阅读说明：本技术 一种用于水产干制食品中重金属的检测方法 (Detection method for heavy metals in aquatic product dried food ) 是由 曹峰 于 2020-07-20 设计创作，主要内容包括：本发明涉及食品检测技术领域,具体是涉及一种用于水产干制食品中重金属的检测方法,通过使用电化学沉积法制备石墨烯/Bi/Nafion复合材料,并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Pb、Cd的痕量；和使用微波辐射法制备Au/石墨烯复合材料,并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Hg的痕量的方法；利用阳极溶出伏安法测定干制水产品中重金属的痕量,相较于传统的汞电极,本发明设计的电极为“环境友好型”电极,对环境无二次污染；且本发明设计的检测方法与传统的光谱检测法相比,操作简单、分析时间短、仪器制备成本低的特点,因此本发明对干制水产中重金属的检测而言具有良好的应用前景。(The invention relates to the technical field of food detection, in particular to a detection method for heavy metals in aquatic product dried food, which comprises the steps of preparing a graphene/Bi/Nafion composite material by using an electrochemical deposition method, and using the graphene/Bi/Nafion composite material as a working electrode for detecting trace amounts of heavy metals Pb and Cd in digestion liquid; and a method for preparing the Au/graphene composite material by using a microwave radiation method and using the Au/graphene composite material as a working electrode for detecting the trace amount of heavy metal Hg in the digestion solution; the trace amount of heavy metal in the dried aquatic product is measured by using an anodic stripping voltammetry, and compared with the traditional mercury electrode, the electrode designed by the invention is an environment-friendly electrode, and has no secondary pollution to the environment; compared with the traditional spectrum detection method, the detection method designed by the invention has the characteristics of simple operation, short analysis time and low instrument preparation cost, so the method has good application prospect for detecting the heavy metal in the dried aquatic product.)

一种用于水产干制食品中重金属的检测方法

技术领域

本发明涉及食品检测技术领域，具体是涉及一种用于水产干制食品中重金属的检测方法。

背景技术

食品质量与安全问题已渗透到社会的各个方面，是近几年的焦点话题。重金属是累积性污染物，广泛存在于生态坏境中，一旦被动物摄食，可通过食物链逐级传递和富集，在某些条件下可能会转化成毒性更大的金属-有机化合物，影响人的健康。水产品对重金属，特别是铅、镉、汞、砷等元素，具有较强的富集能力，尤其是贝壳类生物。因此，开展水产品中的重金属检测，对于评价水产品食用安全性具有重要意义。

目前，测定水产品中重金属含量的方法很多，常用的测定方法有原子吸收法、电感耦合等离子体发射光谱法，和分光光度法等。但前两者设备昂贵，测试成本高，后者灵敏度不高且操作繁琐。

出于对以上问题的考虑，本发明旨在设计一种设备简单、价格低廉、操作简便、分析快速、试剂用量少、可重复多次测定的检测方法，这对于干制水产品中重金属的痕量检测具有实际意义。

发明内容

一、本发明的目的

通常阳极溶出伏安法所使用的电极主要是汞膜电极或滴汞电极，汞是有毒的重金属元素，经常使用易污染环境，很多地区和国家限制，甚至禁止使用汞电极。因此，旨在研究新电极来代替汞电极。

二、具体的方案设计

为了实现以上目的，本发明提供了一种用于水产干制食品中重金属的检测方法，相较于现有的干制水产检测方法而言，大大增加了检测速度，减少了检测时间，提高了对于水产中微量重金属痕量的检测灵敏度，具体的技术方案如下：

1、样品预处理

样品采集完毕后，使用去离子水清洗，浸润；贝类取软组织部分，甲壳类去头、去壳后取可食用部分，鱼类去头、尾和骨刺；将处理后样品分别搅细、匀浆后置于样品杯中，编号后在-20℃下保存。

