满分实验报告 分析设计性实验 蔬菜中重金属(Pb、Cd)含量的测定

1【实验题目】蔬菜中重金属（Pb、Cd）含量的测定【摘要】铅离子和镉离子分别于-0.42V和-0.63V电位处能产生良好的极谱波，两者的峰电位相差较大，用悬汞电极微分脉冲极谱溶出法对蔬菜不同部位(茎、叶)中铅、镉的含量测定。【关键词】重金属（铅Pb、镉Cd）；微分脉冲极谱法；蔬菜；【引言】随着现代工业的发展，环境污染加剧，工业“三废”的排放及城市生活垃圾、污泥和含重金属的农药、化肥的不合理使用，导致蔬菜中重金属污染加剧。，蔬菜是人们生活中必不可少的重要农产品,其品质的优劣,尤其是蔬菜中具有积累性和持续性危害的重金属含量的多少,将直接影响人们的健康。食用重金属含量超标的食品,能产生急性或慢性毒性反应,还有致畸、致癌和致突变的潜在危害。因此对蔬菜中的重金属铅、镉研究具有极大的现实意义。目前有关该物质测定方法的概述一、光化学法1、光度法：如国家标准中第三标准法双硫腙比色法测食品中铅含量。它主要是利用PH=8.5~9.0时，硫离子与双硫腙生成红色配合物，溶于三氯甲烷，加入柠檬酸铵，氰化钾与盐酸羟铵等，防止铁、铜、锌等杂质离子的干扰，与标准系列比较定量。国际中测镉的第三法则是用在碱性溶液中镉离子与6-溴苯并噻唑偶氮萘酚形成红色络合物，溶于三氯甲烷，氰化钾等剧毒物质。因此应用有一定局限性。2、原子荧光光谱法：准确配制铅镉系列的标准溶液，在实验工作条件下，测定这两个元素的荧光强度，得到线性回归方程，再将待测样品的荧光强度代入方程即可得到样品中铅镉的浓度。该法快速、简便、准确且灵敏度高。3、石墨炉原子吸收光谱法：分别准确量取一定量的铅镉储备液，配置一系列标准溶液后按所选工作仪器条件用原子吸收分光光度计测出各溶液吸光度并制作A-C标准曲线，得出其一元线性回归方程。再测出一定量试样溶液吸光度，代入回归方程中即可得到铅镉含量。4、火焰原子吸收法(标准加入法)：分别移取适量样品于容量瓶中，分别加入一系列不同体积相同浓度的铅镉标准溶液，用盐酸定容。使用空气-乙炔火焰，于原子吸收光谱仪波长283.30nm,228.85nm处分别测量铅镉的吸光度，以标准系列浓度为横坐标，以扣除空白溶液的吸光度值为纵坐标作图，根据所绘制的直线外延与横轴的交点求出铅镉元素浓度。5、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）法：精密吸取铅镉标准储备溶液，用稀硝酸稀释配成含铅镉的混合标准系列溶液。另精密吸取Re溶液适量并用水稀释，即得到内标溶液，按照实验测试条件操作，绘制标准曲线，最后对样品溶液进行测定。该法快速、准确、灵敏度高，但运行成本较高，可同时测定多种元素，只测定铅镉两种元素较浪费。2二、极谱分析法：1、二次导数极谱法：在PH=4.5的HAc-NaAc介质中，铅离子与镉离子分别于-0.46V与-0.64V电位处产生一良好的极谱波。峰电流与铅离子和镉离子的浓度分别在1*10-5—3*10-1g/L和3*10-5—6*10-1g/L范围内呈线性关系。采用标准曲线法计算铅镉含量。本法准确、简便、快速、选择性高。2、催化极谱分析法：测铅：于消化好的样品中趁热加入1:2HCl，湿润残渣，加6%乙醇溶液，钒溶液及10%碘化钾溶液适量，混匀后于原点电位-0.3V作阴极化导数扫描测定，分别记录样品、空白试剂、铅标准的波高，采用直接比较法计算结果。测镉：于消化好的样品中趁热加入6mol/LHCl，15%乙二胺溶液适量，放置一段时间后加入10%碘化钾溶液与2%四丁基碘化铵溶液适量，混匀后于原点电位-0.5V作阴极化导数扫描测定，分别记录样品、空白试剂，镉标准的波高，采用标准系列回归方程计算样品结果。用此方法测定蔬菜中铅镉含量，具有快速、高效、准确、简便、样品用量少、仪器价格便宜、方法干扰因素少的优点。3、示波极谱法：分别准确移取处理好的样品、标准液、试剂空白适量，各加入适量表面活性剂，底液（0.5mol/L的碘化钾溶液，此时可获得最大的铅、镉的络合吸附波，峰电流最大）于-533mV,-688mV测定铅离子，镉离子极谱波高，扣除空白，按此标准比较法计算样品中铅镉含量。