发布时间：2020-04-20所属分类：农业论文浏览：1次
摘 要： 摘要：化学改性壳聚糖结合特征膨润土制备新型吸附基质功能材料，设计并制作接续式萃取柱管，进而填料制备新型基质固相萃取柱正交试验分析山核桃Caryacathayensis叶中重金属离子作为前期指示物，考察新型基质固相萃取柱对山核桃叶中重金属离子的提取效能及与
摘要：化学改性壳聚糖结合特征膨润土制备新型吸附基质功能材料，设计并制作接续式萃取柱管，进而填料制备新型基质固相萃取柱正交试验分析山核桃Caryacathayensis叶中重金属离子作为前期指示物，考察新型基质固相萃取柱对山核桃叶中重金属离子的提取效能及与果实中重金属离子残留量的关联性。结果表明：新型基质固相萃取柱能较好提取山核桃叶中重金属离子.提取效能为原子吸收分光光度法(AAS)所验证。正交实验获得了新型基质固相萃取柱分离镍离子(Ni>)，铜离子(Cu：+)的最佳条件，实验数据显示山核桃叶与果实中2种重金属离子具有一定相关性.山核桃叶与果实中的镍离子(Ni2+)，铜离子(Cuz+)分别为经典方法测试的91.1%和77.8%，89.1%和76.9%提出前期指示物预测、监控山核桃中重金属离子含量为有效方法。所得结果可为固相萃取技术、重金属离子残留关联性相关研究提供有益参考图2表7参22。
关键词：重金属;基质固相萃取;膨润土;山核桃;原子吸收光谱法;食品安全
重金属污染具有多源性、隐蔽性、污染后果严重等特点，重金属残留对人类健康造成危害而不易被人们察觉[，因而成为环境污染研究的热点和难点问题。目前，重金属污染呈上升趋势，林果产品等涉林食品中的重金属残留问题也逐渐显现，重金属残留分析检测受到充分重视，投入大量资金和人力来开发和应用重金属残留含量分析新技术，其中，样品前处理是关键点。当前常用的样品前处理技术如萃取、层析、蒸馏等方法较为成熟，但存在操作繁琐、处理周期长、重复性差、使用大量有机溶剂造成环境二次污染等缺点。因此，研究成本低、操作简便、高效率、高选择性的样品分离/分析技术，已成为当今重金属残留含量分析检测的前沿课题_6l。基质固相萃取(matrixs0lid-phasedispersi0n，MSPD)技术是近年迅速发展起来的一种固液分离萃取样品新技术，其将吸附材料直接与待测样品混合研磨后作为吸附基质装柱，再通过溶剂洗脱、浓缩等完成样品预处理]。该方法处理样品具有灵活、经济和环境友好等特点，在环境、食品、医药卫生等领域得到了快速发展[10-14]。MSPD技术中，填料基质是关键，目前常用的有反相十八烷基键合硅胶、活性炭、树脂等，发展新型功能基质是MSPD技术热点研究领域_15]，同时，不同柱管型式影响分离效能是另一个考虑的重点_1。山核桃Caryacathayensis为中国特产树种m引.也是浙江杭州地区特色食用品(主要分布在天目山区)。山核桃具有解毒、消肿之功效，临床多用于脚痔、皮肤癣症等;山核桃叶中含有大量生物活性物质]，如酚类、植物甾醇、萜类、多糖、有机酸、蒽醌类、强心苷、三萜类化合物等，极具药用价值。山核桃的食用、药用价值与其品质密切相关，当前，人们密切关注山核桃中的污染物，尤其是重金属离子含量对其品质的影响。由于山核桃具有硬实坚果的特点，其内含污染物通过经典分析较为繁琐，尤其是样品的前处理过程。人们试图建立山核桃中污染物的快捷分析方法，其中样品预处理技术及前期预示山核桃污染物方法是重要研究方向。目前，利用MSPD分离并检测山核桃重金属离子的研究尚未见文献报道。
1材料与方法
1.1实验仪器、试剂与材料
原子吸收分光光度计(AA6800G，13本岛津);固相萃取小柱(中国上海月旭材料科技)。石英砂、壳聚糖、革酸、氢氧化钠、硝酸均为分析纯(中国华东医药股份有限公司);钠基膨润土(过0.076mm筛，购于中国浙江省临安城北膨润土有限公司)。山核桃叶及果实于8月初采集于临安天目山。选取海拔501TI，同一水平上长势、健康程度、所处环境等条件基本一致的优质果树作为样本点，采用S形方式采样，采集健康无病虫害的树叶及果实样品。采集的山核桃叶及果实经蒸馏水、去离子水洗净、干燥后，混匀放人研钵中并加入石英砂进行鲜样研磨，过60目网筛后置于样品瓶中备用。
