流动注射微柱在线富集/电感耦合等离子发射光谱法测定中成药中痕量铅和镉

　　　　 作者：韩晓燕 孟凤林 吴伟华 张政朴

【摘要】 采用自制固相萃取材料PTFEgGMAPEI纤维填充微柱预富集和流动注射(FI) 与电感耦合等离子发射光谱仪联用， 测定样品中痕量Pb2+和Cd2+。对Pb2+和Cd2+的富集与洗脱条件进行优化，并给出相应离子的分析特性。结果表明: 本方法Pb2+和Cd2+检出限分别为3.5和0.15 μg/L； 富集倍数分别为30和80; RSD分别为1.5%和0.6%（n=9，单个离子浓度为50 μg/L）。本方法应用于几种中成药中的痕量铅和镉的同时测定，样品加标回收率在90%～108% 之间， 结果满意。

【关键词】 聚乙烯亚胺，聚四氟乙烯纤维，电感耦合等离子发射光谱，铅， 镉，中成药

　　Abstract Using a microcolumn packed with polyethylenimine aminated glycidyl methacrylategraftedpolytetrafluoroethylene fiber made by ourselves as the adsorption material， the adsorption behaviors of Pb and Cd under different conditions were studied by inductively coupled plasma optical emission spectrometry. The conditions for the preconcentration of Pb and Cd such as pH， flowrate， time and eluent acidity were optimized. The results show that the PTFEgGMAPEI Fiber has excellent adsorption property and high adsorption capacity for Pb2+ and Cd2+. The Enrichment factors for Pb2+ and Cd2+ were 30 and 80， respectively and the detection limits were 3.5 μg/L and 0.15 μg/L， respectively， the relative standard derivations were 1.5% and 0.6%（n=9）respectively. When the single ion concentration was 50 μg/L， the sampling frequency was 9 and 18 times/h， respectively. The method was applied to the simultaneous determination of trace lead and cadmium of several Chinese traditional medicine samples， the standard recovery of samples was 90%108%.

　　Keywords Polyethylenimine， polytetrafluoroethylene fiber， inductively coupled plasma optical emission spectrometry， lead， cadmium， Chinese traditional medicine

　　1 引 言

　　铅和镉等重金属是对人体有害元素。铅对神经系统、消化系统和造血系统等都有毒害作用; 镉有致畸、致突变作用[1，2]。铅和镉等己被列为《中国药典》常规分析指标[3]。中成药制剂中重金属含量是否超标，已成为中成药安全性问题的焦点。诸多文献[4～6]报道了中药材中重金属含量测定，而有关中成药中重金属的含量测定的文献不多。

　　近年来，固相萃取因其具有操作简单，富集倍数高等优点， 已经成为原子光谱中常用的分离富集技术。关于铅和镉的固相萃取分离富集已有文献报道， 所用吸附材料有螯合树脂[7]和经修饰或未修饰的C18键合硅胶[8]、活性炭 [9]、纤维素[10]和纳米材料[11]等。

　　聚四氟乙烯（PTFE）离子交换纤维具有大的比表面积、吸附和解吸速率高等优点。同时由于其化学惰性、高阻抗、低摩擦系数和无溶涨性等较好的物理化学特性，是理想的填充材料基质。本课题组曾以接枝PTFE纤维为载体应用于环境和生物样品中微量Pb、Cd、Cu、Ni和痕量稀土元素的富集与分离[12～14]。

　　聚乙烯亚胺（PEI）是一种重金属螯合剂[15]。本实验使用γ射线辐照，将单体甲基丙烯酸缩水甘油酯(GMA) 接枝在PTFE纤维表面，然后用PEI与GMA进行开环胺化反应，制备了新型螯合离子交换纤维（PTFEgGMAPEI）[16]。本研究采用该纤维对Pb2+和Cd2+进行吸附和解吸。采用流动注射(FI)微柱预富集与电感耦合等离子发射光谱（ICPAES）联用， 可有效富集样品中痕量Pb2+和Cd2+， 消除基体效应和光谱干扰，且应用于中成药中痕量Pb2+和Cd2+的测定。

　　2 实验部分
　　
　　2.1 仪器与试剂

　　IRISintrepid Ⅱ全谱直读等离子体发射光谱仪（美国热电TJA公司）， 功率：1.1 kW；狭缝宽度: 10 μm；积分时间: 20 s，检测波长：Pb 220.353 nm， Cd 228.802 nm。IFISC系列智能流动注射进样器(西安瑞迈分析仪器有限公司)，包括两个蠕动泵和一个标准的注射阀(8通道及16位多功能注射阀)。采用聚乙烯蠕动泵管推动样品溶液和试剂。0.5 mm（i.d.）蠕动泵泵管用于各管路之间的连接。所有的管路连接尽可能保持最短，以使死体积降至最低。pHS3B精密pH计（上海雷磁仪器厂）； FA2004分析天平（上海精密仪器仪表有限公司）。
　　
　　PTFEgGMAPEI纤维（实验室自制）；实验用水由WaterPro纯水系统(美国Labconco公司) 得到的二次去离子水(18.2 M cm) ；HNO3、HCl、HClO4均为优级纯试剂，醋酸、醋酸钠、Na2HPO4和Nah3PO4为分析纯试剂。Pb2+和Cd2+离子储备液(1000 mg/L) 购自国家标准物质研究中心。单元素铅溶液成分分析标准物质：GBW(E)080581，单元素镉溶液成分分析标准物质GBW(E)080608。工作溶液用标准储备液经逐级稀释制得。

