1、浊点萃取火焰原子吸收光谱法测定枸杞中的铅毕业论文 毕 业 论 文题 目： 浊点萃取-火焰原子吸收法 测定枸杞中的铅毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计
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3、位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名： 日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目 录 摘 要 1引 言 31 绪论 31.1 枸杞概述 31.2 铅的概述 41.3 铅的危害 41.4 食品中铅测定方法简介 51.5 课题的提出 71.6 浊点萃取的原理及特点概述 71.6.1 浊点萃取的增溶机理 71.6.
4、2 影响浊点萃取的因素 81.7 原子吸收分光光度法的原理及特点概述 92 实验部分 112.1 仪器与试药 112.1.1 仪器 112.1.2 试药 112.1.3 试液的制备 122.2 实验方法 122.2.1 枸杞的处理 122.2.2 仪器工作条件 132.2.3 标准工作曲线的绘制 14 2.3 浊点萃取条件的选择2.3.1 表面活性剂的选择 142.3.2 pH值的影响 142.3.3 PMBP溶液的选择 152.3.4 Triton X-100溶液的选择 152.3.5 平衡温度和时间的选择 152.4 样品的测定 152.4.1 精密度试验 162.4.2 重复性试验 16
5、2.4.3 回收率试验 163 实验数据处理与分析 173.1 浊点萃取最佳工作条件的选择 173.1.1 pH的选择 173.1.2 PMBP用量对萃取率的影响 173.1.3 Triton X-100浓度对萃取率的影响 183.1.4 平衡温度和时间的影响 183.1.5 共存离子的影响 193.2 仪器最佳工作条件的选择 203.2.1 燃烧器高度的选择 203.2.2 元素灯电流的选择 203.2.3 光谱通带的选择 213.2.4 燃助比的选择 213.2.5 波长的选择 223.2.6 小结 233.3 标准工作曲线的绘制 233.4样品的测定 243.5 精密度试验 253.6
6、重复性试验 253.7 回收率实验 264 结论 26总结与体会 27谢 辞 28参考文献 30摘 要 枸杞是一种名贵的药材和滋补品，其成熟果实中富含甜菜碱、阿托品、天仙子胺、维生素C和铜、钙、铁、镁、铅等矿物质，而铅是严重危害人们健康的具有蓄积性的重金属元素之一。本文通过浊点萃取火焰原子吸收法测定枸杞中铅含量的新方法，研究了非离子表面活性剂Triton X-100浊点萃取的最佳条件，如pH、试剂用量、平衡时间和温度等，论述了火焰原子吸收法测定枸杞中铅含量的最佳仪器条件。在最优条件下测定了市售枸杞中铅的含量，并做了加标回收实验铅的回收率在99%102%之间，实验结果中相对标准偏差为3%。该方法
7、用于测定枸杞中的铅含量，结果令人满意。关键词：浊点萃取 火焰原子吸收 枸杞 铅 Abstract Wolfberry is a rare medicinal herbs and supplements, its ripe fruit, rich in betaine, a T CMLIB opine, gyoscyamine, vitamin C and copper, Ca, Fe, Mg, lead minerals, lead is a serious harm to peoples health with the accumulation of heavy metal elements
8、. This article by the new method of cloud point extraction - flame atomic absorption spectrometry determination of lead content in wolfberry, the non-ionic surfactant of Triton X-100 cloud point extraction, such as pH, the amount of reagents, equilibrium time and temperature, the flame atomic absorp
