云南不同地区茶叶中铅含量的测定—石墨炉原子吸收光谱法

1引言

1.1 研究目的和意义

1.1.1 铅简介

铅是化学元素，其化学符号是Pb，原子序数为82。其为柔软、延展性强的弱金属，有毒，属于重金属。铅的本色为青白色，在空气中表面很快被一层暗灰色的氧化物覆盖。

1.1.2 铅历史

据相关材料证实，早在7000年前人类就已经认识铅。铅分布广，容易提取，容易加工，同时其具有很高的延展性，而且熔点低，是一种被广泛应用的金属。炼金术士认为铅是最古老的金属，故将其与土星联系到一起。从1980年开始，铅在生活中的应用开始骤然下降，其主要原因为铅对人体的生理危害以及其对环境造成的严重污染。正因如此，现在，汽油、染料、焊锡和水管一般都不含铅。

1.1.3 铅用途

铅金属主要用途为用于制造铅蓄电池，同时还可用来制造放射性辐射、X射线的防护设备。在用于制造铅弹的同时，还可用于制造颜料、油漆，如铅白、铅黄、铅橙、红丹漆等。铅金属的应用如此广泛，在铅金属里掺入一定量的其它金属而得到的铅合金，其应用也很广，可用于铸铅字，做焊锡。保险丝要求其材料熔点低，铅与锑的铅锑合金就符合要求。

1.1.4 铅危害

铅是重金属元素，人们通过各种途径摄入铅，在体内长期蓄积，会造成慢性铅中毒[1]。铅的摄入已经成为危害人类健康不可忽视的问题[2]。铅具有积累性和多亲和性，能破坏红血球而引起贫血，对神经的损害也可引起肌肉的疼痛、痉挛[3]。已有大量材料证实，铅对造血系统，消化系统，肾脏和神经系统有明显的损害，使有机抵抗力下降[4]。

）可以导致肾病和类似绞痛的腹长期接触铅和它的盐（尤其是可溶的和强氧化性的PbO

2

痛。而且，铅在人体里积蓄后很难自动排除，只能通过某些药物来清除，控制食品、药品、医疗器械等与人类密切相关产品中铅含量超标是非常必要的[5]。

1.1.5 铅进入人体的途径

铅污染主要来自土壤、工业“三废”、以及食品加工和包装等途径[6]。工业“三废” 的排放，会污染其附近生长的农作物。大气中的铅尘、废气、受铅污染的水源、剥落的

油漆都可以直接或间接污染食品; 随着工业，交通的迅速发展，铅在环境空气中的含量有不断增加的趋势[7],我国很多地方仍在使用含铅的汽油也会污染环境。正是来自经呼吸道和消化道进入人体的铅污染，进入血液，从而在人体内积累，影响人类的健康。

1.1.6茶叶中铅含量测定的研究意义

地处西南之巅的“彩云之南”，其高原独特的地理和气候造就了文明的茶叶之乡。“茶宜高山之阴，而喜日阳之早”，云南地处云贵高原，云雾多、漫射光多、湿度大、昼夜温差大，正好满足了茶树生长发育对环境条件的要求，进而促进芽叶的持嫩性，有利于提高茶叶香气，有更好的滋味和嫩度。云南茶叶种类按其制作方法的不同，主要分为滇红、绿茶、普洱茶、紧压茶、花茶、保健茶等，共一百多个花色品种。高山茶香气清扬，耐冲耐泡，滋味浓郁，深得茶友喜爱。

云南铅锌矿产资源十分丰富，现铅锌保有储量均居全国之首，其铅锌矿产资源具有广阔的开发前景。经过60多年来的大规模地质勘查，探明了丰富的铅锌矿产资源，建设了一大批国营大中型铅锌矿山和冶炼厂，形成了较大的采选冶生产能力。但在开选冶的过程中，铅尘和烟雾污染了空气以及水体，不达标的各种工矿的废物排入农田，也由此进入人的食物链。由于空气和水体的污染，故铅对土壤的污染也不可避免。正是由于铅对空气、水体、土壤的污染，蔬菜、粮食和水果等植物在生长过程中对铅的吸收相对较易，故其都受到不同程度的铅污染。