选定实验方案的原理目前来说，以上几类方法较多也较为常用，但每一种方法都有其优缺点。如：火焰原子吸收分光光度法、光度分析方法、电感耦合等离子体原子发射光谱法这些方法均能快速测定大多数金属元素,且灵敏度高、干扰小、专属性强，但这些仪器价格昂贵,操作条件较高，测试成本也较高,而且难以连续。其次还有间接碘量法，但这一方法测定误差较大；而二乙基二硫代氨基甲酸钠分光光度法(DDTC)是国家标准方法，方法虽简单，但由于要使用有毒和易挥发的三氯甲烷等试剂，有害于分析人员的健康和污染环境。因此在本次实验采用操作简单方便而灵敏度又高的微分脉冲极谱法来完成分析。脉冲极谱法是1960年由Barker提出的，脉冲极谱法按照施加脉冲电压及记录电流的方式不同，可分为常规脉冲极谱（NPP）和微分（汞差）脉冲极谱（DPP）两种。微分脉冲极谱法是在缓慢线性变化的直流电压上，于每一滴汞生长时的末期叠加一个等振幅ΔE为5-100mV,持续时间为4-80ms的矩形脉冲电压，在脉冲加入前20ms和脉冲终止前20ms内测量电流，而记录的是这两次测量的电流差值Δi，能很好地扣除因直线电压引起的背景电流。微分脉冲极谱的极谱波是对称的峰状，分辨力很强，两个物质的峰电位只要相差25mV就可以分开，前放电物质的允许量大，前放电物质的浓度比被测物质高5000倍，亦不干扰。本实验采用悬汞的微分脉冲极谱法,其过程表示为：Pb2++2e-+Hg=Pb(Hg)Cd2++2e-+Hg=Cd(Hg)本实验采用PH=4.5的HAc-NaAc作为底液，查文献得：铅离子和镉离子分别于-0.42V和-0.63V电位处能产生良好的极谱波，两者的峰电位相差较大，可以通过微分脉冲极谱法将两峰分开，在同一待测体系中同时测定且并不干扰。3【仪器与试剂】仪器：瑞士万通797伏安极谱仪马弗炉移液枪10mL移液管100mL容量瓶电炉漏斗烧杯量筒试剂：1.新鲜蔬菜2.HAc-NaAc缓冲液(pH4.5)：取醋酸钠18g,加冰醋酸9.8ml,再加水稀释至1000mL3.盐酸（5+7）：去50mL盐酸慢慢加入70mL水中4.硝酸（1＋1）：取50mL硝酸慢慢加入50mL水中。5.铅标准储备液（1.0mg/mL）：准确称取0.1000g金属铅（含量99.99%）于烧杯中加2mL（1+1）硝酸溶液，加热溶解，冷却后定量移入100mL容量瓶并加水至刻度，混匀。6.镉标准储备液（1.0mg/mL）：准确称取0.1000g金属镉（含量99.99%）于烧杯中加2mL（5+7）盐酸溶液，加入2滴硝酸后，加热溶解，冷却后定量移入100mL容量瓶并加水至刻度，混匀。7.铅标准使用液（10mg/L、1mg/L、0.1mg/L）：吸取1.00mL配制好的1mg/mL铅标准溶液，于100mL容量瓶中用去离子水稀释定容，摇匀备用即得10mg/L铅标准溶液。同理得1mg/L和0.1mg/L铅标准溶液。8.镉标准使用液（10mg/L、1mg/L、0.1mg/L）：吸取1.00mL配制好的1mg/mL镉标准溶液，于100mL容量瓶中用去离子水稀释定容，摇匀备用即得10mg/L镉标准溶液。同理得1mg/L和0.1mg/L镉标准溶液。4【实验步骤】1.样品处理（干法灰化）样品液①----新鲜蔬菜的茎：称取4g～10g试样（精确到0.001g，根据铅、镉含量而定），剪碎，置于瓷坩埚中，先小火在可调式电热板上炭化至无烟，移入马弗炉500℃±25℃灰化1h，冷却，用0.5mol/L硝酸将灰分溶解，用滴管将试样消化液洗入或过滤入（视消化后试样的盐分而定）100mL容量瓶中，用水少量多次洗涤瓷坩埚，洗液合并于容量瓶中并定容至刻度，混匀备用；同时作试剂空白样品液②----新鲜蔬菜的叶：操作同①2.设置部分参数打开测定模式—→LoadMethod—→选择HMDE（悬汞电极）—→样品池体积：11mL—→加标次数：2—→重复次数：1—→通N2时间：120s—→加标浓度：Cd:1mg/L；Pb:10mg/L—→加标量：Cd:100μL；Pb:100μL。