王李寶，凌云，黎慧，沈輝，戚原野，萬(wàn)夕和，史文軍，孫瑞健，（.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇　南通　6007；.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇　南京　0095）

正交實(shí)驗(yàn)優(yōu)化微波消解海洋沉積物重金屬鎘測(cè)定的條件

王李寶1，凌云1，黎慧1，沈輝1，戚原野2，萬(wàn)夕和1，史文軍1，孫瑞健1，
（1.江蘇省海洋水產(chǎn)研究所，江蘇南通226007；2.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，江蘇南京210095）

為優(yōu)化微波消解海洋沉積物重金屬鎘測(cè)定的實(shí)驗(yàn)條件，設(shè)計(jì)三因素（溫度、保持時(shí)間、微波功率）三水平的正交實(shí)驗(yàn)，微波消解海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，用原子吸收分光光度計(jì)測(cè)定消解液鎘含量，計(jì)算回收率，數(shù)據(jù)常用SPSS18.0軟件進(jìn)行分析。結(jié)果顯示，海洋沉積物微波消解最佳實(shí)驗(yàn)條件組合為180℃，5 min，1 200 W，該條件下海洋沉積物微波消解鎘測(cè)定回收率為96.5%。

正交實(shí)驗(yàn)；微波消解；海洋沉積物；鎘

doi：10.3969/j.issn.1004-2091.2016.04.008

鎘作為工業(yè)和環(huán)境污染物之一，對(duì)人和動(dòng)物的毒性效應(yīng)均較強(qiáng)。其毒性在世界在研毒素中位居第三，已經(jīng)引起國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者的廣泛關(guān)注［1］。在聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署所提出的12種具有全球意義的危險(xiǎn)性物質(zhì)中，鎘位列首位；美國(guó)毒物管理委員會(huì)（ATSDR）也將其列為第6位危及人類健康的有毒物質(zhì)，同時(shí)被國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)確定為人類和動(dòng)物肺癌和前列腺癌的致癌物［2］。

灘涂沉積物作為近岸各種海洋生物的主要棲息場(chǎng)所，不可避免地成為各種污染物的匯與源［3-4］。重金屬作為一種難降解、長(zhǎng)潛伏和易累積的污染物，近年來(lái)受到越來(lái)越多的關(guān)注［5］。沿海灘涂目前多以發(fā)展海水養(yǎng)殖為主，富集在灘涂沉積物中的重金屬較容易通過(guò)再懸浮等物理、化學(xué)和生物過(guò)程被釋放出來(lái)，造成灘面的“二次污染”；還可能通過(guò)沉積物間隙水下滲作用向下遷移，危及不同深度的灘涂底棲生物，并通過(guò)食物鏈進(jìn)一步危及產(chǎn)品質(zhì)量安全和人體健康［6］。因此對(duì)海洋沉積物環(huán)境中鎘的監(jiān)測(cè)，分析其含量具有十分重要的意義。

為了準(zhǔn)確測(cè)定沉積物中鎘的含量，樣品前處理方法至關(guān)重要，常見(jiàn)的前處理方法主要有干法消解、濕法消解和微波消解。微波消解技術(shù)近些年發(fā)展起來(lái)的痕量元素分析樣品預(yù)處理方法，該法具有環(huán)保、節(jié)時(shí)、易操作等優(yōu)點(diǎn)［7］。此外，該法效果受諸多因素的影響，如樣品種類、溫度、時(shí)間、pH值、壓力、功率等［8］，因此如何選擇最佳微波消解條件，使樣品分解徹底，提高樣品前處理效率是提升檢測(cè)結(jié)果質(zhì)量的重要保障。本文采用正交設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，尋求沉積物鎘測(cè)定的最佳微波消解條件，為優(yōu)化沉積物重金屬檢測(cè)提供一定的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1　材料和方法

1.1儀器和試劑

主要儀器有熱電M6型原子吸收分光光度計(jì)、CEM-MARs微波消解儀、Mettler公司PB153-L型電子分析天平等。

鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液GBW08612，濃度為1000 μg/mL，由國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心提供；近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW07314，由國(guó)家海洋局第二海洋研究所制備。所用聚四氟乙烯坩堝、容量瓶、移液管等在1 mol/L稀硝酸中浸泡24 h后，再用超純水洗凈，待用。實(shí)驗(yàn)用水均為millipore純水儀Elix-5 Academic制備的超純水。

1.2消解方法

準(zhǔn)確稱取近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（0.2±0.0001）g，放入微波消解管中，滴加少量蒸餾水浸潤(rùn)，加入5 mL硝酸和2 mL 30%的過(guò)氧化氫溶液，放置4 h或過(guò)夜冷處理。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。然后放入微波消解儀中進(jìn)行消解。消解結(jié)束后，取出冷卻至室溫，打開(kāi)消解管，用超純水沖洗消解管蓋后，將消解管放置控溫電熱板上進(jìn)行趕酸處理，溫度設(shè)置在（180±5）℃，當(dāng)消解液至黃豆大小顆粒時(shí)停止加熱，趕酸，不可蒸干。冷卻后用超純水全量轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶中，定容至標(biāo)線，待測(cè)。

