朱浩嘉，潘道東*，顧愿愿，李建龍，趙紫微，丁 琳

（寧波大學(xué)海洋學(xué)院，浙江 寧波 315211）

牛奶中富含蛋白質(zhì)、脂肪、乳糖、維生素等多種營(yíng)養(yǎng)元素，能滿足人體多方面的營(yíng)養(yǎng)需要，是人們重要的日常營(yíng)養(yǎng)食品之一。近年來(lái)，由于環(huán)境和人為因素的影響，使牛奶以及奶制品受到了不同程度的重金屬污染。長(zhǎng)期食用重金屬含量超標(biāo)的牛奶，會(huì)嚴(yán)重影響人體健康，尤其對(duì)老年人和兒童的危害更大[1]。

鎘、鉛是嚴(yán)重污染環(huán)境，危害人類(lèi)健康的有毒重金屬元素；銅雖是人體必需元素，但過(guò)量攝入會(huì)危害身體健康，如阻礙鐵、鋅的吸收，引發(fā)腦功能衰退等，所以對(duì)牛奶中鎘、鉛、銅含量的檢測(cè)十分必要[2]。目前對(duì)食品中重金屬的測(cè)定，比較常見(jiàn)的方法有原子吸收法、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法、分光光度法等[3-5]。但原子吸收法的檢測(cè)限還不夠低，標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的線性范圍窄，電感耦合等離子體發(fā)射光譜法儀器昂貴，易受污染，限制了其在實(shí)際檢測(cè)中的應(yīng)用[6-7]。

陽(yáng)極溶出伏安（anodic stripping voltammetry，ASV）法是一種具有高靈敏度、選擇性和多元素同時(shí)分析的電化學(xué)分析方法，儀器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、便于推廣、應(yīng)用范圍廣，在分析領(lǐng)域中顯示出很大的潛力和優(yōu)越性[8-11]，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于水體檢測(cè)[12-14]、藥物成分分析[15-17]以及食品分析[18-20]等方面。如嚴(yán)金龍等[21]通過(guò)ASV法測(cè)定了食醋中的銅鉛鎘元素的含量，當(dāng)銅、鉛和鎘金屬離子的含量為0.05～3.00 mg/L之間時(shí)，線性關(guān)系好，可用于對(duì)食醋的檢測(cè)。路純明等[22]使用同位鍍汞脈沖溶出伏安法對(duì)香煙中鎘元素含量進(jìn)行了測(cè)定，線性范圍為3.56×10－8～1.07×10－6mol/L，檢測(cè)限為8.90×10－9mol/L。但是使用同位鍍汞陽(yáng)極溶出伏安法同時(shí)測(cè)定牛奶中鎘、鉛、銅3 種元素，目前國(guó)內(nèi)尚未見(jiàn)報(bào)道。采用同位鍍汞的方法同時(shí)測(cè)定牛奶中鎘、鉛、銅的含量，可以有效克服預(yù)鍍汞膜大量使用汞液造成的二次污染，同時(shí)還可以減少操作過(guò)程。此方法簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確，靈敏度高，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)牛奶樣品中鎘、鉛、銅的同時(shí)測(cè)定。

1 材料與方法

1.1 材料、試劑與儀器

鮮牛奶 市購(gòu)；1 mg/mL鎘、鉛、銅標(biāo)準(zhǔn)液 國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；HgCl2、HAc、NaAc、HClO4、HNO3上海國(guó)藥有限公司；HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）：32 g NaAc溶于水中，加6 mol/L HAc 68 mL，稀釋至500 mL。所用試劑均為分析純，水為重蒸餾水。

CHI10308電化學(xué)工作站（三電極系統(tǒng)：玻碳電極為工作電極，Ag/AgCl為參比電極，鉑絲電極為輔助電極）上海辰華儀器公司。實(shí)驗(yàn)中使用的玻璃儀器均在HNO3（1＋1）溶液中浸泡過(guò)夜后使用。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

準(zhǔn)確移取5.00 mL牛奶樣品于高溫消化管內(nèi)，加入5.00 mL HNO3和2.00 mL HClO4，再加入一粒玻璃珠，管口放歪嘴漏斗，靜置24 h，置電爐上加熱至紅色氣體散盡，取下冷卻，然后繼續(xù)加熱至冒濃白煙，冷卻至室溫，加入少量重蒸餾水，消化至樣品變?yōu)槌吻逡后w后取出冷卻，加10%的HNO3溶液定容至50 mL，搖勻待測(cè)[23]。

