基于废弃碳粉颗粒的分散固相萃取技术，结合火焰原子吸收光谱法用于测定肉桂茶样品中镉的微量含量

《Journal of Food Composition and Analysis》：Waste toner particles based dispersive solid phase extraction for the trace determination of cadmium in cinnamon tea samples by flame atomic absorption spectrometry

本研究首次利用废弃打印墨盒碳粉作为吸附剂，结合分散固相萃取（DSPE）和火焰原子吸收光谱法（FAAS）建立了一种高灵敏检测微量镉离子的新方法。通过单因素优化获得检测限0.55 μg/L，灵敏度较传统FAAS提高40.9倍，并成功应用于藏红花茶中镉的检测，回收率90.4%-119.0%，验证了方法的有效性和环境友好性。

　　本研究探讨了一种基于废墨粉颗粒的分散固相萃取（DSPE）方法，用于高灵敏度和高准确度地检测饮用水中痕量镉离子（Cd2?）的含量。随着全球人口的增长和工业的扩张，电子设备的使用日益普遍，这不仅提高了人们的生活质量，也带来了大量的电子废弃物（e-waste）。其中，打印机墨盒作为电子废弃物的重要组成部分，其废弃物的处理和再利用成为当前研究的热点。墨盒中的墨粉通常由铁、碳、硅以及结合剂聚合物组成，其成分因不同打印机制造商的配方而异。基于墨粉的特性，将其转化为具有高附加值的产品，为绿色化学领域的创新研究提供了可能。

镉是一种被世界卫生组织（WHO）和美国环境保护署（USEPA）列为第一类致癌物的重金属元素，其在环境中的残留时间较长，不易降解。镉可以通过水和食物链进入人体，导致肾病、骨病、肝病、癌症以及DNA损伤等健康问题。因此，开发一种高效、准确且环保的检测方法，对于评估镉污染程度以及保障人类健康至关重要。目前，已有多种分析技术被用于镉的检测，如阳极溶出伏安法（stripping voltammetry）、石墨炉原子吸收光谱法（GFAAS）、紫外-可见分光光度法（UV-Vis spectrophotometry）、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）、电感耦合等离子体光谱法（ICP-OES）以及火焰原子吸收光谱法（FAAS）。尽管这些方法在检测镉方面具有一定的优势，但它们往往存在操作复杂、成本高昂或对复杂基质的干扰等问题。

火焰原子吸收光谱法（FAAS）作为一种简单、易于操作、成本较低且快速的分析技术，广泛应用于多个研究实验室。然而，FAAS系统的一个主要缺点是雾化器效率较低，这在复杂基质中检测痕量分析物时尤为明显。此外，样品基质的复杂性也可能导致测量时的干扰效应，使得在低检测限下进行准确分析变得困难。因此，为了提高检测的准确性和灵敏度，通常需要对目标分析物进行预浓缩和纯化。近年来，微萃取技术在镉的预浓缩和分离中得到了广泛应用，包括分散液液微萃取（DLLME）、固相萃取（DSPE）等方法。其中，DSPE作为一种高效的微萃取技术，通过直接接触样品溶液和吸附材料，实现快速而有效的萃取过程。吸附材料的磁性特性使得其可以通过外部磁场、离心或过滤步骤实现相分离。随后，通过添加适当的解吸溶剂，将吸附在材料表面的分析物解吸出来，从而实现预浓缩。DSPE方法具有操作简便、提取效率高、预浓缩因子大、环境友好以及兼容多种分析仪器等优点，因此在不同基质中检测有机和无机污染物方面具有广阔的应用前景。

在本研究中，首次将墨粉颗粒作为吸附材料应用于DSPE方法，用于预浓缩饮用水中的镉离子。墨粉颗粒来源于废弃的墨盒，这些墨盒通常与打印机兼容，经过适当的处理后，可作为吸附材料用于环境样品的分析。这种方法不仅实现了对镉离子的高效预浓缩，还为废材料的再利用提供了新的思路，符合绿色化学的理念。为了提高检测的准确性和灵敏度，研究团队对DSPE-FAAS方法的萃取条件进行了单变量优化，最终在最佳操作条件下获得了0.55 μg/L的检测限（LOD）。通过比较FAAS和基于废墨粉的DSPE-FAAS系统在直线方程中的斜率，研究发现基于废墨粉的DSPE-FAAS方法的灵敏度提高了40.9倍。这一显著的灵敏度提升表明，该方法在检测低浓度镉离子方面具有明显优势。