茶叶作为具有良好保健功能的大众消费品，但茶叶在生长的过程中易吸附土壤中的重金属[8]。由于茶叶在生长过程中，容易吸收土壤中的铅等重金属元素，加上老的加工机械合金、肥料、汽车尾气中均含铅，易造成茶树的铅污染[9]。随着我国居民生活水平的提高，消费者对茶叶产品的质量和安全也越来越关注[10]。采用高效、准确的方法测定茶叶中铅的含量，从而控制茶叶质量对更好地传承和弘扬云南历史荟萃的茶文化具有十分重要的意义。

1.2 国内外研究现状与发展趋势

1.2.1 主要测定依据

无公害农产品安全标准对农产品及产地环境中的铅都做了限量[11]。主要依据《GB/T5009.12—2010》食品安全国家标准食品中铅的测定标准对云南不同地区茶叶中铅含量进行测定分析。

1.2.2 检测方法

传统的铅测定方法有火焰原子吸收光谱法、双硫腙比色法等[12]。食品检验中执行严格的铅限量卫生标准，现行国标推荐的测定方法是石墨炉原子吸收光谱法[13]。

1.2.2.1火焰原子吸收光谱法

一个原子可具有多种能级状态，最低的能级称为基态。试液被喷入空气—乙炔火焰(或石墨炉)，在高温下原子化成为原子蒸气。当从空心阴极灯发射的待测元素的特征谱线通过原子蒸气时，待测元素的基态原子对特征谱线产生选择吸收，吸收度与待测元素浓度成正比，据此可进行定量。原子吸收分光光度计一般由四大部分组成，即光源（单色锐线辐射源）、试样原子化器、单色仪和数据处理系统（包括光电转换器及相应的检测装置）。火焰种类相对较多，目前普遍应用的是空气—乙炔火焰。空气—乙炔火焰原子吸收分光光度法，一般可检测到PPm级（10-6），精密度1%左右。石墨炉原子吸收分光光度计，可以测定近50种元素。

火焰原子化法的优点是：火焰原子化法的操作简便，重现性好，有效光程大，对大多数元素有较高灵敏度，因此应用广泛。缺点是：原子化效率低，灵敏度不够高，而且一般不能直接分析固体样品。

1.2.2.2双硫腙比色法

双硫腙比色法,测定铅含量的方法之一。主要原理是样品经消化后，在pH8.5-9.0时，铅离子与双硫腙生成红色络合物，溶于三氯甲烷，加入柠檬酸铵，氰化钾和盐酸羟胺等，防止铁、铜、锌等离子干扰，与标准系列比较定量。

1.2.2.3原子荧光光谱法

原子荧光光谱法是介于原子发射光谱和原子吸收光谱之间的光谱分析技术。它的基本原理是基态原子（一般蒸汽状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。测量待测元素的原子蒸气在一定波长的辐射能激发下发射的荧光强度进行定量分析的方法。其波长在紫外、可见光区。气态自由原子吸收特征波长的辐射后，原子的外层电子从基态或低能态跃迁到高能态，约经10-8秒，又跃迁至基态或低能态，同时发射出荧光。若原子荧光的波长与吸收线波长相同，称为共振荧光；若不同，则称为非共振荧光。在一定条件下，共振荧光强度与样品中某元素浓度成正比。该法的优点是灵敏度高，目前已有20多种元素的检出限优于原子吸收光谱法和原子发射光谱法；谱线简单；在低浓度时校准曲线的线性范围宽

达3~5个数量级，特别是用激光做激发光源时更好。

1.2.2.4示波极谱法

示波极谱法又称“单扫描极谱分析法”。它是一种快速加入电解电压的极谱法。常在滴汞电极每一汞滴成长后期，在电解池的两极上，迅速加入一锯齿形脉冲电压，在几秒钟内得出一次极谱图，为了快速记录极谱图，通常用示波管的荧光屏作显示工具，因此称为示波极谱法。

1.2.2.5石墨炉原子吸收光谱法

其原理是样品经硝酸—高氯酸消化处理后，导入原子吸收分光光度计石墨炉中原子化后，吸收波长283.3nm的共振线，在一定浓度范围内，其吸收量与铅含量成正比，与标准系列比较定量。石墨炉原子吸收分光光度法较火焰原子化法，自由原子在石墨炉吸收区内停留时间较长，大约为前者1000倍，原子化效率高，测定的绝对检出限达10-12到10-14；且石墨炉法中液体和固体均可直接进样。石墨炉原子吸收光谱法较之原子吸收光谱法最主要有以下两个明显的优势：

