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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410650361.0 (22)申请日 2014.11.17 G01N 1/40(2006.01) (71)申请人 渤海大学 地址 121013 辽宁省锦州市高新区科技路 19 号 (72)发明人 赵刚 顾佳丽 励建荣 夏云生 白凤翎 包德才 (74)专利代理机构 北京思海天达知识产权代理 有限公司 11203 代理人 刘萍 (54) 发明名称 一种蔬菜中重金属元素的超声提取方法 (57) 摘要 本发明公开了一种蔬菜中重金属元素的超声 提取方法。将样品先用流水冲洗干净， 再用蒸馏 水、 去离子水清洗， 风干， 称重， 放烘箱干燥， 。
2、干燥 的样品用玛瑙研钵匀质， 过筛， 于聚乙烯瓶中室温 下干燥器内保存备用。 称取0.1g上述处理的蔬菜 样品于离心管中， 加酸提取剂， 放入超声浴中超声 提取， 离心， 取上层清液 ； 残渣用超纯水清洗， 再 超声提取， 离心， 同样取上层清液且与酸浸出液合 并， 定容后于聚乙烯瓶中 4保存备用， 用原子吸 收分光光度法测定 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量。本 发明建立的超声提取蔬菜中重金属元素的前处理 方法， 具有简便快速、 回收率较高、 安全性较好、 污 染小、 试剂消耗少、 残渣少等优点。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请。
3、 权利要求书1页 说明书7页 附图3页 (10)申请公布号 CN 104374629 A (43)申请公布日 2015.02.25 CN 104374629 A 1/1 页 2 1. 一种蔬菜中重金属元素的超声提取方法。其特征在于 ： (1) 样品的制备 ： 取蔬菜样品， 取可食用部分， 先用流水冲洗干净， 再用蒸馏水、 去离子 水清洗， 风干， 称重， 放烘箱 60干燥 72h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过筛， 室温下保存 备用 ； (2) 测试出样品中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， (3) 超声提取法 ： 称取样品于离心管中， 加溶剂 65 HNO3-30 H2O2(。
4、2:1， V/V)， 放入超 声浴中 70下超声 20min， 溶剂的加入量是按照 Cd 每 0.02g 需要溶剂 5 10mL， Cr 每 0.3g 需要溶剂 5 10mL、 Ni 每 0.2g 需要溶剂 5 10mL、 Pb 每 2g 需要溶剂 5 10mL 和 Zn 每 5g 需要溶剂 5 10mL ； 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣清洗后 再超声 2min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层清液且与酸浸出液合并。 权 利 要 求 书 CN 104374629 A 2 1/7 页 3 一种蔬菜中重金属元素的超声提取方法 技术领域 0。
5、001 本发明涉及重金属前处理方法技术领域， 特别是涉及蔬菜中镉、 铬、 镍、 铅、 锌五种 重金属元素的超声提取方法。 背景技术 0002 重金属元素的测定方法如原子吸收光谱法、 电感耦合等离子体原子发射光谱法、 电感耦合等离子体质谱法等通常要求将固体样品消解， 常采用的消解方法有干灰化法、 湿 式消解法、 微波消解法等。 但干灰化法耗时较长， 通常需要614h， 且对灰化温度的要求也 比较严格， 灰化温度过低， 有机物不能被完全分解， 灰化温度过高， 则易造成待测元素的损 失 ； 湿式消解法通常在加热板上进行， 可以同时消解大批量样品， 但在消解过程中， 为了完 全分解有机物， 多使用大量。
6、的浓硝酸和高氯酸， 反应比较剧烈， 安全性较差， 且消解多采用 敞开体系， 损失较大， 空白值较高， 精密度较差， 且消解过程中会产生 NO2等有毒气体， 对环 境污染严重 ； 微波消解法利用试液中带电粒子在交变的电磁场中来回迁移运动， 使得试样 温度升高， 样品和溶剂在高热量作用下发生反应， 产生气体在密闭杯内形成高压从而达到 完全消解， 微波消解法速度较快， 一般不超过 30min ； 在设置的消解程序下， 运行条件一致 , 因此消解过程中受干扰较小， 空白值小， 在高压密闭环境中， 损失少， 特别适用于易挥发样 品或元素， 此外还具有溶剂用量少、 污染小以及精密度高等优点， 但缺点是微波。
