微波消解氫化物原子熒光法測(cè)定食品中的砷和汞

郭同兵 黃 謙 劉劍波

（湖南省岳陽(yáng)市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，湖南 岳陽(yáng) 414000）

微波消解氫化物原子熒光法測(cè)定食品中的砷和汞

郭同兵 黃 謙 劉劍波

（湖南省岳陽(yáng)市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，湖南 岳陽(yáng) 414000）

采用高壓密閉微波消解氫化物原子熒光法對(duì)食品中砷、汞進(jìn)行同時(shí)測(cè)定，并與傳統(tǒng)的濕法消解進(jìn)行比較。結(jié)果表明：該法具有操作簡(jiǎn)單、快速、干擾少、良好的過(guò)程可控性等優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)對(duì)大米、肉類罐頭、礦泉水和水產(chǎn)品等樣品的檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)砷、汞的檢出限分別為0.030 6，0.005 2μg／L；相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）：砷為2.40%，Hg為1.39%；回收率：As為99.4%～101.2%，Hg為94.5%～106.5%；相關(guān)系數(shù)（r）：As為0.999 7，Hg為0.999 6。結(jié)果良好，適用于多種食品中砷和汞的同時(shí)檢測(cè)。

微波消解；原子熒光；砷；汞

砷和汞的化合物在自然環(huán)境中廣泛存在，它們對(duì)環(huán)境的污染已引起全世界的關(guān)注，一直以來(lái)，砷和汞都被列入必檢的有害元素［1］，對(duì)砷、汞的安全性評(píng)價(jià)與含量檢測(cè)也已成為重要的研究?jī)?nèi)容之一。GB／T 5009.11——2003《食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》推薦的砷的測(cè)定方法有氫化物發(fā)生原子熒光法、銀鹽法、砷斑法和硼氫化物還原比色法等。銀鹽法操作復(fù)雜，分析時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度低，難以適應(yīng)低含量樣品的檢測(cè)；砷斑法是半定量方法，靈敏度低，精密度比較差［2］。GB／T 5009.17——2003《食品中總汞及有機(jī)汞的測(cè)定》推薦的汞的測(cè)定方法主要有冷原子吸收法和氫化物發(fā)生原子熒光法等。冷原子吸收法操作繁瑣、分析時(shí)間長(zhǎng)，靈敏度、準(zhǔn)確度比較差［3］。As和Hg具有易揮發(fā)性，因此前處理過(guò)程中保證樣品的完整性尤為重要［4］。氫化物原子熒光光譜法（HGAFS）是近年發(fā)展應(yīng)用起來(lái)的一種新的痕量元素分析技術(shù)［5，6］。它是在酸性條件下，以硼氫化鉀為還原劑，使砷生成砷化氫，二價(jià)汞還原生成元素汞，以惰性氣體氬氣為載體，將氫化物帶入石英原子化器中，在砷、汞空心陰極燈發(fā)出的特定光線照射下，原子中處于基態(tài)的外層電子躍遷到較高能級(jí)，并在回到較低能級(jí)的過(guò)程中輻射出原子熒光，其熒光強(qiáng)度與砷、汞含量成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較即可定量［7］。由于HG－AFS法測(cè)定砷的條件相對(duì)較寬，所以砷可與其他元素同時(shí)測(cè)定，常見(jiàn)的有 As－Hg［7，8］，As－Sb［9］，As－Se［10，11］等。這些聯(lián)合測(cè)定的方法極大地減少了分析時(shí)間，提高了分析效率，具有較好的利用價(jià)值。在日常生活中，人們接觸的食品種類繁多且成分復(fù)雜，消解起來(lái)差異比較大，因此消解條件難以掌握。通常情況下，對(duì)低蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物的食品，可選擇低功率加熱。反之，選擇高功率、長(zhǎng)時(shí)間的加熱方式。應(yīng)用微波消解法結(jié)合AFS－930型雙道原子熒光光度計(jì)同時(shí)測(cè)定砷和汞，可以有效地防止分析元素在樣品處理階段的揮發(fā)損失，且具有操作簡(jiǎn)單、快速，試劑用量少等特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)儀器與材料

1.1.1 儀器

原子熒光光度計(jì)：AFS－930型，北京吉天儀器有限公司；

編碼砷空心陰極燈：AS－2，北京有色金屬研究總院；

編碼汞空心陰極燈：AF，北京有色金屬研究總院；

微波消解儀：Multimave3000，奧地利安東帕有限公司。

1.1.2 試劑

氬氣：≥99.99%，市售；

試驗(yàn)用水：均為無(wú)砷、汞去離子水；

鹽酸溶液（1＋1），硝酸，高氯酸：優(yōu)級(jí)純，上海國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；

砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 000μg／mL（GSB04－1714－2004），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液：1 000μg／mL（GSB04－1729－2004），國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試劑準(zhǔn)備