9、tion spectrometry determination of lead content in wolfberry best instrument conditions. Measured under optimal conditions, the content of lead in commercial wolfberry, And spiked recovery experiments lead recoveries between 99% to 102%, the relative standard deviation of 3% in the experimental resu
10、lts. The method for determination the lead content in Chinese wolfberry, with satisfactory results. Keywords: cloud point extraction; flame atomic absorption spectrometry（FAAS）; Wolfberry; lead 引 言枸杞（学名：Lycium chinense）是茄科枸杞属的多分枝灌木植物，高0.5-1米，栽培时可达2米多。国内外均有分布。枸杞全身都是宝，明李时珍本草纲目记载：“春采枸杞叶，名天精草；夏采花，名长生草；秋
11、采子，名枸杞；冬采根，名地骨皮”。枸杞嫩叶亦称枸杞头，可食用或作枸杞茶1。现代研究，枸杞有降低血糖、抗脂肪肝作用，并能抗动脉粥样硬化。此外，枸杞还可用园林作绿篱栽植、树桩盆栽以及用作水土保持的灌木等。枸杞是名贵的药材和滋补品，中医很早就有“枸杞养生”的说法。对于枸杞中成分含量，前人有过很多研究，但对于枸杞中铅的成分含量研究较少。而铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类器官。近年来，随着工业的发展，铅、镉、锌、铜、镍等一系列重金属元素被排放到自然界中，对大气、水、土壤、食品等造成较大污染。虽然环境样品、食品中重金属离子浓
12、度较低，但具有毒效长期持续、生物不可降解的特点，这些痕量重金属离子通过食物链在生物组织里富集，从而对人体和自然界造成巨大的危害。痕量重金属元素的高灵敏度分析是当前金属元素分析的发展趋势，重金属元素的含量越低，对样品前处理的要求就越高2。所以，建立高灵敏测定环境样品和食品中的痕量重金属离子的方法十分必要。1 绪论1.1 枸杞概述枸杞（学名：Lycium chinense）是名贵的药材和滋补品，中医很早就有“枸杞养生”的说法。本草纲目记载：“枸杞，补肾生精，养肝明目安神，令人长寿。”枸杞的产地主要集中在西北地区，宁夏的枸杞最为著名，另外甘肃、青海等地的枸杞品质也很高。枸杞果实为间歇式成熟，生产上一
13、般按果实成熟期将其分为：春果枸杞、夏果枸杞和秋果枸杞。6月至7月初成熟的果实，即老眼枝果实为春果枸杞；7月上旬至8月份来自于当年春枝的果实称为夏果枸杞；9月至10月成熟的果实为秋果枸杞。对春果枸杞、夏果枸杞中Fe、Mn、Zn、Se含量的研究表明，春果枸杞中Fe、Mn含量分别比夏果枸杞高73.2%和21.6%，差异极为显著；而Zn含量则呈夏果略高于春果的趋势；Se含量在春、夏果中相对稳定。春果枸杞中Fe/Mn、Fe/Zn、Fe/Se的比值大幅度高于夏果。春果枸杞有效成份含量较高，产量少，因此市场售价也高。1.2 铅的概述铅是一种重要的金属元素，它主要用于制造铅蓄电池；铅合金可用于铸铅字，做焊锡；
14、铅还用来制造放射性辐射、X射线的防护设备；铅及其化合物对人体有较大的毒性，并可在人体内积累。铅被用做建筑材料，用在乙酸铅电池中，用作枪弹和炮弹，焊锡、奖杯和一些合金中也含铅。在所有已知毒性物质中，树上记载最多的是铅。古书上就有记录认为用铅管输送饮水有危险性。公众接触铅有许多途径。近年来公众主要关心石油产品中含铅的问题。颜料含铅，特别是一些老牌号的颜料含铅较高，已经造成许多死亡事件，因此有的国家特别指定了环境标准规定颜料中铅的含量应控制在600PPM之内。有的国家还没有制定出标准，但是市场出售高铅含量颜料时贴出标签警示用户。食品中也发现铅的残留，或是空气中的铅降下污染食物，或是罐头皮的铅污染罐头
