CN102507469A - 一种卷烟纸铅含量的测定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卷烟领域，具体来说涉及一种检测卷烟纸中铅含量的方法，包括以下步骤：称取卷烟纸，加入消解剂进行微波消解后得到样品，采用石墨炉原子吸收光谱仪对样品进行检测。所采用的消解剂为硝酸-过氧化氢-高纯水溶液，其中硝酸、过氧化氢、高纯水的体积比为4:2:2；卷烟纸和消解剂的加入比例为0.3g:8ml。灰化的温度和原子化温度分别为700~780℃和1900~2050℃。采用本发明方法测定卷烟纸中的铅具有灵敏度高、准确度好等特点，而且方法简便、快速、准确。

Description

一种卷烟纸铅含量的测定方法

技术领域

本发明涉及卷烟领域，具体来说涉及一种检测卷烟纸中铅含量的方法。

背景技术

铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，对人体的神经系统和造血系统造成危害。在我国慢性职业中毒病例中铅中毒一直占据首位。随着人们对吸烟与健康研究的深入，卷烟材料的安全性越来越受到重视。烟草行业对烟用接装纸、香精和料液等出台了相关的检测铅的标准。目前对烟用材料中铅的检测的报道主要涉及烟用香精香料、接装纸等，并相应建立了行业标准；但是，由于卷烟纸中铅含量远低于接装纸等材料，卷烟纸中铅含量检测至今还没有相关的行业标准。目前，铅的测定方法有很多，根据检测精度由低到高主要包括双硫腙比色法、电化学方法、原子吸收法和电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）等。对于痕量铅的检测，ICP-MS的检测灵敏度高、但其设备昂贵，在企业的实际应用中受到限制。原子吸收光谱仪的价格合适，一般企业都能承受，因此，若能建立原子吸收光谱法检测卷烟纸中铅含量，则具有良好的实际应用价值，但至今还未见到原子吸收法对卷烟纸中铅含量检测的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种采用石墨炉原子吸收光谱法检测卷烟纸中铅含量的方法。

发明通过以下技术方案实现上述目的：

发明提供一种石墨炉原子吸收光谱法检测卷烟纸中铅含量的方法，包括以下步骤：称取卷烟纸，加入消解剂进行微波消解后得到样品，样品加入石墨炉，经干燥，再经灰化、原子化，最后净化。干燥温度可采用140~170 ℃，净化温度可采用2200~2500 ℃。

所述的消解剂为硝酸-过氧化氢-高纯水溶液，其中硝酸、过氧化氢、高纯水的体积比为4:2:2；卷烟纸和消解剂的加入比例为0.3g:8ml。微波消解的程序如图1所示。

灰化的温度优选为700~780 ℃。

原子化温度优选为1900~2050 ℃。原子化过程中还加入了基体改进剂，所采用的基体改进剂为磷酸二氢铵。此时磷酸二氢铵的加入量为0.10~0.15 g/L。

发明通过对微波消解前处理技术、石墨炉原子吸收法对卷烟纸中铅含量检测进行研究，并以ICP-MS检测的铅含量结果进行对比，证实了石墨炉原子吸收方法用于检测卷烟纸中铅含量的可行性，为建立相应的行业标准提供参考和依据。

卷烟纸的前处理对铅含量的检测结果有很大影响，发明发现，采用以下方法：硝酸:双氧水:高纯水体积比为4~5:2~3:2~3消解剂体系时，消解液的用量与卷烟纸的用量比例为0.3~0.4g:8~9ml；原子吸收光谱检测的优选工艺参数为灰化和原子化温度分别为700~780 ℃和1900~2050 ℃，0.10~0.15 g/L磷酸二氢铵作为基体改进剂。微波消解－原子吸收法可较为准确地对卷烟纸铅含量的检测。其中最优选的方案，是硝酸:双氧水:高纯水体积比为4:2:2消解剂体系时，消解液的用量与卷烟纸的用量比例为8 mL:0.3 g。该方法的检出限为0.471μg/L，相对标准偏差为1.04%，平均回收率为105.7%。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

采用本发明方法测定卷烟纸中的铅具有灵敏度高、准确度好等特点，而且方法简便、快速、准确。

附图说明

图1为本发明微波消解的程序示意图；

图2为铅的标准曲线；

图3为灰化温度和吸光度的关系图；

图4为原子化温度和吸光度的关系图

图5为不同基体改进剂对吸光度的影响；

图6为基体改进剂添加量对吸光度的影响。

具体实施方式

以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。但它们并不是对本发明的限定。

实施例1 消解剂实验

1．材料与仪器

MF60-32S竖罗纹卷烟纸，65%硝酸、30%过氧化氢和磷酸二氢铵为优级纯；盐酸、氢氟酸、硝酸钯、硝酸镁和抗坏血酸为分析纯；实验用水均为高纯水；铅标准溶液（国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院）。

AA-6800型原子吸收光谱仪（日本Shimadzu公司）；Ethos1型微波消解仪(中国莱伯泰科有限公司)；7500A型电感耦合等离子体质谱仪 (美国Agilent公司)。