1.2实验方法
1.2.1膨润土改性称取1.0g壳聚糖，搅拌条件下缓慢加入2O.OmL体积分数为10%草酸溶液，加热至50c《=，充分混匀，得到淡黄色黏滞性溶胶。加入30.0mL去离子水稀释，50℃搅拌30min，缓慢加入8.0g钠基膨润土，继续搅拌2h。加人适量1.0tool·L-氢氧化钠(NaOH)，搅拌1h后用去离子水洗至中性，得到蓬松的絮状颗粒膨润土，抽滤微干后保存备用。
1.2.2接续式基质固相萃取柱管设计与制作接续式基质固相萃取柱为本实验室专利产品(专利授权号：ZL201020243703.4)。该设计萃取柱管可根据实际需要进行接续以增加柱效，也可通过调节柱径及填料高度以增加柱效。既考虑了降低萃取剂消耗成本，又增加了装柱填实的便捷性，提高了通用性。
1.2.3标准溶液吸附、洗脱效果测试40.0mLO.3mol·L-的标准镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组混合溶液，缓慢通过装有新型吸附基质材料的吸附柱管，去离子水淋柱，收集流出液，定容至100.0mL，测定金属离子浓度(原子吸收分光光度法，AAS)，计算吸附百分率。然后用40.0mL0.2mol·L的硝酸(HNO)溶液充分淋洗解吸，再用去离子水淋洗，收集全部流出液，定容至100.0mL，测定金属离子浓度(AAS)，计算洗脱百分率。
1.2.4山核桃叶中镍离子(Ni2+)和铜离子(Cuz+)组的分离、富集准确称取1.0g山核桃叶片放入研钵中，加入一定配比的新型吸附基质功能材料进行研磨，控制研磨时间为10rain，待混合基质研磨至细小颗粒状时，进行干法装柱，再以硝酸溶液进行洗脱提取，并对提取结果进行分析、检测。本研究采用正交试验确定新型MSPD提取重金属离子组的最佳反应(单因素实验结果此处不详细列出)条件，影响因素考虑原料配比、洗脱剂浓度与洗脱剂用量，选定3因素3水平均匀设计进行实验，(3)因素水平表见表1。
1.2.5线性关系分析及镍离子(NP)和铜离子(Cu)组含量测定准确称取0.0393g硫酸铜(CuSO4~5HO)，0.0495g硝酸镍(NiNO·6H：0)于100.0mL容量瓶，配置100.0mg·L的标准镍离子(Ni)和铜离子(Cu)溶液，稀释10倍配置成10.0mg·L的标准重金属离子溶液，分别量取0.0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0mL标准液于100.0mL容量瓶中，定容，采用原子吸收分光光度计测定吸光度，绘制重金属离子浓度一吸光度标准曲线。将1.2.4中新型基质固相萃取柱分离的洗脱液转入100.0mL容量瓶中，定容，按上述方法测定吸光度，并对含量进行计算分析，获得新型基质固相萃取柱最佳工艺条件。
1.2.6山核桃果实重金属离子组残留含量关联分析用1.2.5中得出的新型基质固相萃取柱最佳工艺条件按，1.2.4节方法同样处理山核桃果实，所得流出液定容后采用原子吸收分光光度计测定吸光度，计算镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组残留含量，并进行山核桃叶与果实中重金属离子的残留关联性分析。
1.2.7新型基质固相萃取柱的实用可信度验证分别采用新型基质固相萃取柱和经典消解方法对镍离子(Ni)和铜离子(Cu。)重金属离子组含量进行AAS吸光度测定，所得结果取平均值，以平均值简洁比较方法进行统计对比。从而验证新型基质固相萃取柱的实用性及可信度。
2结果与讨论
2.1重金属离子标准曲线制作及线性关系分析
配制成不同质量浓度的标准镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组溶液，测定吸光度，以质量浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线如图1所示，所得线性回归方程列于表2。由图1及表2可见：各标准曲线方程线性良好，可依据标准曲线方程线性计算镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组的质量浓度。