（1）效率高：石墨炉的原子化效率接近100%，而火焰法的原子化效率只有1%左右。

（2）灵敏度高：用石墨炉进行原子化时，基态原子在吸收区内的停留时间较长。2.本课题的确定及思路

论文的前期工作，对茶叶中铅危害性和鉴别方面作了大量的研究。对云南各地方茶叶中铅的含量等进行了测定。

虽然对食品中铅含量的测定已经有了初步研究，方法多样，但对茶叶中铅含量的测定相对较少。为了保证茶叶的质量，为了达到国家食品安全的相关规定，为了广大茶叶消费者的健康，对云南不同地区茶叶中铅含量进行的测定和分析，为茶叶中铅含量的控制与防治提供一些相关的参考数据，是本课题确立的原因。

本课题的思路，主要是从排除其他重金属的干扰着手，进而对茶叶中的金属污染铅离子含量的测定。

3. 理论依据

目前测定微量铅的方法有石墨炉原子吸收光谱法、火焰原子吸收光谱法、二硫腙比色法、示波极谱法和氢化物原子荧光光谱法，常用的是前三种方法，但这些方法灵敏度难以达到现行茶叶卫生标准的要求[14]。石墨炉原子吸收光谱法测定食品中痕量铅，优点

在于只要样品均匀，不管是溶液，乳浊液还是悬浮液，乃至固体均可直接进样测定[15]。石墨炉原子吸收光谱法具有较合适的灵敏度，对基体复杂样品的测定所产生的干扰可以通过扣背景来消除，从而大大的提高准确性。石墨炉原子吸收光谱法测定食品中的铅，灵敏度高，但复杂基体常对分子结果的准确性带来影响[16]。基体改进剂可以在控制和消除背景吸收、灰化损失、分析物释放不完全，分析排出速率的变化等方面起到重要的作用[17]。实验及文献[18]表明,在样品中加入磷酸二氢铵能提高灰化温度和灰化效率。通过基体改进剂磷酸二氢铵有效克服茶叶中复杂机体对铅原子吸收信号的干扰[19]。为此，本文采用铵盐磷酸二氢铵作为基体改进剂，有效地解决了石墨炉原子吸收分光光度法集体干扰问题[20]。本文采用微波消解法对样品进行前处理，石墨炉原子吸收光谱法进行测定，消耗试剂少，干扰少，实验方便、快速，准确度高，适用于茶叶中铅含量的检测及鉴别。

4. 实验部分

4.1 实验原理

样品经灰化或酸消解后，样液注入原子吸收分光光度计石墨炉中原子化，铅原子吸收283.3nm共振线，在一定浓度范围，其吸收值与铅含量成正比，可与标准系列比较定量。

4.2实验试剂

（1）铅标准储备液：国家标准1.0mg/mL，用时稀释至1ug/mL；

（2）硝酸(优级纯)；

（3）高氯酸(优级纯)；

（4）水为去离子水；

（5）实验中所用器材均用10%硝酸(优级纯)浸泡过夜，后用纯水冲净。

4.3. 仪器

（1）原子吸收分光光度计；

（2）石墨炉控制系统；

(3）铅空心阴极灯；

（4）自动进样器；

（5）涂层石墨管；

(6) 微波消解装置。

4.4. 操作方法

4.4.1样品预处理：

4.4.2样品消解（微波消解）

全消解预处理方法普通酸电热板湿法消解[21]和灰化法[22],本文采用灰化法。精密称取2.00g(准确至0.0001g)左右的茶叶于50mL瓷坩埚中，放在可调式电炉上炭化至无烟，移入马弗炉450℃灰化4-6小时，取出冷却，用少量水润湿，加2mL盐酸（1+1），放可调式电炉上低温加热至清亮，继续低温加热至近干取下冷却，加2mL硝酸(1mol/L)继续低温加热至近干，加2mL硝酸(1mol/L)溶解盐类，用硝酸(1mol/L)少量多次洗涤瓷坩埚，洗液合并于50mL容量瓶中，定容至刻度，混匀。同时作试剂空白试验。