　　中成药速效救心丸和复方丹参滴丸购自天津市安舜大药房。

　　2.2 实验方法

　　2.2.1 微柱的填充

　　采用共辐照法，在辐照剂量为20 kGy， 阻聚剂浓度为2.5%，交联剂与单体比例为1∶4， 单体质量浓度为20%的接枝条件下获得接枝率97% 的PTFEgGMA纤维，接着通过聚乙烯亚胺与纤维表面GMA的开环胺化反应得到PTFEgGMAPEI纤维，酸碱滴定法测定PTFEgGMAPEI纤维中氨基含量为1.87 mmol/g。

　　将86.5 mg PTFEgGMAPEI纤维填充到2 cm×2 mm i.d.的微柱中。填充柱依次用去离子水、1 mol/L HNO3和去离子水冲洗，直至ICPAES方法无Pb、Cd的信号检出。

　　2.2.2 样品制备方法

　　分别称取1.000 g样品(中成药或标准参考物质)于聚四氟乙烯坩埚中，加入10 mL HNO3预消化，再加入3 mL HNO3和5 mL HClO4于电热板上加热溶解， 待溶液澄清后，蒸发至近干。

　　实线(real line): 样品采集(sample loading); 虚线(dashed line): 洗脱(elution).然后用0.1 mol/L HNO3溶解残渣，调节pH值为5， 转入50 mL容量瓶中，用去离子水定容到刻度。

　　2.2.3 流动注射在线预富集ICPOES联用测定Pb2+和Cd2+的步骤
　　图1和表1分别为流动注射管路和其在线分离预富集操作程序。在步骤1(图1实线位)，注射阀位于进样位，泵1运行使样品溶液装载到微柱，从微柱中流出的废液流至废液瓶；在步骤2中(图1虚线位)，泵2开始工作，泵1停止运行，注射阀转至注射位以导入HNO3洗脱液洗脱保留在微柱上的分析物。预富集分离的全过程为150～200 s(包括的样品上样时间)。表1 流动注射在线微柱富集耦合ICPOES测定痕量Pb2+和Cd2+的操作程序（略）

　　3 结果与讨论

　　3.1 PTFEgGMAPEI纤维对Pb2+和Cd2+的在线吸附

　　3.1.1 酸度对富集回收率的影响

　　在pH 3～9的范围内考察了Pb2+和Cd2+的回收率。如图2所示，pH对Pb2+和Cd2+的定量回收率影响很大，两种离子在pH 8左右分别达到最大回收率。这是因为：在酸性条件下，吸附剂表面PEI大分子链上的胺基N原子多处于质子化状态，失去螯合配位能力，吸附容量较低，进一步导致回收率下降；随着酸度的减小，胺基N原子的质子化程度减小，对金属离子的配合作用加强，故随着pH的增大，离子吸附量及回收率增高。当pH进一步升高，由于Pb2+和Cd2+的水解作用，其吸附量及回收率又开始下降。因此，本实验得出最佳的富集pH为8。 但是，由于实际样品消解时，样品中其它浓度较高的离子如Mg2+、Ca2+等在pH 8时容易产生沉淀，因此将其pH值调节为5。

　　3.1.2 富集时间对待测离子回收率的影响

　　在pH=8、上样流速为4.6 mL/min时，分别考察浓度均为50 μg/L的Pb2+和Cd2+标准溶液的上样时间对富集回收率影响。实验表明，当上样时间自10 s增加到200 s时，两种离子的回收率均&>90%。鉴于富集频率，本实验确定Pb2+和Cd2+的预富集时间分别为100和50 s。

　　3.1.3 上样流速与洗脱液流速的考察

　　在pH=8、上样时间为50 s时，考察50 μg/L Pb2+和Cd2+标准溶液的上样流速对富集回收率的影响。结果表明，在2.3～4.6 mL/min的流速变化范围内，随着流速的增大，Pb2+和Cd2+的信号强度不断增强。当流速高于4.6 mL/min时，由于反压太大使连接管路漏液，因此本实验选择4.6 mL/min为上样流速。