15、食品。铅的另外一个重要来源是铅管，几十年以前建筑住宅是用铅管或铅衬里管道，夏天的天然冰箱也用铅衬里，这些年已经禁用，改用塑料或者其他材料。由于铅污染对环境和人类的健康危害极大，各国都指定了一些强制性标准以限制其对环境的污染与危害3。1.3 铅的危害有关铅的毒害事件在古代就已经存在，古罗马人骨骼中铅含量很高，因此存在着古罗马衰败是铅中毒造成的说法4。有人甚至根据晚白垩系地层中铅元素含量过高推断恐龙的灭绝与铅慢性中毒有关5。铅是一种严重危害人类健康的重金属元素，它可影响神经、造血、消化、泌尿、生殖和发育、心血管、内分泌、免疫、骨骼等各类器官，主要的靶器官是神经系统和造血系统6。更为严重的是它影响婴
16、幼儿的生长和智力发育，损伤认知功能、神经行为和学习记忆等脑功能，严重者造成痴呆。特别是对于儿童，学术界确认，只要血铅水平超过或等于100 gL-1，不管有没有临床症状、体征，都可以确诊为儿童铅中毒。国内外的大量研究表明，婴幼儿和儿童的血铅水平与智商(IQ值)显著相关7。世界卫生组织1994年报告，儿童血铅水平每增加100微克/升，IQ值平均降低13分。铅中毒会导致智力下降，尤其是儿童会出现学习障碍。据报道，高铅儿童的IQ值平均比低铅儿童低46分。随着我国近几年工业的快速发展，环境进一步恶化的加剧，铅中毒已成为威胁我国儿童健康的主要因素之一。已有的研究结果表明，我国城市儿童铅中毒普遍存在，而且城
17、市铅中毒重于农村，沈阳、哈尔滨、北京、上海等大城市尤为突出8-9。据我国许多城市调查结果表明，我国儿童有30以上受到不同程度的铅损伤，部分城市工业区更高达80以上10。铅引起的智力损害是不可逆转的。即经过驱铅治疗后，血铅下降，但智力损害无明显恢复。因此，作为一种具有蓄积性的有害元素，联合国粮农组织世界卫生组织(FAO/WHO)，食品法典委员会(CAC)1993年食品添加剂和污染物联合专家委员会(JECFA),建议每人每周铅允许摄入量(PTWI)为25 g/(kgbw)，以人体重60 kg计，即每人每日允许摄人量为214 g。为了控制人体铅的摄入量，在食品监督领域中铅被列为重要监测项目。一般食品
18、中铅的含量允许在0.55 gkg-1之间。1.4 食品中铅测定方法简介为了准确测定铅的含量，国内外对铅的分析方法进行了广泛深入的研究。目前对于痕量铅的测定方法主要分为一下几大类。1.分光光度法2分光光度法是一种简单、快速的分析方法，方法的选择性和灵敏度主要取决于所选择的显色剂及显色体系。铅的光度分析法，除了合成高灵敏、特效的新试剂外，还必须对配合体系进行研究及结合其他技术（如双波长分光光度法）的应用，而准确度在很大程度上取决于测定条件和选择和干扰元素的分离。目前铅的光度法正朝着掩蔽主成分和直接测定的方向发展。但对于复杂的试样，由于分离上的技术问题和新仪器检测方法的广泛应用，国内外测定痕量铅的方
19、法主要还是才用仪器法。2.原子吸收光谱法2 目前用于测定痕量铅的原子吸收光谱法有火焰原子吸收光谱法和石墨炉原子吸收光谱法。火焰原子吸收光谱法是铅在空气/乙炔火焰中易于测定，测定谱线波长283.3nm。在这种火焰中容易产生光谱和非光谱干扰。而实际样品由于铅的含量甚微，为此，鼻血采取各种措施提高灵敏度，降低检出限。常才用的方法有配合萃取、气化分离、富集分离等方法，使铅与样品的基体分离富集后进行测定。石墨炉原子吸收光谱法的绝对灵敏度一般比火焰原子吸收光谱法高3个数量级，已广泛应用于痕量铅的分析。为了克服基体干扰，早期的工作采取螯合和萃取的方法，但易造成损失及污染。近年来人们在基体改进技术方面作了大量
20、的工作，取得了显著的效果。利用基体改进剂与微波消化技术相结合，已广泛应用于农产品、中药、水处理剂、鼠骨等样品的分析。3.电化学分析法2电化学分析法具有所需仪器成本低廉、操作方便、维持费用低、灵敏度高等优点，已成为一种主要的分析测试手段。随着化学修饰电极理论的发展，用化学修饰电极测定铅十分活跃。4.其他方法2除上述检测方法外，近年来还发展了ICP-MS、氢化物发生-原子荧光光谱法。本实验采用火焰原子吸收光谱法测定样品痕量铅。为了提高灵敏度，降低检出限，采取浊点萃取-火焰原子吸收光谱法联用，以达到较高的富集倍数，提高了检测的灵敏度。浊点萃取（cloud point extraction，CPE）法