7、消解法要求 高温高压， 反应剧烈， 安全性不高。 因此本发明提出了一种能够解决上述常规消解方法中耗 时长， 要求浓酸、 高温、 高压， 反应剧烈、 污染大、 安全性差等缺点， 建立了一种超声提取蔬菜 中重金属元素的前处理方法， 达到了简便快速、 回收率较高、 安全性较好、 污染小、 试剂消耗 少、 残渣少等前处理目的。 0003 超声波提取技术利用超声波具有的机械效应， 空化效应和热效应， 通过产生的强 烈空化、 机械搅动、 乳化、 扩散、 击碎、 化学效应等多级效应， 增大物质分子运动频率和速度， 增强溶剂穿透力， 加速目标成分进入溶剂， 因此超声作为一种辅助能量可以缩短操作时间 以及提高提。
8、取率。超声波提取在中药材和动植物有效成分的提取等方面有着广泛的应用， 但在食品中重金属提取方面的应用较少。 发明内容 0004 为了克服上述现有技术的不足， 本发明提供了一种蔬菜中重金属元素的超声提取 方法。 0005 本发明所采用的技术方案是 ： 0006 一种蔬菜中重金属元素的超声提取方法。其特征在于 ： 0007 (1) 样品的制备 ： 取蔬菜样品， 取可食用部分， 先用流水冲洗干净， 再用蒸馏水、 去 离子水清洗， 风干， 称重， 放烘箱 60干燥 72h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过筛， 室温下 保存备用 ； 0008 (2) 测试出样品中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 。
9、的含量， 说 明 书 CN 104374629 A 3 2/7 页 4 0009 (3) 超声提取法 ： 称取样品于离心管中， 加溶剂 65 HNO3-30 H2O2(2:1， V/V)， 放 入超声浴中 70下超声 20min， 溶剂的加入量是按照 Cd 每 0.02g 需要溶剂 5 10mL， Cr 每 0.3g 需要溶剂 5 10mL、 Ni 每 0.2g 需要溶剂 5 10mL、 Pb 每 2g 需要溶剂 5 10mL 和 Zn 每 5g 需要溶剂 5 10mL ； 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣清 洗后再超声 2min， 以 4500r min-。
10、1离心 5min， 取上层清液且与酸浸出液合并。 0010 更具体的 ： 0011 (1)样品的制备 ： 取蔬菜样品， 取可食用部分(去蒂、 核等)， 先用流水冲洗干净， 再 用蒸馏水、 去离子水清洗， 风干， 称重， 放烘箱 60干燥 72h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过筛， 于聚乙烯瓶中室温下干燥器内保存备用 ； 0012 (2) 超声时间的选择 ： 称取样品于离心管中， 加溶剂 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/ V)， 放入超声浴中， 室温下超声 5、 10、 15、 20、 25、 30min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸 浸出液 ； 残渣用2。
11、mL超纯水清洗， 再超声2min， 以4500r min-1离心5min， 取上层清液且与酸 浸出液合并， 最后定容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试验 ； 用原子吸收 分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作条件见表 1 和 表 2。超声时间对重金属浓度的影响如图 1 所示 ； 所检测金属元素的提取量随着超声时间 的增加而增大， 当超声时间达到 20min 时， Cd、 Cr、 Pb 和 Zn 均达到最大提取量， 再增加超声 时间对金属元素提取率无影响 ； 0013 (3) 超声温度的选择 ： 称取样品于离心管中， 加。
12、溶剂 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/ V)， 放入超声浴中， 分别在 30、 40、 50、 60、 70、 80下超声 20min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用2mL超纯水清洗， 再超声2min， 以4500r min-1离心5min， 取上层清 液且与酸浸出液合并， 最后定容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试验 ； 用 原子吸收分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作条件 见表 1 和表 2。超声温度对重金属浓度的影响如图 2 所示 ； 液体温度越高， 对空化。