（1）硫脲＋抗壞血酸溶液（50g／L）：稱取硫脲和抗壞血酸各5g，低溫加熱溶解于100mL超純水；

（2）硼氫化鉀溶液（10g／L）：稱取2.0g硼氫化鉀并使其溶于200mL 5g／L的氫氧化鉀溶液中，現(xiàn)配現(xiàn)用；

（3）載流：5%鹽酸溶液；

（4）砷、汞混合標(biāo)準(zhǔn)使用液：將砷和汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋至 As：100μg／L，Hg：10μg／L。

1.2.2 濕法消解 準(zhǔn)確稱取2.000g樣品于燒杯中，加10mL濃硝酸、1mL高氯酸浸泡過(guò)夜，放在電熱板上消化，直至消化液清亮。取下冷卻，用水沖洗杯壁，加入少量濃硝酸在電熱板上蒸至冒白煙，取下冷卻，加5mL鹽酸（1＋1），硫脲－抗壞血酸（50g／L）溶液5mL，用水稀釋至50mL，搖勻，與標(biāo)準(zhǔn)系列同時(shí)測(cè)定。

1.2.3 微波消解 準(zhǔn)確稱取0.1～0.5g樣品于微波消解專用的消解管內(nèi)，加入4mL濃硝酸、2mL 30%過(guò)氧化氫（根據(jù)不同樣品做不同的預(yù)處理）。蓋上消解管內(nèi)蓋，晃動(dòng)幾次，裝外套，放入微波消解儀中消解。根據(jù)不同類型的食品選擇壓力和加熱時(shí)間，消化至無(wú)色透明，取出，冷卻至室溫，取出消解管放在沸水浴中煮30min，將趕酸后的溶液全部移入25mL比色管中，冷卻后，再加硫脲－抗壞血酸（50g／L）溶液5mL，鹽酸（1＋1）2.5mL，用去離子水定容至25mL，放置15～30min，將砷、汞混合標(biāo)準(zhǔn)使用液稀釋為As 10μg／L，Hg 1μg／L，并使樣品與標(biāo)準(zhǔn)系列保持相同的酸度和硫脲－抗壞血酸混合液濃度，室溫放置15～30min，同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.2.4 儀器工作條件 光電倍增管負(fù)高壓270V，砷空心陰極燈電流60mA，汞空心陰極燈電流30mA，載氣流量400mL／min，屏蔽氣流量800mL／min，爐溫200℃，原子化器高度8mm，延遲時(shí)間1s，讀數(shù)時(shí)間7s。

開(kāi)機(jī)后設(shè)定工作參數(shù)，待儀器穩(wěn)定后，測(cè)定空白和標(biāo)準(zhǔn)系列，做工作曲線。按同樣方法對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，通過(guò)工作曲線可讀出被測(cè)元素含量。

2 結(jié)果與分析

用所配制的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液（As 10μg／L，Hg 1μg／L），選擇自動(dòng)配制進(jìn)行測(cè)定。食品中砷、汞的含量及衛(wèi)生指標(biāo)都很低，因而砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍為0～10μg／L，汞的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度范圍為0～1μg／L，在選定的儀器條件下測(cè)定，砷的線性方程：If＝37.350 4×C－2.852 4，相關(guān)系數(shù)r＝0.999 7；汞的線性方程：If＝2 489.695 7×C－0.518 2，相關(guān)系數(shù)r＝0.999 6，結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 砷、汞檢測(cè)的標(biāo)準(zhǔn)曲線數(shù)值Table 1 The standard data of determine As and Hg

2.1 儀器條件的選擇

2.1.1 負(fù)高壓 在一定范圍內(nèi)（200～430V）負(fù)高壓增大，儀器的靈敏度也增大，同時(shí)噪聲增大。因此，在已能滿足分析靈敏度的條件下，不宜將負(fù)高壓選擇太大，否則會(huì)影響測(cè)定重現(xiàn)性。選擇負(fù)高壓為270V即可滿足本試驗(yàn)分析要求。

2.1.2 燈電流 雖然根據(jù)原子熒光原理，燈電流與熒光強(qiáng)度成正比，但燈電流太大會(huì)產(chǎn)生自吸，影響檢出限和穩(wěn)定性以及縮短空心陰極燈的使用壽命，因此，在滿足分析靈敏度的要求下，盡可能選擇小的燈電流。綜合考慮，本試驗(yàn)選擇砷、汞燈電流各為60，30mA。

2.1.3 原子化器高度 測(cè)定結(jié)果證明，原子化器的高度與被測(cè)樣品所產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度密切相關(guān)，原子化器高度為8mm時(shí)，熒光強(qiáng)度最高，故選擇原子化器高度為8mm。