　　固定洗脱酸浓度为1.0 mol/L，上样时间50 s，上样流速为4.6 mL/min时，通过调节蠕动泵的转速来改变洗脱液流速。结果表明，洗脱液流速为1.1 mL/min时，Pb2+和Cd2+的回收率最高（约99%）。因此，本实验洗脱液流速选择1.1 mL/min。

　　3.1.4 洗脱液浓度的影响

　　分别选择稀HNO3和稀HCl在线洗脱被吸附的Pb2+和Cd2+。结果发现，以稀HCl为洗脱剂时，均存在洗脱峰形不佳和拖尾现象，因此选择稀HNO3为洗脱剂。改变HNO3的浓度，洗脱留于柱上的分析物，并测定Pb2+和Cd2+的回收率。从图3可以看到，当HNO3的浓度从0.1 mol/L逐渐增加到3.0 mol/L时，Pb2+和Cd2+的回收率呈增加趋势，之后不再随HNO3的浓度增大而增大。鉴于Pb2+和Cd2+在1 mol/L HNO3条件下即可达到高效率洗脱，因此选择1 mol/L HNO3作为Pb2+和Cd2+洗脱液。

　　3.1.5 洗脱时间对待测离子回收率的影响

　　在上述选定最佳实验条件下，改变洗脱时间20～120 s，测定已被吸附的待测离子定量回收率。实验数据表明，当洗脱时间从20 s逐渐增加到120 s时，Pb2+和Cd2+的回收率呈增加趋势，当洗脱时间超过100 s时，Pb2+和Cd2+的定量回收率&>99%。因此，本实验采用洗脱时间100 s。

　　3.2 PTFEgGMAPEI纤维对Pb2+和Cd2+吸附容量

　　吸附容量是吸附材料性能的主要参数。将100 mg/L Pb2+和Cd2+， 在pH 5.5、 流速4.6 mL/min 的条件下， 溶液通过离子交换柱， 考察1 g PTFEgGMAPEI纤维作为柱中填充物时的动态吸附容量。通过计算可得出 PTFEgGMAPEI纤维对Pb2+和Cd2+的动态吸附容量分别是5.76和33.2 mg/g。

　　3.3 干扰实验

　　考察了具有代表性的碱金属离子Na+、K+，碱土金属离子Mg2+、Ca2+和典型的过渡金属离子Fe3+、Zn2+、Cr3+、Cu2+对于富集400 μg/L Pb2+和40 μg/L Cd2+的影响[12]。实验结果表明， 在对应95％回收率的情况下，干扰离子的浓度增加至200 mg/L Na+、200 mg/L K+、100 mg/L Mg2+、40 mg/L Ca2+、10 mg/L Fe3+、2 mg/L Zn2+、1.5mg/L Cr3+、1 mg/L Cu2+和0.8 mg/L Cd2+时对400 μg/L Pb2+富集回收率没有影响。而40 μg/LCd2+对于Na+、K+、Mg2+、Ca2+、Fe3+、Zn2+、Cr3+、Cu2+ 和Pb2+无干扰，耐受限度分别为400、400、200、50、20、1.5、1.00、1.05和0.5 mg/L。因此，本体系能够实现样品中痕量Pb2+和Cd2+无干扰测定。显然，这种新型的螯合纤维对于碱金属、碱土金属及其它金属离子具有较强的抗干扰能力。

　　3.4 富集倍数、检出限和精密度

　　由于待测元素的检测灵敏度不同， 将不同浓度范围的标准溶液用于工作曲线， 考察了其线性范围和相关系数。本法的检出限为空白溶液 (Nah3PO4/Na2HPO4缓冲溶液) 连续测定11次， 其3倍标准偏差对应的浓度值除以富集后标准曲线的斜率， 精密度用浓度均为50 μg/L标准溶液分别进行9次连续测定， 计算出其相对标准偏差的值。分析特性列于表2。表2 流动在线微柱预富集耦合ICPOES测定痕量Pb2+和Cd2+的分析特性（略）

　　3.5 分析应用

　　3.5.1 标准参考物质测定

　　按照2.2.2方法消解样品，在优化富集和洗脱条件下同间测定标准参考物质茶叶(GBW 07605)中Pb和Cd含量， 结果见表3。如表3所示，使用该方法测定的标准参考物中的痕量Pb和Cd与标准参考值能够较好的吻合。表3 标准物质中痕量铅和镉测定结果（略）

　　3.5.2 实际样品测定

　　按照实验部分2.3.2方法消解样品，在优化富集和洗脱条件下分别测定几种中成药样品中Pb2+和Cd2+含量并进行加标回收率实验，平行5次，结果见表4。两种离子的回收率均在90%～108%，满足实际分析要求，且样品中重金属含量均在药典规定范围之内。表4 流动在线微柱预富集耦合ICPOES测定中成药中Pb2+和Cd2+的含量(略)

　　致 谢 实验中所用IFISC系列智能流动注射进样器由南开大学严秀平教授提供，谨致谢忱！

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