13、的产生越 有利， 但是当温度过高时， 微气泡中表面张力降低， 蒸汽压增大， 进而导致气泡闭合时增强 了缓冲作用而使空化作用减弱。当超声温度为 70时所检测金属元素均达到最大提取量 ； 0014 (4) 溶剂的选择 ： 称取样品于离心管中， 分别加入不同溶剂 36 HCl、 36 HCl-65HNO3(3:1,V/V)和65HNO3-30H2O2(2:1,V/V)， 放入超声浴中， 分别在70下超 声20min， 以4500r min-1离心5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用2mL超纯水清洗， 再超声2min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层清液且与酸浸出液合并， 最后定。
14、容至 10mL， 于聚乙烯瓶 中 4保存备用， 同时作空白试验 ； 用原子吸收分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作条件见表 1 和表 2。溶剂种类对重金属浓度的影响如图 3 所 示 ； 不同溶剂对不同性质的提取物影响不同， 样品经 HCl 处理后， 金属元素提取量较低， 说 明样品中的有机物不能被HCl完全氧化， 通常需要氧化剂如H2O2和HNO3等。 65HNO3-30 H2O2(2:1， V/V) 能将所有检测元素提取且提取量最高 ； 0015 (5) 溶剂体积的选择 ： 称取样品于离心管中， 分别加入 1、 3、 5、 7、 9mL。
15、 的溶剂 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/V)， 放入超声浴中， 分别在 70下超声 20min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用 2mL 超纯水清洗， 再超声 2min， 以 4500r min-1离心 5min， 取 上层清液且与酸浸出液合并， 最后定容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试 验 ； 用原子吸收分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作 说 明 书 CN 104374629 A 4 3/7 页 5 条件见表1和表2。 溶剂体积对重金属浓度的影响如图4所示 。
16、； 溶剂用量过大， 会增加成本， 甚至造成浪费， 溶剂用量过少， 元素提取不完全， 影响提取率 ； 因此需要选择适宜的溶剂和 用量， 以提高效率、 降低成本。达到最大提取量时， 各元素至少需要溶剂用量为 5 10mL ； 0016 (6) 样品用量的选择 ： 分别称取样品 0.05、 0.10、 0.15、 0.20、 0.25、 0.30g 于离心 管中， 加入 5mL 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/V)， 放入超声浴中， 分别在 70下超声 20min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用 2mL 超纯水清洗， 再超声 2min， 以 45。
17、00r min-1离心5min， 取上层清液且与酸浸出液合并， 最后定容至10mL， 于聚乙烯瓶中4保存备 用， 同时作空白试验 ； 用原子吸收分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作条件见表 1 和表 2。样品量对重金属浓度的影响如图 5 所示 ； 对于一定体 积的溶剂， 能够被超声提取的元素量是有限的， 本实验中当样品量 Cr 大于 0.2g， Cd、 Pb、 Ni 和 Zn 大于 0.15g 时各元素的提取量明显减少 ； 0017 (7) 粒径的选择 ： 将干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过 200 目 (74m)、 100 目 (150m。
18、)和50目(280m)筛， 分别称取上述不同粒径样品0.1g于离心管中， 加入5mL65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/V)， 放入超声浴中， 分别在 70下超声 20min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用 2mL 超纯水清洗， 再超声 2min， 以 4500r min-1离心 5min， 取 上层清液且与酸浸出液合并， 最后定容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试 验 ； 用原子吸收分光光度计测定上述提取超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的含量， 仪器工作 条件见表 1 和表 2。粒径对重金属浓度的影响。