2．样品处理

称取0.3000g的卷烟纸，加入不同消解剂（表1），按图1所示程序进行微波消解：

消解结束后，将样品转移至25mL容量瓶中定容。

表1 不同消解剂的组成

消解剂的类型	消解剂的组成
		消解剂1	5mL硝酸+1mL过氧化氢+1mL盐酸+1mL氢氟酸
消解剂2	5mL硝酸+1mL过氧化氢
		消解剂3	4mL硝酸+2mL过氧化氢+2mL高纯水

3．测试条件

样品加入石墨炉后，经140℃干燥，再经一定温度的灰化、原子化，最后在2200℃温度下净化。由于石墨炉原子吸收光谱仪的灰化温度和原子化温度以及基体改进剂的种类对铅的检测具有很大的影响，本发明采用单因素变量法对这些工艺参数进行优化。

4．铅含量的计算方法

由于消解后定容到25 mL，代测液的铅的浓度在10 μg/L以下，因此，对0、4、8、12、20 μg/L的铅标准溶液进行测定，做标准曲线，如图2所示。

线性回归方程为：Abs=0.0325+0.0066C，线性相关系数为：R²=0.9976。

式中，Abs为吸光度，C为铅的浓度。

根据检测出的铅的浓度，按公式

X=C×V/1000m

得到卷烟纸中铅的含量^[9]。

式中X为卷烟纸中铅的含量，mg/kg；C为测试样液中铅的浓度，μg/L；V为试样消化液总体积，ml；m为试样质量，g。

5.计算回收率

在处理的样品中加入10μg/L的铅标准溶液，通过标准曲线求出检测浓度，检测浓度与标准浓度的比值为回收率。

6．消解剂的确定

分别采用三种消解剂在相同的程序消解的条件下，对0.3000g卷烟纸进行消解后，在灰化温度700 ℃，原子化温度为1900 ℃，基体改进剂为0.10 g/L的磷酸二氢铵的条件下进行原子吸收检测，结果如表2所示。

表2 卷烟纸经不同消解剂处理后测得的铅含量

消解剂的类型	铅含量/mg/kg	回收率/%
			消解剂1	0.240	102.5
消解剂2	0.253	113.9
			消解剂3	0.251	105.7

由表2可知，采用三种消解剂进行样品前处理后得到卷烟纸铅含量相近，回收率也在允许的范围之内。消解剂1和消解剂2作为消解剂时，需要赶酸，造成样品前处理时间过长；消解剂3作为消解剂时，检测出的铅含量与ICP-MS检测结果（表3）最为相近，且不需要赶酸，节省了2-3h，提高了效率。所以，采用4mL硝酸+2mL过氧化氢 +2mL高纯水作为消解剂是较优的选择。

实施例2  卷烟纸质量实验

为了研究加入卷烟纸的质量对铅含量测定的影响，用分析天平称取0.2000 g，0.3000 g，0.4000 g，0.5000 g卷烟纸采用消解剂3进行微波消解，然后用石墨炉原子吸收法检测铅含量，结果见表3。

表3 不同质量卷烟纸消解后，测得的铅含量

  注：使用消解剂3进行消解，灰化温度700 ℃，原子化温度为1900 ℃，基体改进剂为0.10 g/L的磷酸二氢铵。标准偏差根据10次的检测结果计算。

由表3可知，当卷烟纸的质量为0.2000 g时，检测出铅含量的标准偏差较大，为0.036 mg/kg。这是由于卷烟纸的质量相对较小，其他因素（如洗涤、转移）等造成样品中目标元素损失对其检测结果的影响相对较大，导致检测出的铅含量较低，标准偏差较大；而当卷烟纸的质量为0.3000 g时，检测出的铅含量的标准偏差为0.003 mg/kg，同时与ICP-MS检测的0.248 mg/kg的值很接近；当使用卷烟纸样品的质量为0.4000 g或以上时，检测的值大大降低，而且标准偏差较大。当卷烟纸的用量达到0.4000 g或以上时，尽管消解后样品液目测时已完全溶解，但实际可能所用的消解液的量已不足以消解超过0.4000 g的卷烟纸，从而导致检测出的铅含量减小，误差较大。通常来说，在保证目标元素含量不至于干扰检测结果的前提下，消解液的用量越大，消解的效果更好。因此在8 mL的消解液中加入0.3000g的卷烟纸，结合优选的原子吸收工艺参数可获得满意的检测结果。

实施例3 石墨炉原子吸收光谱法灰化温度实验

在原子化温度为1900℃时，加入0.10g/L磷酸二氢铵作为基体改进剂，改变灰化温度，吸光度的变化趋势如图3所示。

如图3所示，在原子化温度为1900℃时，在较低灰化温度下吸光度较大，具有较强的基体效应；当灰化温度为700℃～800℃时，基体效应影响较小；800℃之后吸光度随灰化温度的升高而减小。灰化阶段的作用是尽可能的把样品中的共存物质全部或大部分除去，并保证没有待分析元素的损失。所以，要选择合适的灰化温度，当灰化温度较低时，共存物质除不尽，原子化时，这些基体挥发出来，以气态分子、盐微粒、“烟雾”等形式存在于石墨管中，引起分子吸收和光散射，产生假吸收信号，使吸光度较大；当灰化温度过高时，待测元素会挥发损失。因此，较优灰化温度为700℃。