2、消解处理

21、Pb、Cd测定前处理

称取定量预处理后样品置于消解罐中，加入MOS级硝酸后，进行恒温加热处理，冷却后，加入30％的H₂O₂溶液，反应完全后进行微波消解。

22、Hg测量前处理

称取定量预处理后样品置于消解罐中，加入MOS级硝酸后，静置24h，之后进行微波消解。

3、赶酸定容

31、Pb测定：打开消解罐，将消解液于140～160℃下进行赶酸处理，冷却，用超纯水定容后备用。

32、Cd测定：打开消解罐，将消解液在于140～160℃下进行赶酸至干燥，用硝酸溶液定容备用。

33、Hg测定：将消解罐于80℃加热，去除棕色气体后，取出消解罐，将消解液用超纯水定容后备用。

4、制备工作电极

2000年有资料揭示了用铋膜电极代替汞膜电极进行阳极溶出伏安法和阴极溶出伏安法测定，铋膜电极具有灵敏度高、重现性好、溶出峰分离彻底、阴极电压范围宽、不受溶解氧的干扰等优点，并且，铋离子是一种“环保型”的金属元素，对环境无二次污染。

但是，铋膜电极通常使用玻碳电极作为基底，而直接用裸玻碳电极进行检测时，电极表面易受溶剂中干扰物质的影响，造成电极钝化，重现性和灵敏度降低。这是电化学检测中面临的最重要的问题之一，解决该问题的关键是寻找一种消除或降低此干扰的物质。

41、Nafion是一种热性能和化学性能都稳定的高子交换聚合膜，具有磺酸钠的结构，在水中能发生离解。由于试液中的金属离子与Nafion的亲和力强于Nat与Nafon的亲和力，所以，Nafion修饰电极在试液中会与金属离子发生离子交换，利用离子交换达到富集金属离子的目的。另外，Nafion聚合物阻抗小，水中溶解度小，并且能很好的消除试液中干扰物质的影响，是良好的电极修饰材料。

因此，本发明使用电化学沉积法制备石墨烯/Bi/Nafion复合材料，并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Pb、Cd的痕量。

其具体的制备步骤如下：

411、将石墨烯超声分散在Nafion乙醇溶液中制得悬浊液；将玻碳电极进行打磨处理后，依次在1：1的HNO₃和水中超声5min；将所述悬浊液滴加在玻碳电极表面，室温下蒸发得到石墨烯/Nafion修饰电极。

412、以石墨烯/Nafion修饰电极为工作电极，Ag/AgCl(3M NaCl)作为参比电极，以铂丝作对电极，将三电极系统放入含有标准铋溶液和待测金属离子的电解池中。

413、设置富集电压-1.3V，富集时间100s后，溶液静置15s，电极电位在-1.3～0.0V之间由负向正电位方向进行扫描，使得沉积在电极表面的金属重新氧化溶出。

414、溶出结束后，设置“清洗”电位为+0.3V，清洗沉积在电极表面的残留金属，得到石墨烯/Bi/Nafion复合材料电极。

42、使用微波辐射法制备Au/石墨烯复合材料，并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Hg的痕量，其具体的制备步骤如下：

421、将经浓硝酸回流纯化后的石墨烯加入到HAuCl₄溶液(1.2％)中，经超声分散、蒸馏水稀释后置于微波炉中加热1.5min；

422、添加醋酸钠(1.2％)至热溶液中，微波辐射4min；

423、将步骤422中得到悬浮液经冷却、离心、过滤后得到固体产物，将所述固体产物置于130℃下干燥20h，得到Au/石墨烯复合材料；

424、将Au/石墨烯复合材料超声分散在DMF溶液中制得悬浊液；将玻碳电极进行打磨处理后，依次在1：1的HNO₃和水中超声5min；将所述悬浊液滴加在玻碳电极表面，室温下蒸发得到Au/石墨烯复合材料电极。