19、如图 6 所示 ； 粒径是影响超声提取效率的重 要因素之一， 增加元素与溶剂之间的接触面积， 可以提高目标物从固相转移到液相的传质 速率， 有利于重金属元素的超声提取， 本实验中所检测元素当粒径 74m 时， 4 种金属元 素的提取量均降低。 0018 与现有的湿式消解法、 干灰化法以及微波消解法等前处理方法相比， 本发明具有 的优点是 ： 0019 超声波提取技术利用超声波辐射压强产生的强烈空化、 机械搅动、 乳化、 扩散、 击 碎等多级效应， 增大物质分子运动频率和速度， 增强溶剂穿透力， 加速目标成分进入溶剂， 因此超声作为一种辅助能量可以缩短操作时间以及提高提取率， 是一种值得推广的前。
20、处理 方法。 0020 (1) 超声提取法前处理时间更快， 缩短了干灰化法中炭化、 加热、 干燥、 冷却和分离 等步骤的时间 ； 0021 (2) 超声提取法试剂用量少、 残渣少、 污染小， 降低了湿式消解法中浓酸的消耗以 及有毒有害及腐蚀性气体的排放 ； 0022 (3) 超声提取法反应更为温和安全， 避免了微波消解法高温高压的过程。 附图说明 0023 图 1 为超声时间对蔬菜中重金属元素提取率的影响。曲线上每点表示 6 次平行测 定结果的平均值， 为了在一张图上清晰的反应每种元素的变化规律， Zn 和 Pb 的测定结果缩 小 1/10 处理 ( 如图标示 )。 0024 图 2 为超声水。
21、浴温度对蔬菜中重金属元素提取率的影响。 0025 图 3 为溶剂对蔬菜中重金属元素提取率的影响。 说 明 书 CN 104374629 A 5 4/7 页 6 0026 图 4 为溶剂用量对蔬菜中重金属元素提取率的影响。 0027 图 5 为样品量对蔬菜中重金属元素提取率的影响。 0028 图 6 为粒径对蔬菜中重金属元素提取率的影响。 具体实施方式 0029 下面结合附图对本发明进一步说明本方明方法。 0030 本发明采用的 36盐酸、 65硝酸、 70高氯酸、 30过氧化氢均为优级纯。 0031 本发明采用的镉、 铬、 镍、 铅、 锌标准溶液 (1000g/mL) 购买自中国计量科学研究 。
22、院。 0032 本发明采用的标准品为 GBW10015 菠菜。 0033 本发明采用的玻璃及聚乙烯仪器均用硝酸溶液 (1+9) 浸泡 24h， 二次去离子水冲 洗， 晾干后备用。 0034 本发明实施的重金属元素的提取采用KQ100DB型超声波清洗器(温度3080、 频率 40kHz、 电功率 100W、 容积 4L)( 昆山市超声仪器有限公司 )。 0035 本发明实施的重金属元素的检测采用 AA320N 原子吸收分光光度计及 GA 3202 石 墨炉系统 ( 上海精密科学仪器有限公司 )。 0036 实施例 1 ： 0037 (1) 取 GBW10015 菠菜， 先用流水冲洗干净， 再用蒸。
23、馏水、 去离子水清洗， 风干， 称 重， 放烘箱 60干燥 72h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过 200 目 (74m) 筛， 于聚乙烯瓶中 室温下干燥器内保存备用。 0038 (2) 湿式消解法 ： 称取样品 1.0g 于高脚烧杯中， 放数粒玻璃珠， 加 10mL65 HNO3-70 HClO4(9:1,V/V) 加盖浸泡过夜， 于电热板上加热消解， 若变棕黑色， 再加混合酸， 直至冒白烟， 直至消化液呈无色透明或略带黄色， 将过量的酸蒸发近干， 冷却， 用滴管将消 化液洗入 25mL 容量瓶中， 用少量水多次洗涤高脚烧杯， 洗液合并于容量瓶中并定容至刻 度， 混匀备用， 同时作空白试验。
24、。 0039 (3) 超声提取法 ： 称取样品 0.1g 于离心管中， 加 5mL 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/ V)， 放入超声浴中， 70超声 20min， 以 4500r min-1离心 5min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用 2mL 超纯水清洗， 再超声2min， 以4500r min-1离心5min， 取上层清液且与酸浸出液合并， 最后定 容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试验。 0040 (4) 用原子吸收分光光度计测定湿法消解液和超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的 含量， 工作条件见表 1 和表 2， 实验结果见表 3。超。
