微波消解-原子荧光光谱法测定铁皮石斛中的重金属元素

◎ 张 艳，陈紫涵，霍冰冰，王尘蕊，徐 芳，王 琦

（昆明医科大学 公共卫生学院（云南高校营养与食品安全重点实验室），云南 昆明 650500）

铁皮石斛为兰科植物铁皮石斛的干燥茎，其主要活性成分为多糖、黄酮等化学物质，具有增强人体免疫功能、调节血糖血脂、抗氧化等药用保健价值[1]。由于环境污染，铁皮石斛在种植、加工、包装等环节都有可能受到重金属污染，重金属对人体健康具有潜在危害。因此，对铁皮石斛中重金属的测定具有重大意义。

目前对重金属的检测主要采用原子吸收光谱法[2]、电感耦合等离子体质谱法[3]、分光光度法[4]等。采用电感耦合等离子体质谱法，检测成本昂贵，对操作人员要求较高。火焰原子吸收光谱法稳定性和灵敏度较低，难以满足铁皮石斛重金属分析实际需求。原子荧光光谱法是一种灵敏度较高的元素分析方法[5]，同时利用氢化物发生原理，能够有效减少干扰元素的影响，适用于铁皮石斛中重金属元素分析。本文采用微波消解石斛样品中重金属的前处理方法，从消解剂类型和用量等对微波消解条件进行了探究，同时对方法学进行了验证，建立了一种操作简单、灵敏度高的微波消解-氢化物发生-原子荧光光谱法测定铁皮石斛中重金属的分析方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

AFS-3100双道原子荧光光度计（北京科创海光仪器有限公司）；2型砷、汞、铅空心阴极灯（北京有色金属研究总院）；WX-6000型微波消解仪（上海屹尧仪器科技发展有限公司）；可调式电加热板（北京市永光明医疗仪器有限公司）；超纯水机（上海和泰仪器有限公司）。

试验所用铁皮石斛购自某市药店，试验所用水均为超纯水，砷、汞、铅单元素标准溶液（1 000 μg·mL-1，中国计量科学研究院）；盐酸、硝酸（GR，北京化学试剂工厂）；硼氢化钾、抗坏血酸（AR，天津市光复精细化工研究所）；重铬酸钾、草酸、氢氧化钠（AR，成都市科龙化工试剂厂）；铁氰化钾、硫脲（AR，国药试剂）。

1.2 试验方法

1.2.1 样品前处理

称取0.4 g（精确至0.000 1 g）铁皮石斛粉末于消解罐中，加入浓硝酸5 mL和盐酸2 mL，混匀后按照设定的条件进行消解（表1）。样品消解完全后，将溶液置于电热板上赶酸至少量。同时做样品空白试验。

表1 微波消解条件表

取25 mL容量瓶，加入5.0 mL 100 g·L-1硫脲-抗坏血酸溶液和1.25 mL浓盐酸，并加入消解液，超纯水定容，混匀，上机测定As和Hg。取25 mL容量瓶，加入0.5 mL 20 g·L-1草酸，2.5 mL 100 g·L-1铁氰化钾和0.25 mL浓盐酸，并加入消解液，超纯水定容，混匀，上机测定Pb。

1.2.2 仪器工作条件

对3种元素仪器工作条件进行优化，最佳测定参数如表2所示。

表2 仪器工作条件表

1.2.3 标准曲线的配制

吸取1 μg·mL-1As标准使用液0.025 mL、0.500 mL、1.000 mL、1.500 mL、2.000 mL和2.500 mL于25 mL容量瓶中，加入20 mL 5%硫脲-抗坏血酸溶液，用5%的盐酸定容，As标准系列浓度分别为1.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、40.0 μg·L-1、60.0 μg·L-1、80.0 μg·L-1和100.0 μg·L-1。

吸取1 μg·mL-1Hg标准使用液0.04 mL、0.08 mL、0.16 mL、0.32 mL、0.64 mL和1.00 mL于100 mL容量瓶中，用5%的盐酸定容，Hg标准系列浓度分别为0.4 μg·L-1、0.8 μg·L-1、1.6 μg·L-1、3.2 μg·L-1、6.4 μg·L-1和10.0 μg·L-1。

吸取1 μg·mL-1Pb标准使用液0.1 mL、0.5 mL、1.0 mL、2.0 mL、4.0 mL、5.0 mL和6.0 mL于100 mL容量瓶中，加入10 mL 10%铁氰化钾溶液，2 mL 2%草酸溶液，用5%的盐酸定容，Pb标准系列浓度分别为1.0 μg·L-1、5.0 μg·L-1、10.0 μg·L-1、20.0 μg·L-1、40.0 μg·L-1和50.0 μg·L-1。