1.2.2 電極預(yù)處理

將玻碳電極依次用乙醇（1＋1）、硝酸（1＋1）、去離子水分別超聲5 min，再依次用1.0、0.3、0.05 μm粒徑的α-Al2O3粉末反復(fù)打磨至鏡面，每次換不同粒徑α-Al2O3粉末前，將打磨布和電極用去離子水沖洗干凈，最后用氮?dú)鈱㈦姌O吹干備用。以打磨好的電極作為工作電極，置于0.5 mol/L H2SO4溶液中，接通三電極系統(tǒng)，在－1.0～1.0 V電位間進(jìn)行循環(huán)掃描極化處理，直至循環(huán)伏安曲線穩(wěn)定。

1.2.3 測(cè)定方法

取適量鎘、鉛、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液于電解池中，加入HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）5 mL，HgCl2溶液5 mL，重蒸餾水稀釋至20 mL，通入高純N210 min以除氧。靜止10 s后，置入電極，開(kāi)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)工作電極，在－1.0 V處富集，富集240 s后停止旋轉(zhuǎn)工作電極，靜置10 s。控制方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV，采用方波伏安法從－1.0 V反向掃描至0.10 V，記錄掃描曲線，于－0.08、－0.52、－0.70 V處分別記錄銅、鉛、鎘離子的溶出峰。

2 結(jié)果與分析

2.1 底液選擇

圖 1 鎘、鉛和銅的陽(yáng)極溶出伏安曲線Fig.1 Anodic stripping voltammetry curves of cadmium, lead and copper

本實(shí)驗(yàn)分別以稀硝酸、KCl-HCl、KCl、NH3-NH4Cl、HAc-NaAc為底液進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，以HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）為底液，所得到的陽(yáng)極溶出伏安曲線基線平穩(wěn)，鎘、鉛和銅的溶出峰可以清楚分開(kāi)且均具有良好峰形，見(jiàn)圖1。而且HAc-NaAc緩沖溶液對(duì)酸化的樣品具有較好的pH值調(diào)節(jié)能力。本實(shí)驗(yàn)選擇HAc-NaAc緩沖溶液（pH 4.5）作為底液。

2.2 底液pH值的影響

圖 2 pH值對(duì)峰電流的影響Fig.2 Effect of pH on peak current

由圖2可以看出，鎘、鉛和銅的峰電流隨著底液pH值的變化而變化，pH值在3.5～4.5范圍，鎘、鉛和銅的峰電流隨著pH值的增大而增加，pH值大于4.5，鉛和鎘的峰電流開(kāi)始有明顯下降趨勢(shì)，pH值大于5.0時(shí)，銅的峰電流明顯下降。實(shí)驗(yàn)還發(fā)現(xiàn)pH值過(guò)高，易出現(xiàn)氫波干擾，影響測(cè)定結(jié)果。因此實(shí)驗(yàn)選用pH值為4.5的HAc-NaAc緩沖液為底液。

2.3 汞液濃度的影響

由圖3可以看出，汞液濃度會(huì)影響銅、鉛和鎘的峰電流大小，當(dāng)汞液濃度由1×10－6mol/L增加到1×10－3mol/L，銅、鉛和鎘離子的峰電流都隨之增大，但隨著汞液濃度增大，易在電極上產(chǎn)生氣泡，使體系的酸度發(fā)生變化，降低檢測(cè)效果，同時(shí)對(duì)環(huán)境污染也加大。因此選擇汞液濃度1×10－4mol/L。

圖 3 汞液濃度對(duì)峰電流的影響Fig.3 Effect of mercury concentration on peak current

2.4 富集條件的選擇

2.4.1 富集電位對(duì)峰電流的影響

圖 4 富集電位對(duì)峰電流的影響Fig.4 Effect of deposition potential on peak current

由圖4可知，富集電位－1.3～－0.9 V范圍內(nèi)，銅、鉛和鎘的溶出峰電流基本保持恒定，電位超過(guò)－0.5 V則觀察不到溶出峰；富集電位大于－0.9 V，峰電流則隨電位的增大而降低，可能是由于生成的汞齊還原不充分造成的；富集電位太低，則電極表面易產(chǎn)生析氫反應(yīng)，影響金屬在電極表面沉積，降低檢測(cè)靈敏度。因此實(shí)驗(yàn)選用－1.0 V為富集電位。

2.4.2 富集時(shí)間對(duì)峰電流的影響

由圖5可見(jiàn)，富集時(shí)間在60～420 s范圍時(shí)，銅、鉛和鎘峰電流均隨富集時(shí)間延長(zhǎng)而增大。但是實(shí)驗(yàn)采用的是同位鍍汞，隨著富集時(shí)間的延長(zhǎng)，富集量增加，汞膜厚度也增加，長(zhǎng)時(shí)間富集會(huì)導(dǎo)致汞膜發(fā)生滲透作用[24]，實(shí)驗(yàn)重復(fù)性變差，同時(shí)富集時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)使小體系中待測(cè)離子濃度改變而且延長(zhǎng)了實(shí)驗(yàn)時(shí)間。因此富集時(shí)間選用240 s。