25、声提取法试剂用量少、 残渣少、 污染小， 降 低了湿式消解法中浓酸的消耗以及有毒有害及腐蚀性气体的排放。 0041 实施例 2 ： 0042 (1) 取菠菜， 先用流水冲洗干净， 再用蒸馏水、 去离子水清洗， 风干， 称重， 放烘箱 70干燥 48h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过 150 目 (104m) 筛， 于聚乙烯瓶中室温下干 燥器内保存备用。 0043 (2) 干法灰化 ： 称取样品 1.0g 于瓷坩埚中， 加 1mL 磷酸 (1+10)， 浸泡 1h 以上， 将坩 埚置于加热板上， 小火炭化至无烟后移入马弗炉中， 50025灰化约 8h， 至试样呈灰白状， 取出放冷， 再加入少量。
26、盐酸 (1+11)， 小火加热， 不使干涸， 必要时加少许混合酸， 如此反复处 说 明 书 CN 104374629 A 6 5/7 页 7 理， 直至残渣中无炭粒， 稍冷后加 10mL 盐酸 (1+11)， 溶解残渣并移入 10mL 容量瓶中， 再用 盐酸 (1+11) 反复洗涤坩埚， 洗液合并于容量瓶中， 并稀释至刻度， 混匀备用， 同时作空白试 验。 0044 (3) 超声提取法 ： 称取样品 0.15g 于烧杯中， 加 7mL 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/ V)， 放入超声浴中， 70超声25min， 以3000r min-1离心10min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用。
27、2mL 超纯水清洗， 再超声 2min， 以 3000r min-1离心 10min， 取上层清液且与酸浸出液合并， 最后 定容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试验。 0045 (4) 用原子吸收分光光度计测定干法消解液和超声提取液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的 含量， 工作条件见表 1 和表 2， 实验结果见表 4。超声提取法前处理时间更快， 缩短了干灰化 法中炭化、 加热、 干燥、 冷却和分离等步骤的时间。 0046 实施例 3 ： 0047 (1) 取芹菜、 白菜、 韭菜和蒜苗样品， 先用流水冲洗干净， 再用蒸馏水、 去离子水清 洗， 风干， 称重， 。
28、放烘箱 65干燥 60h， 干燥的样品用玛瑙研钵匀质， 过 170 目 (88m) 筛， 于 聚乙烯瓶中室温下干燥器内保存备用。 0048 (2) 微波消解法 ： 称取样品 0.5g 于聚四氟乙烯消解罐中， 加 5mL65硝酸和 1mL 30过氧化氢， 置于微波消解器中， 按照程序消解 ： 0.2MPa， 2min ； 0.5MPa， 2min ； 1.0MPa， 2min ； 1.5MPa， 5min ； 2.0MPa， 5min ； 冷却10min。 消解完成后冷却至室温， 在电热板上加热至 近干， 冷却后将溶液定容于 50 100mL 容量瓶中。同时作空白试验。 0049 (3) 超声提。
29、取法 ： 称取样品 0.1g 于烧杯中， 加 20mL 65 HNO3-30 H2O2(2:1,V/ V)， 放入超声浴中， 70超声 30min， 以 4000r min-1离心 8min， 取上层酸浸出液 ； 残渣用 2mL 超纯水清洗， 再超声2min， 以4000r min-1离心8min， 取上层清液且与酸浸出液合并， 最后定 容至 10mL， 于聚乙烯瓶中 4保存备用， 同时作空白试验。 0050 (4) 用原子吸收分光光度计测定超声提取液和微波消解液中 Cd、 Cr、 Ni、 Pb、 Zn 的 含量， 工作条件见表 1 和表 2。实验结果见表 5。超声提取法反应更为温和安全， 避。
30、免了微 波消解法高温高压的过程。 0051 表 1 石墨炉原子吸收分光光度计工作条件。 0052 表 2 火焰原子吸收分光光度计工作条件。 0053 表 3 湿法和超声提取法实验结果。 0054 表 4 干法和超声提取法结果。 0055 表 5 微波消解法和超声提取法实验结果。 0056 表 1 0057 说 明 书 CN 104374629 A 7 6/7 页 8 0058 表 2 0059 0060 表 3 0061 0062 表 4 0063 说 明 书 CN 104374629 A 8 7/7 页 9 0064 表 5 0065 说 明 书 CN 104374629 A 9 1/3 页 10 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 104374629 A 10 2/3 页 11 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 104374629 A 11 3/3 页 12 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 104374629 A 12 。