2 结果与分析

2.1 前处理条件优化

2.1.1 消解剂

称取铁皮石斛0.4 g，分别加入盐酸、硝酸和硝酸-盐酸混合溶液各7 mL，按表1微波消解条件进行消解，考察了消解剂类型对铁皮石斛消解的影响。试验结果表明，在消解温度压力一定的情况下，单独使用盐酸和硝酸后，消解液呈淡黄色且部分浑浊有沉淀颗粒物，而使用硝酸-盐酸混合溶液后，溶液澄清透明，铁皮石斛样品消解完全，故选择硝酸-盐酸混合溶液作为消解剂。

2.1.2 消解剂用量

试验考察了硝酸和盐酸体积比为1.5、2.5、3.5、4.5、5.0时的样品消解效果，结果见图1。铁皮石斛样品消解过程中，随着V(HNO3)∶V(HCl)增大，As、Pb、Hg 3种元素的荧光强度逐渐增大，当消解剂V(HNO3)∶V(HCl)=2.5时，荧光强度达到峰值，分别为343、1 418和236，V(HNO3)∶V(HCl)进一步增大时，荧光强度逐渐降低，因此试验选择消解剂用量为V(HNO3)∶V(HCl)=2.5。

图1 消解剂用量条件优化图

2.2 线性范围

在试验条件下，选用标准系列溶液，以荧光值（F）为纵坐标，As、Hg、Pb标准溶液浓度（X）为横坐标建立标准曲线，结果见表3。结果表明As、Hg、Pb 3种元素分别在1.0～100.0 μg·L-1、0.4～10.0 μg·L-1、1.0～50.0 μg·L-1范围内线性关系良好。

表3 标准工作曲线线性范围表

2.3 精密度试验

连续测定11次As、Pb、Hg标准溶液，求得相对标准偏差，结果见表4。由表4可知，As、Pb、Hg的RSD分别为3.5%、4.9%、3.6%。

表4 精密度试验结果表（荧光强度）

2.4 检出限试验

连续测定11次空白溶液，求得标准偏差，结果见表5。由表5可知，3种元素标准偏差分别为0.872%、1.947%、0.768%，根据国际纯粹与应用化学联合会（International Union of Pure and Applied Chemistry，IUPAC）的定义，检出限为

表5 空白溶液测定结果表（荧光强度）

式中：DL为检出限，μg·mL-1；K为常数项，K=3；S为标准偏差；B为校准曲线的斜率。

计算得到As、Pb、Hg的检出限分别为0.016 2 μg·mL-1、0.531 1 μg·mL-1、0.004 8 μg·mL-1。

2.5 重复性试验

称取铁皮石斛样品各6份，进行重复性试验，结果见表6。试验结果表明，样品中As、Pb、Hg元素的RSD分别为4.6%、4.5%、3.1%。

表6 重复性试验结果表（荧光强度）

2.6 加标回收率试验

选用铁皮石斛样品，进行高、中、低3个浓度水平的加标，试验结果见表7。试验结果表明，铁皮石斛样品中3种元素加标回收率为94.6%～109.7%，RSD为6.2%～6.7%。

表7 加标回收率试验结果表

2.7 样品测定

用本试验方法分析了铁皮石斛中As、Hg、Pb 3种重金属元素的含量，分析结果见表8。试验结果表明，5种样品中砷、铅、汞均有检出，含量分别为0.265 8～0.350 0 mg·kg-1、0.042 9～0.369 6 mg·kg-1、0.008 4～0.009 7 mg·kg-1，其中砷和汞含量低于GB 2762—2017[6]中新鲜蔬菜限量要求（As≤0.5 mg·kg-1，Hg≤0.01 mg·kg-1），部分样品中铅含量高于GB 2762—2017中的限量要求（Pb≤0.1 mg·kg-1）。

表8 铁皮石斛中重金属的测定值表（n=3） 单位：mg·kg-1

3 结论

本试验建立了微波消解提取，氢化物发生原子荧光光谱法测定铁皮石斛中砷、汞、铅的分析方法，优化了消解条件，并对方法进行了方法学验证。结果表明，本方法具有消解效率高、操作简单快速等特点，能够满足对铁皮石斛中重金属的检测要求，为植物源性药用食物中重金属的测定和风险评估提供技术保障。