21、是近年来新兴的液-液萃取技术，它不使用挥发性的有机溶剂，不影响环境。它以中性表面活性剂胶束水溶液的溶解性和浊点现象为基础，通过改变实验参数（如温度，电解质等）引发相分离，将疏水性物质与亲水性物质分离。同经典的液-液萃取技术相比，该萃取技术具有如下有点：不使用有毒害的有机溶剂，且使用的表面活性剂量仅为mg级；操作简单方便；应用范围广，萃取效率高，富集因子较大；易与分析仪器联用11。1.5 课题的提出枸杞当中营养丰富，含有多种对人有益的氨基酸、蛋白质、微量元素等，其中含有微量的铅，铅是一种具有蓄积性的有害元素，在自然界中分部极广，易通过水、食物等进入人体，在体内超过一定量即可引起中毒，中毒时对神经
22、系统、肾脏、造血系统等都有明显的损害12-14。为控制人体铅的摄入量，在食品监督领域中列为重要监测项目。因此，痕量铅的危害越来越引起人们的关注。枸杞中Pb含量较低。故需与一定的分离富集铅的技术相结合，才能使火焰原子吸收法直接测定。故而本实验选用了浊点萃取法这一新兴的环保型液-液萃取技术，有可能为快速简便准确便捷的方法测定枸杞当中铅含量提供一种有益尝试。1.6 浊点萃取的原理及特点概述浊点萃取（Cloud Point Extraction, CPE）是近年发展起来的一种新型分离技术，主要利用表面活性剂溶液的增溶和分相实现溶质的富集和分离15。浊点现象引起的相分离最早是由Watanabe报道16，
23、他们认为与传统的液-液萃取过程相比，浊点萃取无需使用大量的有机溶剂，易于操作，商业表面活性剂对环境的影响较小而且成本低，能够保护被萃物质的原有特性（如生物大分子的活性） ， 同时能够提供很高的富集率和提取率，是一种新型的环境友好的分离技术，具有很好的工业应用潜力，并有望替代有机溶剂的一种新型分离方法和萃取技术。尽管 CPE最初是作为用金属离子的憎水性配合物来富集金属离子的一种方法被提出，但是目前已经被广泛地应用于多个领域。1.6.1 浊点萃取的增溶机理表面活性基团是具有亲水端和憎水端的两性分子，当表面活性剂的浓度高于某一极限值（称为临界胶束浓度 CMC）时，表面活性剂单体会自发聚集一起形成亲水
24、基团向外，憎水基团向内的聚集体，即所说的胶束。胶束内部实际上是液态的碳氢化合物，可以使亲油性强的有机物（微溶于水或不溶于水的有机物）溶解度大大增加，称作表面活性剂溶液的增溶。当表面活性剂溶液的条件（如温度，pH等0改变后，由于水化层的破坏，而导致胶束聚集数的增加，溶液变混浊，随着富胶束和贫胶束相密度的不同而最终导致相分离。表面活性剂水溶液在温度变化时因为引发相分离而突然出现混浊现象时的温度即浊点温度(CP)。分相后，一相为表面活性剂富集的凝聚相（表面活性剂的浓度约为 0.5 kg/L），另一相为表面活性剂含量很低的水相（胶束浓度约大于等于 CMC）。增溶于胶束中的疏水性物质随胶束进入凝聚相，亲
25、水性物质则留在水相，可实现疏水性物质的分离与富集。1.6.2 影响浊点萃取的因素参照传统萃取的基本特性可以获得影响浊点萃取平衡的主要因素，主要有表面活性剂和被增溶物的结构和浓度、溶液中电解质的种类和浓度、温度以及溶液 pH 值等，对于极性溶质的浊点萃取而言，需考虑辅助增溶剂的类型和浓度。非离子表面活性剂在水中的临界胶束浓度较低，易形成胶束，且可以通过与不同长度和功能的基团相结合改变它的性质，是浊点萃取技术使用最早、应用最广泛的表面活性剂。向非离子表面活性剂溶液中加入盐析型电解质（比如氯化物或硫酸盐），可使胶团中氢键断裂脱水，从而降低浊点温度，如向非离子表面活性剂 C12E10 水溶液中加入硫酸