2.2新型基质固相萃取柱吸附效率及洗脱效果测试
镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组标准混合溶液以定速过柱，硝酸溶液洗脱后收集流出液，采用AAS方法测定吸光度，换算得出重金属离子的量，进而分别求出吸附效率及洗脱率，结果见表3。
由表3可见镍离子(Ni。)和铜离子(Cu)溶液经新型基质固相萃取柱提取、富集后吸附率均大于90%，经硝酸溶液洗脱，2种重金属离子洗脱率也达到70%以上，由此可得新型吸附基质功能材料对于镍离子(Ni)，铜离子(Cu)等具有良好的吸附效果.洗脱也很方便，分离重金属离子的可行性良好。
2.3新型基质固相萃取柱提取重金属离子的正交实验结果
考虑原料配比、洗脱剂浓度与洗脱剂用量影响因素，将AAS测定新型基质固相萃取柱提取山核桃叶中重金属离子的实际量作为指标，按1.2.4节进行3因素3水平正交试验，结果如表45
从表4中可以看出：①，>：>;②。>：>;③.>>。因此，山核桃叶片中重金属镍离子(Ni2+)提取、富集最佳工艺条件为AB3C，即原料配比=1：5;洗脱剂浓度=0.4mol·L～;洗脱剂用量=30.0mL极差分析结果表明，3因素中影响顺序为原料配比>洗脱剂浓度>洗脱剂用量。
从表5中可以看出：①。>>;②>：>;③>3>：。因此，山核桃叶中重金属铜离子(Cu2+)提取、富集最佳工艺条件为A，B，C，即原料配比=1：5;洗脱剂浓度=0.4tool·L～;洗脱剂用量=30.0mL极差分析结果表明，3因素中影响顺序为原料配比>洗脱剂浓度>洗脱剂用量。
2.4山核桃果实重金属离子组残留含量关联分析
采用新型基质同相萃取柱并选用最佳工艺条件处理山核桃果实，原子吸收分光光度计测定吸光度，计算镍离子(Ni2+)，铜离子(Cuz+)组残留量。同时，进行山核桃叶片及果实中重金属离子残留关联性分析，结果见表6及图2。由图2可知：山核桃果实中镍离子(Ni)量占山核桃叶片中镍离子(Ni)量的2.9%;山核桃果实中铜离子(Cu)的量占核桃叶片中铜离子(Cu)的量的3.7%;同时，分别将取自不同样点山核桃叶片与果实的镍离子(Ni)，铜离子(Cu)残留量做组相关分析，由表6方程可见：山核桃果实中镍离子(Niz+)，铜离子(Cu)量与叶中镍离子(Ni)，铜离子(Cu)量的相关系数r分别为0.8856和0.8453。由此可知：镍离子(M)，铜离子(Cu)可能随着茎叶的传导作用进入果实，在果实中逐渐积累，存在一定的残留关联性。
2.5新型基质固相萃取柱实用、可信度验证
采用经典方法对镍离子(Ni)和铜离子(Cu)组进行吸光度测定，分别称取0.3003，0.3006，0.3008g叶子及0.3001.0.3004.0.3006g果实进行平行实验，样本为小样本。取平均值计算。同时，结合2-3节采用新型基质固相萃取柱最佳工艺条件测镍离子(Ni)和铜离子(Cu)实验结果，对比并验证新型基质固相萃取柱分析重金属离子的可信度，具体结果见表7。
由表7中数据比较分析可知：新型基质固相萃取柱所测得的叶片组和果实组中镍离子(Ni2+)分别为经典方法所得的91.1%和77.8%;新型基质固相萃取柱所测得的叶片组和果实组中铜离子(Cuz+)分别为经典方法所得的89.1%和76.9%。与文献报道固相萃取方法用于药物分析、环境农药残留检测等结果比较，效率较高_2】]，说明新型基质固相萃取柱分析重金属离子的可信度较好，可作为快速有效的测定模式。本工作制备的新型MSPD处理重金属离子的机制可能是综合作用机制(正相吸附、反相吸附、离子交换等)，也可能包含新的作用机制，这是一个复杂且需要大量实验验证的工作，有待于后续开展深人的研究工作。
相关期刊推荐：《浙江农林大学学报》是中国林业类和综合性农业科学类核心期刊之一，主要报道林学基础学科、森林培育学、森林经理学、经济林学、林业工程、森林保护学、林木遗传育种学、森林生物学、生态学、生物技术、园林学和园艺学等学科的学术论文、问题讨论和研究简报，适当刊登与农林相关的其他学科的稿件。
SCI SSCI AHCI