为了验证该方法的可行性，研究团队对肉桂茶样品进行了加标回收实验。肉桂作为一种常见的香料，广泛用于日常饮食中，其健康益处包括降低血糖、血脂以及改善胰岛素敏感性。然而，由于肉桂茶的生长环境和其所含的有机/无机化合物，其镉污染检测具有一定的挑战性。通过采用矩阵匹配校准策略，研究团队获得了90.4%至119.0%之间的良好回收率，表明该方法适用于肉桂茶及其他类似基质的镉检测。这一结果不仅验证了方法的准确性，也为其在实际环境监测中的应用提供了支持。

在实验过程中，研究团队使用了分析级的化学试剂和材料，并选择了兼容佳能打印机的废墨粉颗粒作为吸附材料。镉硫酸盐（CdSO?·8H?O）从Riedel-de Haen公司购得，纯度为98%。通过稀释标准溶液，制备了不同浓度的工作溶液和校准标准溶液。实验过程中，研究人员对各项参数进行了单变量优化，以获得最佳的萃取效率。优化过程包括对吸附时间、解吸溶剂种类、pH值、温度等条件的系统研究，确保在最佳条件下实现镉离子的高效预浓缩。

研究结果表明，基于废墨粉的DSPE-FAAS方法在检测饮用水中痕量镉离子方面具有显著优势。该方法不仅提高了检测的灵敏度，还减少了样品基质对分析的干扰。此外，通过采用废墨粉作为吸附材料，该方法在一定程度上实现了废物的再利用，符合绿色化学的发展方向。这种方法的应用有助于提高环境监测的效率，减少资源浪费，并为可持续发展提供技术支持。

本研究的创新点在于首次将墨粉颗粒作为吸附材料应用于DSPE方法，用于预浓缩饮用水中的镉离子。通过优化萃取条件，研究团队成功地提高了检测的灵敏度和准确性，为环境监测提供了一种新的技术手段。同时，该方法在实际应用中展现出良好的可行性，特别是在复杂基质中的检测。研究团队还通过加标回收实验，验证了该方法在肉桂茶等类似基质中的适用性，进一步拓展了其应用范围。

为了确保实验的准确性和可重复性，研究团队对实验条件进行了严格的控制，并采用矩阵匹配校准策略来消除基质效应的影响。矩阵匹配校准是一种常用的样品前处理技术，通过将校准标准溶液与实际样品基质进行匹配，可以提高检测的准确性。本研究中采用的校准策略有效提高了镉离子检测的准确性，确保了实验结果的可靠性。此外，研究团队还对实验数据进行了详细的分析，包括信号噪声比、重复性以及回收率等指标，以评估方法的整体性能。

本研究的成果为镉污染的检测提供了新的思路和技术手段。通过利用废墨粉颗粒作为吸附材料，不仅提高了检测的灵敏度和准确性，还实现了废物的再利用，减少了环境污染。这种方法的开发和应用，有助于推动绿色化学的发展，为可持续环境监测提供支持。此外，该方法的简便性和高效性，使其在实际环境监测中具有广泛的应用前景。未来，可以进一步研究该方法在其他重金属检测中的适用性，以及在不同基质中的表现，以拓展其应用范围。

在当前的环境监测工作中，镉污染的检测是一个重要的研究方向。由于镉的毒性和长期残留性，其在环境中的存在可能对生态系统和人类健康造成严重影响。因此，开发一种高效、准确且环保的检测方法，对于评估镉污染水平和制定相应的治理措施具有重要意义。本研究中采用的DSPE-FAAS方法，通过利用废墨粉颗粒作为吸附材料，实现了对镉离子的高效预浓缩，提高了检测的灵敏度和准确性。这种方法的创新之处在于其利用了废材料的特性，不仅降低了实验成本，还减少了废物的产生，符合可持续发展的理念。

本研究的结果表明，基于废墨粉的DSPE-FAAS方法在检测饮用水和肉桂茶等基质中的镉离子方面具有显著优势。该方法的检测限（LOD）为0.55 μg/L，相较于传统FAAS方法，其灵敏度提高了40.9倍。这一结果不仅验证了该方法的有效性，还为其在实际应用中的推广提供了依据。此外，该方法的回收率在90.4%至119.0%之间，表明其在实际样品中的应用具有良好的可行性。通过采用矩阵匹配校准策略，研究团队成功地减少了基质效应对检测结果的影响，提高了检测的准确性。

综上所述，本研究开发了一种基于废墨粉颗粒的分散固相萃取-火焰原子吸收光谱法（DSPE-FAAS）方法，用于高灵敏度和高准确度地检测饮用水和肉桂茶中的镉离子。该方法不仅提高了检测的灵敏度和准确性，还实现了废物的再利用，符合绿色化学的发展方向。通过单变量优化，研究团队确定了最佳的萃取条件，并验证了该方法在实际样品中的适用性。该研究为镉污染的检测提供了新的技术手段，也为废材料的再利用提供了实践支持，具有重要的环境和科学意义。