圖 5 富集時(shí)間對(duì)峰電流的影響Fig.5 Effect of deposition time on peak current

2.5 儀器參數(shù)的選擇

實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，方波頻率10～40 Hz、電位增量1～7 mV、方波幅度10～60 mV，隨著方波頻率、電位增量和方波幅度的增大，銅、鉛和鎘的峰電流基本保持恒定，但銅、鉛和鎘的半峰寬增大，峰變得不對(duì)稱(chēng)，峰形明顯變差，影響檢測(cè)效果。因此本實(shí)驗(yàn)選擇方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV。

2.6 線性范圍和檢測(cè)限

配制系列不同質(zhì)量濃度的鎘、鉛、銅標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件下，研究了鎘、鉛和銅的峰電流與質(zhì)量濃度之間的關(guān)系，并平行測(cè)定20 次空白溶液，得出銅、鉛和鎘的檢測(cè)限，結(jié)果見(jiàn)表1。

表 1 各元素的線性方程、相關(guān)系數(shù)、線性范圍與檢測(cè)限Table 1 Linear equations, correlation coefficients, linear ranges and limits of detection of Cu, Pb and Cd

2.7 樣品加標(biāo)回收率

準(zhǔn)確移取5.00 mL牛奶樣品，按1.2.1節(jié)方法處理樣品，加入一定質(zhì)量濃度的銅鉛鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液，樣品重復(fù)測(cè)定5 次，結(jié)果見(jiàn)表2。結(jié)果顯示鎘、鉛、銅測(cè)量結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均小于5%，鎘的回收率范圍為96%～105%，平均回收率為99.57%；鉛的回收率范圍為95%～105%，平均回收率為101.3%；銅的回收率范圍為96 %～101%，平均回收率為98.00%。

表 2 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Recoveries of Cd, Pb and Cu in spiked milk samples

2.8 樣品分析

準(zhǔn)確移取5.00 mL牛奶樣品，按1.2.1節(jié)方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，樣品重復(fù)測(cè)定5 次，并與原子吸收光譜（atomic absorption spectroscopy，AAS）的測(cè)定結(jié)果進(jìn)行比較，結(jié)果見(jiàn)表3。利用t檢驗(yàn)法進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)本方法測(cè)定結(jié)果與AAS法測(cè)定結(jié)果無(wú)顯著性差異（P＞0.05），RSD均小于5%。結(jié)果表明，本法靈敏度高、選擇性和可靠性較好，可以用于牛奶中銅、鉛、鎘的同時(shí)快速分析。

表 3 樣品中的銅、鉛、鎘含量分析Table 3 Comparative contents of Cu, Pb and Cd in milk samples determined by three different methods

3 結(jié) 論

實(shí)驗(yàn)采用同位鍍汞陽(yáng)極溶出伏安法對(duì)牛奶中銅、鉛和鎘元素進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，對(duì)測(cè)試條件進(jìn)行了優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在底液為HAc-NaAc緩沖溶液，pH 4.5、汞液濃度1×10－4mol/L、富集電位－1.0 V、富集時(shí)間240 s、方波頻率30 Hz、電位增量4 mV、方波幅度25 mV條件下，方法靈敏度高，線性范圍寬，檢測(cè)限低，鎘、鉛和銅的檢測(cè)限分別為0.06、0.30、0.10 μg/L，樣品加標(biāo)平均回收率分別為99.57%、101.3%、98.00%，測(cè)定結(jié)果RSD均小于5%。分別使用ASV和AAS對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，利用t檢驗(yàn)法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)兩者之間無(wú)顯著性差異（P＞0.05），結(jié)果表明該方法測(cè)得的銅、鉛和鎘元素含量準(zhǔn)確、可靠。而且方法簡(jiǎn)單、快速，可用于對(duì)牛奶中鎘、鉛和銅元素含量的同時(shí)檢測(cè)。

[1]張萍, 何振宇, 梁高道. 牛奶中鉛和鎘對(duì)人體健康風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)價(jià)[J]. 食品科學(xué), 2007, 28(7): 417-419.

[2]游勇, 鞠榮. 重金屬對(duì)食品的污染及其危害[J]. 商品與質(zhì)量: 學(xué)術(shù)觀察, 2007(2): 102-103.

[3]李燕群. 原子吸收光譜法在重金屬鉛鎘分析中的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 冶金分析, 2008, 28(6): 33-41.