实施例4 石墨炉原子吸收光谱法原子化温度实验

    在灰化温度为700 ℃时，加入0.10 g/L磷酸二氢铵作为基体改进剂，改变原子化温度，吸光度的变化趋势如图4所示。当原子化温度低于1900℃时，吸光度随原子化温度的升高而增大；当原子化温度为1900 ℃～2100 ℃时，吸光度稳定且较大；当原子化温度高于2100 ℃时，吸光度随原子化温度的升高而略有降低。原子化温度要使石墨管中的待测元素转化为基态原子，原子化温度越高，基态原子数越多，吸光度也越大，但原子化温度过高时，激发态原子数目会有较快的增长，从而对吸光度产生一定影响。另外，原子化温度过高会缩短石墨管的使用寿命。因此，较优原子化温度为1900℃。

实施例5 基体改进剂及用量实验

基体改进剂的确定：

为了研究不同基体改进剂对铅含量测定的影响，分别选用0.10 g/L磷酸二氢铵、0.01 g/L氯化钯、0.01 g/L硝酸镁、0.01 g/L 抗坏血酸为基体改进剂，吸光度的变化趋势如图5所示。

由图5可知，以0.10 g/L磷酸二氢铵为铅的基体改进剂时，吸光度最大，灵敏度最高。磷酸二氢铵作为基体改进剂时，磷酸根可与铅络合为较稳定化合物，可提高灰化温度并使信号稳定, 温度升至700 ℃时，铅元素不挥发，但使大部分共存物质挥发去除，从而减小基体效应的影响。因此，选择0.10g/L磷酸二氢铵为基体改进剂。

基体改进剂用量的确定：

在700℃灰化温度和1900 ℃原子化温度时，分别向被测溶液中加入不同量的磷酸二氢铵，实验获得的基体改进剂用量对吸光度的影响见图6。由图6可知，当加入量小于0.10 g/L时，吸光度随着磷酸二氢铵加入量的增加而增大；当加入量为0.10 g/L～0.20 g/L时，吸光度较大且稳定。随着磷酸二氢铵的加入量增大，与磷酸根络合为稳定化合物的铅元素增多，当加入量超过0.10 g/L时，再增加磷酸二氢铵的量，吸光度不再增大，表明样品中的铅已经被络合。因此，基体改进剂的最优加入量为0.10 g/L。

实施例6

称取0.3000g卷烟纸，采用4mL硝酸+2mL过氧化氢+2mL高纯水作为消解剂，加入消解剂进行微波消解（微波消解程序如图1所示），得到样品，样品加入石墨炉，经140℃干燥，再经700℃灰化、1900℃原子化，原子化过程加入了磷酸二氢铵，加入量0.1g/L；最后2200℃下净化。

分别对空白样品和分析样品进行10次的重复测试，数据见表4，同时采用加标法获得平均回收率，见表5。

表4 准确度实验（n=10）

NO.	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	RSD	LOD
													空白（μg/kg）	2.227	2.318	2.545	2.485	2.091	2.152	2.030	2.303	2.364	2.076	--	0.471
铅含量（mg/kg）	0.250	0.251	0.248	0.255	0.245	0.253	0.248	0.258	0.251	0.251	1.04%

注：RSD：相对标准偏差，LOD：检出限

表5 平均回收率实验

样品	样品中含量/（mg/kg）	加入量/（mg/kg）	测得量/（mg/kg）	回收率/%
					0.3000g卷烟纸	0.251	0.833	1.132	105.7

根据精确度和回收率实验结果可知，该方法的检出限为0.471μg/L，相对标准偏差为1.04%，平均回收率为105.7%，表明该方法测定卷烟纸中的铅具有灵敏度高、准确度好等特点，而且方法简便、快速、准确。

Claims (7)

1.一种石墨炉原子吸收光谱法检测卷烟纸中铅含量的方法，其特征在于包括以下步骤：称取卷烟纸，加入消解剂进行微波消解后得到样品，样品加入石墨炉，经干燥，再经灰化、原子化，最后净化；所述的消解剂为硝酸-过氧化氢-高纯水溶液，其中硝酸、过氧化氢、高纯水的体积比为4~5:2~3:2~3；卷烟纸和消解剂的加入比例为0.3~0.4g:8~9ml。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的灰化温度为700~780 ℃。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的原子化温度为1900~2050 ℃。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的原子化过程中还加入了基体改进剂，所采用的基体改进剂为磷酸二氢铵。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述的磷酸二氢铵的加入量为0.10~0.15 g/L。

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的干燥温度为140~170 ℃。

7.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述的净化温度为2200~2500 ℃。

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