試驗(yàn)

        選取1份茶葉樣品,按4種方法分別進(jìn)行6次重復(fù)測定,做精密度實(shí)驗(yàn),結(jié)果見表2

        2.8 線性范圍及檢出限

        在最佳儀器條件下測定0~0.10mg/L的鉛砷鎘鉻銅標(biāo)準(zhǔn)系列,相關(guān)系數(shù)分別為 0.99998、0.99999、0.99999、0.99998、0.99999,方程式為線性過零點(diǎn)方式,回 歸 方 程 分 別 為 :y=52550x、y=26711x、y=995700x、y=684700x、y=1083000x;

        在選擇的最佳測試條件下,連續(xù)11次對空白溶液測定砷的含量,其結(jié)果的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以曲線斜率所對應(yīng)的濃度值,即鉛砷鎘鉻銅的檢出限為0.6μg/L、0.3μg/L、0.03μg/L、0.05μg/L、0.03μg/L、,按本方法進(jìn)行處理及測定,在選擇的測定條件下最低檢測濃度為 0.03mg/kg、0.015mg/kg、0.0015mg/kg、0.0025 mg/kg、0.0025mg/kg。

        3 結(jié)論

        采用ICP-OES軸向觀測法同時(shí)測定茶葉中鉛、砷、鎘、鉻、銅含量,方法操作簡便,準(zhǔn)確度和精密度較高,具有推廣價(jià)值。

        [1]王黎瑾.石墨爐原子吸收法測茶葉中鉛和鎘[J].廣東微量元素科學(xué),2006,13(12):33~36.

        [2]韓立志.氫化物發(fā)生-原子熒光法測定茶葉中的微量砷[J].食品研究與開發(fā),2008,29(10):87~89.

        [3]黃志勇.ICP-MS測定茶葉中微量元素含量及其溶出特性的研究[J]廈門大學(xué)學(xué)報(bào),2003,42(5)29~32.

        [4]宇莉.貴州茶礦質(zhì)元素含量分析與茶葉質(zhì)量的關(guān)系[J].微量元素與健康研究,1998(2):25~34.

        [5]劉敬東,張景東.ICP-AES測定酵母中有害重金屬方法的研究[J].現(xiàn)代儀器,2002,8(6)20~21.

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