[4]阮桂色. 電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展[J]. 中國(guó)無(wú)機(jī)分析化學(xué), 2011, 15(4): 15-18.

[5]初曉娜, 趙燕飛, 穆阿麗, 等. 濕法消解-石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定牛奶中鉛含量[J]. 理化檢驗(yàn): 化學(xué)分冊(cè), 2012, 48(10): 1238-1239.

[6]呂彩云. 重金屬檢測(cè)方法研究綜述[J]. 資源開(kāi)發(fā)與市場(chǎng), 2008,24(10): 887-890; 898.

[7]李萬(wàn)霞, 郭璇華, 馮佳和. 紫外光解-微分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定牛奶及酸奶中銅鉛含量[J]. 分析儀器, 2008(4): 35-39.

[8]BROWN R J C, MILTON M J T. Analytical techniques for trace element analysis: an overview[J]. TrAC Trends in Analytical Chemistry, 2005, 24(3): 266-274.

[9]KEFALA G, ECONOMOU A, VOULGAROPOULOS A, et al. A study of bismuth-film electrodes for the detection of trace metals by anodic stripping voltammetry and their application to the determination of Pb and Zn in tapwater and human hair[J]. Talanta, 2003, 61(5): 603-610.

[10]賴(lài)瑢, 丘福保, 徐鎮(zhèn)耿, 等. 微波消解-溶出伏安法對(duì)食品中銅、鉛、鎘的同時(shí)測(cè)定[J]. 分析測(cè)試學(xué)報(bào), 2010, 29(2): 203-205.

[11]高紅艷, 孫佳林, 李寧. 陽(yáng)極溶出方波伏安法測(cè)自來(lái)水中的鎘[J]. 伊犁師范學(xué)院學(xué)報(bào): 自然科學(xué)版, 2008(2): 31-33.

[12]ACHTERBERG E P, BRAUNGARDT C. Stripping voltammetry for the determination of trace metal speciation and in situ measurements of trace metal distributions in marine waters[J]. Analytica Chimica Acta, 1999, 400(1/3): 381-397.

[13]于慶凱, 李丹. 陽(yáng)極溶出伏安法同時(shí)測(cè)定海水中銅、鉛、鎘、鋅[J].化學(xué)工程師, 2009(10): 25-27.

[14]DUINKER J C, KRAMER C J M. An experimental study on the speciation of dissolved zinc, cadmium, lead and copper in river rhine and north sea water, by differential pulsed anodic stripping voltammetry[J]. Marine Chemistry, 1977, 5(3): 207-228.

[15]林曉華, 王桂芬, 王爽, 等. 微分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定氫溴酸右美沙芬[J]. 化學(xué)試劑, 2010, 32(3): 235-238.

[16]VOLIKAKIS G J, EFSTATHIOU C E. Determination of rutin and other flavonoids by flowinjection/adsorptive stripping voltammetry using nujol-graphite and diphenylether-graphite paste electrodes[J].Talanta, 2000, 51(4): 775-785.

[17]梁賀升, 陳少瑾, 陳宜菲. 溶出伏安法測(cè)定烏藥中的銅鉛鎘[J]. 廣東微量元素科學(xué), 2011, 18(4): 41-45.

[18]NAM R, SOMER G. A direct method for the determination of selenium and lead in cow’s milk by differential pulse stripping voltammetry[J]. Food Chemistry, 2000, 69(3): 345-350.

[19]龍蜀南, 郭璇華, 李萬(wàn)霞. 溶出伏安分析法用于食品中微量元素的測(cè)定[J]. 現(xiàn)代儀器, 2005(5): 19-21; 25.

[20]宋春霞, 劉二東. 方波陽(yáng)極溶出伏安法同時(shí)測(cè)定蔬菜中銅鉛含量[J].化學(xué)工程師, 2010(4): 27-29.

[21]嚴(yán)金龍, 孫汝?yáng)|. 陽(yáng)極溶出方波伏安法同時(shí)測(cè)定食醋中的銅、鉛和鎘[J]. 食品科學(xué), 2001, 22(6): 51-52.

[22]路純明, 徐秋涼. 同位鍍汞膜脈沖溶出伏安法測(cè)定香煙和水中的微量鎘[J]. 河南工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 27(5): 55-58.

[23]周新華, 袁慧, 張璐, 等. 奶牛場(chǎng)的牛奶、飼料中鉛污染的檢測(cè)及分析報(bào)告[J]. 湖南飼料, 2002(6): 18-19; 21.

[24]龍蜀南, 郭璇華, 李萬(wàn)霞. 同步鍍汞微分脈沖陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定水產(chǎn)品中鎘鉛銅[J]. 食品研究與開(kāi)發(fā), 2006, 27(2): 120-123.