4.4.3 测定

4.4.3.1仪器参考条件

仪器参数为波长283.3 nm,灯电流4.0 mA,狭缝0.5 nm,涂层石墨管,峰高方式定量,塞曼效应扣除背景。石墨炉升温程序如表1。

在原子化、净化阶段启动恒温控制。在测定之前，首先要选择铅元素的共振线和特征浓度，由此来调整标准样品和测试样品的最佳测定浓度；调节火焰燃烧器的高度，获得最大信号；选择合适的工作电流（空心阴极灯需要预热15（30min）；找出不引起吸光度减小的最大狭缝宽度；有关的离子干扰实验；最后确定该元素的最佳测试条件。

4.4.3.2标准曲线绘制

吸取0.00，2.00，4.00，6.00，8.00mL铅标准使用液(1ug/mL)于100mL容量瓶中，用硝酸(1mol/L)定容至刻度，混匀。依次移至固体进样石墨小舟中，并在每个小舟中

加入5uLNH

4H

2

PO

4

(1%水溶液)。自动进样臂将小舟依次移入石墨炉内，按仪器工作条件，

步骤程序温度

t/℃升温速率

/(℃/s)

保持时间

t/s

载气流量

/(L/min)

1 干燥100 20 20 0.2

2 干燥130 20 20 0.2

3 灰化800 100 20 0.2

4 灰化800 0 3 0

5 原子化1600 0 3 0

6 净化2300 0 3 0.2

与试液和空白溶液在石墨炉原子吸收分光光度计上进行测定。求得吸光值与浓度关系的一元线性回归方程。方法的线性范围为0～80ng/mL。

4.4.3.3样品测定

吸取试剂空白液和样液或由仪器自动配制后注入石墨炉，同时吸取磷酸氢二铵溶液注入石墨炉，在调整好的仪器条件下测定。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，或由仪器自动计算出样品含量结果。

4.5计算

式中X——样品中铅含量，g/kg(或g/L);

ρ1——测定样液中铅含量，g/L;

ρ2——空白液中铅含量，g/L;

m1——样品质量或体积，g (mL);

V——样品定容总体积，mL。

4.6 注意事项

(1) 允许差：相对偏差≤20%。有研究表明，分析结果相对标准偏差在5-10%之间，说明该法精准度良好[23]。

(2)微波消解或高压消解——石墨炉原子吸收法测定食品中的铅，经多个实验室验证，方法简便、快速，经标准参考物质核对，测得结果与保证值无显著性差异。

(3)微波消解或高压消解样品具有用酸量少、防污染及损失的优点。操作时应按规定使用，注意样品取样量不可超过规定，严格控制加热温度。

(4)石墨炉原子吸收光度法测定食品中的微量元素具有高灵敏度的特点，但原子吸收光谱的背景干扰是个复杂问题，除使用仪器本身的特殊装置，例如连续光源背景校正器、氘灯扣背景及塞曼效应背景校正技术外，选用合适的基体改进剂十分重要，我们经过多年实践经验认为磷酸氢二铵作为基体改进剂对于改善样品基体，增加灵敏度具有不可替代的作用。对复杂的样品应注意使用标准参考物质核对结果，避免产生背景干扰。

5.结果与讨论

5.1测定铅的最佳仪器条件

测定方式：发射；分析线：283.3nm；狭缝0.2～1.0nm;灯电流5～7mA;干燥温度85℃，5s;120℃，30s;灰化温度450℃，15～20s;原子化温度1700～2300℃，4～5s；火焰类

型：Air-C

2H

2。

5.2标准曲线的范围

5.3回收试验

5.4精密度试验

5.5 最小分析信号及检出限

5.6 样品测定结果

6 .总结

6.1 该方法在样品前处理过程中应注意炭化和灰化温度不要太高。炭化应缓慢升温，灰化温度控制在450℃，以免样品中被测成份损失。

6.2 通过上述实验结果证明该方法简便、快速、准确，所耗试剂少，干扰少，是测定茶叶中铅含量较理想的方法之一。

6.3 由该实验可看出，用石墨炉原子吸收光谱法对茶叶中铅含量进行分析与测定可以检出高含量钠离子，所以铅离子含量检测可以作为鉴别茶叶是否达到相关安全标准的重要指标之一。

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