5、利用溶出伏安法对消解液中的重金属Pb、Cd、Hg痕量进行检测，检测的基础原理如下：

在一定的外加负电压下，电解质溶液中的铋离子和待测金属离子同时被还原沉积在电极表面，铋膜易和铅、镉和锌形成“合金”，反应(1)和(2)同时进行：电沉积过程结束后，工作电极从负向正电位的方向扫描，这时沉积的金属就从电极上重新被氧化溶出，反应(3)发生，这是一个很快的过程，从而获得很大的溶出电流。电极表面的反应方程式如下：

Bi³⁺+3e→Bi⁰ (1)

Mⁿ⁺+ne→M(Bi) (2)

M(Bi)-ne→Mⁿ⁺+Bi (3)

与现有的干制水产品中重金属的检测方法相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明设计的检测方法与传统的光谱检测法相比，操作简单、分析时间短、仪器制备成本低。

(2)本发明设计的电极相较于传统的汞电极，为“环境友好型”电极，对环境无二次污染，对干制水产中重金属的检测而言具有良好的应用前景。

附图说明

图1是本发明石墨烯/Bi/Nafion复合材料电极检测干制水产中痕量Pb、Cd的伏安图；

图2是本发明Au/石墨烯复合材料电极检测干制水产中痕量Hg的伏安图。

图1中：溶出曲线自下而上依次为样品(a)和连续加入Pb、Cd标准溶液(b→d)Pb、Cd的溶出伏安图；

图2中：a为空白组，b为0.5，c为1.0，d为1.5，e为2.0，f为3.0，g为4.0，h为5.0nM Hg的溶出伏安图。

具体实施方式

为更进一步阐述本发明所采取的方式和取得的效果，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚和完整地描述。

实施例

本实施例旨在阐明本发明设计的关于水产干制食品中重金属的检测方法，本实施例中使用的所有化学品均为分析纯；所有的玻璃仪器均用10％浓硝酸浸泡24h，且用去离子水反复冲洗后晾干；使用的干制水产为市购鲤鱼干；具体的检测方法如下：

1、样品预处理

使用去离子水对鲤鱼干进行清洗，浸润；然后去头、尾和骨刺；将处理后样品分别搅细、匀浆后置于样品杯中，编号后在-20℃下保存。

2、消解处理

21、Pb、Cd测定前处理

称取0.4g预处理后鲤鱼干置于消解罐中，加入5mLMOS级硝酸后，进行145℃恒温加热处理，冷却后，加入2mL 30％的H₂O₂溶液，反应完全后进行微波消解。

22、Hg测量前处理

称取0.2g预处理后鲤鱼干置于消解罐中，加入5mLMOS级硝酸后，静置24h，之后进行微波消解。

3、赶酸定容

31、Pb测定：打开消解罐，将消解液于150℃下进行赶酸处理，冷却，用超纯水定容后至1mL备用。

32、Cd测定：打开消解罐，将消解液在于150℃下进行赶酸至干燥，用硝酸溶液定容至1mL备用。

33、Hg测定：将消解罐于80℃加热，去除棕色气体后，取出消解罐，将消解液用超纯水定容至1mL后备用。

4、制备工作电极

41、使用电化学沉积法制备石墨烯/Bi/Nafion复合材料，并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Pb、Cd的痕量，其具体的制备步骤如下：

411、将1mg石墨烯超声分散在5mL Nafion(0.1％)乙醇溶液中制得0.2mg/mL悬浊液；将玻碳电极进行打磨处理后，依次在1：1的HNO₃和水中超声5min；将10μL所述0.2mg/mL悬浊液滴加在玻碳电极表面，室温下蒸发得到石墨烯/Nafion修饰电极。

412、以石墨烯/Nafion修饰电极为工作电极，Ag/AgCl(3M NaCl)作为参比电极，以铂丝作对电极，将三电极系统放入含有标准铋溶液和待测金属离子的电解池中。