打开监视器（Monitor）。3.Pb、Cd元素极谱曲线加入10mlHAc-NaAc缓冲液，分别加入200ｕL10mg/L铅标准溶液、1mg/L镉标准溶液，测定极谱曲线，确定最大电位值;4.标准加入法测定蔬菜中Pb、Cd元素的含量取10mlHAc-NaAc缓冲液，加入100ｕL样品溶液，记录样品的测定曲线后，依序2次分别加入10mg/L铅标准溶液、1mg/L镉标准溶液各100ｕL，分别测定峰电流，利用标准加入法自动计算蔬菜中铅、镉的含量。【结果与讨论】1.本组实验数据的结果分析与讨论1.1根据实验得到的极谱曲线图（如图1）在-0.63和-0.42电位处有良好的极谱波，两者的峰电位相差较大，通过标准加入法加入Pb、Cd标准溶液，得到的曲线分布也比较好。（附图U-I）1.2Cd、Pb含量测定的标准曲线（如图2）实验要求偏差在10%的数据则可以使用，我们组的实验数据偏差分别为1.00%和0.93%，偏差值较其他组的小，主要原因可能是(1)在移液管的润洗操作中，润洗充分；（2）量取10.00mL样品、5.00mL水、1.00mLHAc-NaAc缓冲液的量精确；（3）使用移液枪时操作良好，没有气泡且较少移动移液枪的量程。（附图2）2.对比其他组数据的结果与分析实验室提供的蔬菜有卷心菜、油菜、通心菜、小白菜，蔬菜只有叶和茎，没有根部。5数据表组号质量（g）种类部位CdPd(mg/kg)c+/-c+/-1056卷心菜叶0.0130.0010.7850.01710750.1140.0031.1250.0031236.000油菜叶0.080.0081.4160.10812210.0343茎0.0440.0030.6620.0391085.0016通心菜叶0.0990.0051.4970.0251105.000.0570.00051.3920.004511150.0340.00031.4120.0321095.01茎0.0760.0062.4030.1081154.5小白菜叶0.0480.00071.1840.0221204.80.0750.0031.9890.04112160.0350.0021.2070.05411610.0672茎0.0570.00022.3490.02111710.9250.0150.00010.7070.0072.1蔬菜中的镉含量从表1和表2看：从4种蔬菜样品中可以看出，不同品种的蔬菜中镉含量会呈现较大的差别,推测其原因可能与叶片的大小、空气污染程度有关。根据国家现行标准GB15201-94中规定，蔬菜中的镉含量应≤0.05mg/kg，从实验结果中发现，大多数蔬菜的镉含量都超过限定。2.2蔬菜中的铅含量从表3和表4看：蔬菜中铅的含量普遍较高，根据国家现行标准GB14935-94中规定，蔬菜（球茎、叶菜、食用菌类除外）中叶菜类的铅含量应≤0.3mg/kg。由试验测得，全部实验使用的蔬菜均存在不同程度的超标现象，大多数组别测出的铅含量都超过国标限量3倍以上，一、若菜地在马路两旁,汽车尾气会成为蔬菜中铅的主要污染源,据调查汽车尾气中50%的铅尘飘落在距公路30m的范围内,一些铅落入土壤中形成溶解度小的铅化物,还有相当一部分铅直接降落到蔬菜的叶表面,叶片对铅有直接的吸收作用,从而给蔬菜带来铅污染[5-6]。二、铅在植物体内的移动性较弱,蔬菜茎叶吸收的铅难以向其它器官转移。铅一般是从植物体外先通过细胞壁,再穿过细胞膜进入原生质体。细胞壁由纤维素作为骨架,包埋在果胶和半纤维素为衬质的许多次生组织木质中。果胶是由D-半乳糖醛酸、L-阿拉伯糖、D-半乳糖和鼠李糖多聚物组成的。果胶分子中的D-半乳糖醛酸残余的羧基在正常状态下是游离的,使细胞壁带负电荷,从而具有巨大的阳离子结合能力。正常情况下,果胶分子结合很多钙,作为植物的钙储备[7]。铅离子的半径与钙相似,因此,可以被细胞壁大量结合。在这样的重金属胁迫下,有些植物会分泌出有机酸,在