1.3正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

選擇溫度（℃）、保持時(shí)間（min）、微波功率（W）三個(gè)因素，每個(gè)因素設(shè)三水平（表1），采用L9（33）正交設(shè)計(jì)［9］。每次消解分為三個(gè)步驟，第一步和第二步作為消解初始階段，條件設(shè)置均相同（第一步均為120℃，3 min，微波功率800 W；第二步均為160℃，3 min，微波功率800 W），微波消解效果的不同水平主要體現(xiàn)在消解的第三階段。按照正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)做9次試驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)重復(fù)3次，共測(cè)定27次。同時(shí)設(shè)3個(gè)空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)。

表1　3因素3水平正交設(shè)計(jì)表

1.4檢測(cè)方法

利用原子吸收分光光度計(jì)（美國(guó)熱電M6）測(cè)定消解液中鎘含量。設(shè)置原子吸收分光光度計(jì)儀器參數(shù)為波長(zhǎng)為228.8 nm，狹縫0.5 nm，燈電流8～10 mA，干燥溫度120℃，30 s；灰化溫度800℃，15 s～20 s，原子化溫度1 200℃，3 s，背景矯正為塞曼效應(yīng)。

1.5數(shù)據(jù)處理

以近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定回收率為指標(biāo)，利用正交設(shè)計(jì)助手軟件ⅡV3.1進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)極差分析。

2　正交實(shí)驗(yàn)鎘含量測(cè)定結(jié)果

該研究中近海海洋沉積物成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果極差分析（見(jiàn)表2）顯示：微波消解功率對(duì)最終消解結(jié)果影響最大，其次是微波消解保持時(shí)間，溫度影響最小。三因素優(yōu)化組合為溫度2時(shí)間2微波功率3，即微波消解第三階段最佳實(shí)驗(yàn)條件為：溫度180℃，保持時(shí)間為10 min，微波功率為1 600 W。

表2　正交實(shí)驗(yàn)鎘檢測(cè)結(jié)果

該研究中，海洋沉積物最佳的微波消解程序?yàn)楸?。

表3　微波消解最佳程序條件

與GB 17378.5-2007《海洋監(jiān)測(cè)規(guī)范第5部分：沉積物分析》中沉積物重金屬樣品測(cè)定前消解方法相比，微波消解方法的優(yōu)勢(shì)不僅在于其操作便捷、快速、受基體干擾少、試劑消耗量少、節(jié)約能源、降低分析人員勞動(dòng)強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，還能進(jìn)一步減輕環(huán)境污染、提高消解效率，防止外界污染，避免高溫消解時(shí)的元素?fù)]發(fā)損失，特別適合砷、汞等易揮發(fā)元素樣品的消解。

由于正交實(shí)驗(yàn)篩選優(yōu)化實(shí)驗(yàn)的高效、快速、經(jīng)濟(jì)性，近年來(lái)在工業(yè)和醫(yī)藥行業(yè)中得到很多應(yīng)用［10］。本文中選擇了三因素（溫度、保持時(shí)間、微波功率）作為探究條件，采用的正交設(shè)計(jì)對(duì)各因素水平僅通過(guò)9次實(shí)驗(yàn)就獲得了結(jié)果，并獲得了較為理想的微波消解條件，為優(yōu)化檢測(cè)沉積物中鎘的含量提供了基礎(chǔ)技術(shù)數(shù)據(jù)。在保障檢測(cè)結(jié)果數(shù)據(jù)的可靠性和準(zhǔn)確性時(shí)，正交實(shí)驗(yàn)方法不失為一種快速、有效的篩選實(shí)驗(yàn)條件的方法。

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Optimal conditions for cadmium-measurement in microwave-digested marine sediments by orthogonal tests

Wang Libao1，Ling Yun1，Li Hui1，Shen Hui1，Qi Yuanye2，Wan Xihe1，Shi Wenjun1，Sun Ruijian1
（1.Jiangsu Marine Fisheries Research Institute，Nantong 226007，China；2.College of Resources and Environmental Sciences，Nanjing Agricultural University，Nanjing 210095，China）

To optimize the conditions for cadmium-measurement in microwave-digested marine sediments，we digested the standard marine sediments by microwave using the orthogonal tests on the bases of three factors involving temperature，holding time and power.The cadmium concentration was measured by graphite furnace atomic absorption spectrometer to calculate the recovery rate.The data were analyzed by SPSS 18.0.The results showed that the optimum test condition was that the temperature was 180℃，the holding time was 5 minutes and the microwave power was 1 200 W.The recovery rate of cadmium was 96.5%under the optimized experiment conditions.

orthogonal tests；microwave-digested；marine sediment；cadmium

Q176

A

1004-2091（2016）04-0039-03

國(guó)家海洋公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（201005006-6）；南通市應(yīng)用研究計(jì)劃（BK2013056）

王李寶（1978-），男，副研究員，研究方向：海洋生物學(xué)研究.E-mail：zebra_w@126.com

（2015-11-10）