413、设置富集电压-1.3V，富集时间100s后，溶液静置15s，电极电位在-1.3～0.0V之间由负向正电位方向进行扫描，使得沉积在电极表面的金属重新氧化溶出。

414、溶出结束后，设置“清洗”电位为+0.3V，清洗沉积在电极表面的残留金属，得到石墨烯/Bi/Nafion复合材料电极。

42、使用微波辐射法制备Au/石墨烯复合材料，并将其作为工作电极用于检测消解液中的重金属Hg的痕量，其具体的制备步骤如下：

421、将1mg经浓硝酸回流纯化后的石墨烯加入到HAuCl₄溶液(1.2％)中，经超声分散5min，用蒸馏水稀释至100mL，置于微波炉中加热1.5min；

422、添加4mL醋酸钠(1.2％)至热溶液中，微波辐射4min；

423、将步骤422中得到悬浮液经冷却、离心、过滤后得到固体产物，将所述固体产物置于130℃下干燥20h，得到Au/石墨烯复合材料；

424、将0.5mg Au/石墨烯复合材料超声分散在1mL DMF溶液中制得0.5mg/mL悬浊液；将玻碳电极进行打磨处理后，依次在1：1的HNO₃和水中超声5min；将10μL所述0.5mg/mL悬浊液滴加在玻碳电极表面，室温下蒸发得到Au/石墨烯复合材料电极。

5、利用溶出伏安法对消解液中的重金属Pb、Cd、Hg痕量进行检测。

实验例一

实验例一是以上述应用例中的使用方法为基础进行叙述的，旨在阐明以石墨烯/Bi/Nafion复合材料作为电极，使用阳极溶出伏安法检测干制水产中重金属Pb、Cd的痕量。

将5mL上述实施例步骤31、32、33中制备的消解液分别放入电化学检测池中，用标准加入法进行定量分析。

图1为石墨烯/Bi/Nafion复合材料作为电极检测水产品中Pb和Cd的溶出伏安图。从图1中可以看出，Pb和Cd的溶出峰出现在-0.63V和-0.89V。标准加入2μg/L的Pb和Ca，其峰电流都有明显增加，确切检测出水产品中Pb和Cd的痕量。通过计算得出该水产品中Pb、Cd的含量分别为3.24土0.04ug/L和0.55土0.02ug/L，实测结果与石墨炉原子吸收光谱法测量结果相符。

为了进一步证明本发明设计的检测方法的准确性和可靠性，采用加标回收率实验加以证实：

将不同浓度的Pb和Cd标准溶液加入到样品中，通过标准加入法计算回收率，通过计算，Pb和Cd的回收率均在94～106％之间，再次证明石墨烯/Bi/Nafion复合材料作为电极检测痕量Pb和Cd具有良好的准确度和可靠性。

实验例二

实验例二是以上述应用例中的使用方法为基础进行叙述的，旨在阐明以Au/石墨烯复合材料作为电极，使用阳极溶出伏安法检测干制水产中重金属Pb、Cd的痕量。

在本实验中，Au/石墨烯复合材料电极应用于伏安检测痕量Hg。Hg的线性范围如图2所示，为5x10^-10～5x10^-9mol/L。

从图2中可以看出，在低浓度下，Au/石墨烯复合材料电极对Hg具有极好的电化学响应，溶出峰电流与汞浓度成良好的线性关系，其相关系数分别为0.9975和0.9980。即汞浓度越低，灵敏度越高。Au/石墨烯复合材料电极对Hg检测限为3x10^-10mo/L(0.06ug/L)。

Au/石墨烯复合材料电极之所以展现了更宽的线性范围和更低的检测限，这是因为：微波辐射合成的金纳米粒子负载在石墨烯上，由于其粒径小而具有更大的有效面积，应用于Hg的检测时电极表面不易达到饱和，因而扩大了其线性范围；同时，由于金纳米粒子的小尺寸效应，该复合电极的催化性能也得到提高，降低了方法的检测限，因此展现出更宽的线性范围和更低的检测限。