26、钠，可以使其 CP 降低几度到几十度17；而向非离子表面活性剂水溶液中加入盐溶型电解质，如硫氰化物或硝酸盐，可以使浊点温度升高；亲水性的有机物如脂肪醇、脂肪酸、苯酚和尿素等均能降低非离子表面活性剂溶液的浊点温度18。离子型的表面活性剂由于其临界胶束浓度较高，浊点分相后的水相表面活性剂浓度较高，富集倍数及分离效率不高，很少单独用于浊点萃取。但也有将阳离子表面活性剂和阴离子表面活性剂的混合溶液用于浊点萃取的报道19，并在牛血清蛋白的提取中得到了比较好的萃取效果20。 一般而言，胶束的增溶量随非离子表面活性剂分子中疏水基碳氢链链长的增长和氧乙烯链单元数目的增加而增大，随支链和不饱和结构的增多而减小。
27、对被增溶物而言，脂肪烃和烷基芳烃的增溶量随其碳数的增加而减少，随其不饱和程度及环化程度的增加而增加，对于多环芳烃，增溶量随分子大小的增加而减小21。向非离子表面活性剂溶液中加入电解质可以改变浊点温度，减小凝聚相体积并改变主体水相的密度而影响分相速度。温度的升高通常有利于提高萃取率和富集倍数，但对热敏性溶质必须注意温度升高带来的负面影响，浊点萃取的操作温度一般应高于浊点温 152015。对于极性溶质，pH 值会影响其萃取率。1.7 原子吸收分光光度法的原理及特点概述原子吸收光谱分析又称原子吸收分光光度分析，其是基于物质所产生的原子蒸气对特定谱线（通常是待测元素的特征谱线）的吸收作用来进行定量分析
28、的一种方法。由于原子的吸收线比发射线的数目少得多，谱线重叠的概率就小得多，对于原子吸收法，即使和临近谱线分离的不完全，由于空心阴极灯一般并不发射那些临近波长的辐射线，因此其他辐射线干扰较小，故原子吸收法的选择性高，干扰较少且易于克服。同时由于测定的是大部分基态原子，原子吸收法往往具有较高灵敏度，并且又因为激发态原子数的温度系数显著大于基态原子，故原子吸收法预期笔法设法具有更加信噪比。也就是说，原子吸收光谱法是特效性、准确度和灵敏度都很好的一种定量分析方法。由朗伯定律（Lambert Law），强度为I0,通过原子蒸气后，透过光的强度与原子蒸汽宽度成正比（原子蒸汽中原子密度若一定）即： （1）
29、式中，为透过光的强度，为原子蒸汽宽度，K为原子蒸汽对频率为的光的吸收系数 当使用锐线光源进行吸收测量时，由式（1）及吸光度 （2） 式中I0和I分别表示频率范围内入射光和透射光的强度等相关关系有 （3）即：当时用一个与待测元素同种元素制成的锐线光源时，测得的吸光度与原子蒸气中待测元素的基态原子数呈线性关系大多数元素测定时，火焰中基态原子数占绝大多数，基态原子数N0可代表吸收辐射的原子总数。实际测定中因试样中待测元素浓度与待测元素吸收辐射的原子总数成正比，因此在一定浓度范围和一定火焰宽度L的情况下，易得出： （4）式中为待测元素浓度，在一定实验条件下为一常数此即比尔定律（Beer Law），及一
30、定实验条件下，吸光度与浓度成正比。故通过测定吸光度即可求出待测元素的含量。这即是原子吸收分光光度法的定量基础22。原子吸收的主要特点是测定灵敏度高，特效性好，抗干扰能力强，稳定性好，适用范围广，可测定70多种元素（其他很多非金属元素可采用间接法也可测定）。加上一起较简单，操作方便，因而原子吸收分析法的应用范围日益广泛。例如在测定矿物、金属及其合金、玻璃、陶瓷、水泥、化工产品、土壤、食品、血液、生物试样、环境污染物等等试样中的金属元素含量时，原子吸收法往往是一种首选的定量方法，因而它在分析化学领域内已占重要地位23。本文的研究即是基于原子吸收的基本方法，用PMBP络合剂与枸杞中的铅进行络合反应富
31、集铅，在利用Triton X-100的浊点效应，后采用火焰原子吸收法测定出铅含量。2 实验部分2.1 仪器与试药2.1.1 仪器表1 实验仪器名称型号生产厂家原子吸收分光光度计AA7003北京三雄科技公司北京市东西电子技术研究所铅空心阴极灯KY-1北京曙光明电子光源仪器有限公司电子分析天平无油气体压缩机KJ-B天津市利迈豪工贸有限公司超纯水机UPK-20型成都超纯科技有限公司电炉水浴锅2.1.2 试药表2 实验药品名称纯度或等级生产厂家枸杞1. 成都中药材专业市场周氏永红购销行浓硝酸分析纯成都科龙化工试剂厂过氧化氢分析纯成都科龙化工试剂厂硝酸铅分析纯国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院无水乙醇分析纯成都科龙化工试剂厂PMBP试剂分析纯成都科龙化工试剂厂乙炔（配乙炔钢瓶）分析纯成都市金克星气体有限公司醋酸分析纯重庆北碚精细化工厂氢氧化钠分析纯成都科龙化工试剂厂Triton X1