2.1.4 屏蔽氣和載氣流量 載氣流量大會(huì)稀釋氫化物，降低靈敏度，流量太低則使形成的氫化物無(wú)法迅速進(jìn)入原子化器，易產(chǎn)生記憶效應(yīng)。圖1表明，載氣流量選擇為400mL／min時(shí)，砷、汞的熒光強(qiáng)度最大。適當(dāng)?shù)钠帘螝饬骺煞乐怪車諝膺M(jìn)入原子化器，保證火焰形狀穩(wěn)定。屏蔽氣流量對(duì)汞的測(cè)定影響不大，但砷在較高屏蔽氣流量下靈敏度較高。在確保靈敏度的情況下，選擇稍大的載氣流量可獲得較穩(wěn)定的熒光信號(hào)，本試驗(yàn)選擇流量分別為400，800mL／min。

圖1 載氣流量對(duì)熒光強(qiáng)度的影響Figure 1 The influence of flow rate to fluorescent intensity

2.2 檢出限

根據(jù)儀器設(shè)定的測(cè)定檢出限程序，連續(xù)測(cè)定空白溶液15次，測(cè)得本方法最低檢出限As為0.030 6μg／L，Hg為0.005 2μg／L。

2.3 加標(biāo)回收率

在食品中加入一定量的As、Hg標(biāo)準(zhǔn)液，按1.2.3處理后進(jìn)行含量測(cè)定，計(jì)算加標(biāo)回收率，結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，加標(biāo)回收率 As為99.4%～101.2%，平均為100.4%；Hg為94.5%～106.5%，平均為100.1%。說(shuō)明本試驗(yàn)的準(zhǔn)確度較高，結(jié)果是可靠的。

表2 食品中砷、汞檢測(cè)結(jié)果及回收率Table 2 The recovery and measurement result for As and Hg in food

2.4 微波消解條件的選擇

通過(guò)前期預(yù)試驗(yàn)可以得出，消解壓力宜采用梯度加壓程序（升壓速率為30kPa／s，紅外溫度為190℃，最大壓力不超過(guò)4MPa），這樣既可保證樣品完全消化，又可以防止植物油、酒等含有機(jī)物豐富的樣品劇烈反應(yīng)產(chǎn)生的氣體沖破防暴膜。根據(jù)前期多次試驗(yàn)摸索，提出不同類型食品消化參考條件見(jiàn)表3。

表3 不同類型食品消化參考條件Table 3 Reference condition of digest different food

2.5 微波消解與濕法消解結(jié)果比較

為進(jìn)一步考察方法的可靠性，用微波消解法與傳統(tǒng)濕消化法分別對(duì)幾種食品進(jìn)行消解，測(cè)定結(jié)果見(jiàn)表4。通過(guò)控制加硝酸的量和加熱時(shí)間進(jìn)行微波消解，效果一般都很好，試驗(yàn)表明采用微波消解法對(duì)食品中Pb、As、Hg、Se等元素檢測(cè)的樣品處理有良好的效果。一次消解測(cè)定多種元素且只需要少量的酸，污染機(jī)會(huì)少，空白值低，精密度好，準(zhǔn)確度高，操作簡(jiǎn)便，易掌握，工作效率高，優(yōu)于濕式消化法［12］，能滿足快速分析的要求。

表4 微波消解法與濕法消解的結(jié)果比較Table 4 The results compare microwave digestion with heating block method ／（μg·L－1）

3 結(jié)論

中國(guó)現(xiàn)行的國(guó)標(biāo)方法中砷、汞的原子熒光法、分光光度法均為單一元素分別進(jìn)行測(cè)定，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、工作效率低。并且樣品前處理均為濕法和干灰化法，不僅費(fèi)時(shí)、費(fèi)試劑且易污染，空白值高，待測(cè)元素易損失等缺點(diǎn)。應(yīng)用微波消解法結(jié)合AFS－930型雙道原子熒光光度計(jì)同時(shí)測(cè)定砷和汞，可以有效地防止分析元素在樣品處理階段的揮發(fā)損失，一次消解測(cè)定多種元素，而且微波消解法不需要大量的酸，沾污機(jī)會(huì)少，空白值低，操作簡(jiǎn)單、快速等。用本方法同時(shí)測(cè)定食品中痕量砷和汞，靈敏度高，檢出限低，簡(jiǎn)化了分析方法，提高了分析效率，便于應(yīng)用。

1 楊惠芬，李明元，沈文.食品衛(wèi)生理化檢驗(yàn)手冊(cè)［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1997：86～101，136～146.

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Simultaneous determination of arsenic and mercury in food by microwave digestion and atomic fluorescence spectroscopy

GUO Tong－bing HUANG Qian LIU Jian－bo

（Hunan Supervision and Inspection Institute of Product Quality，Yueyang，Hunan414000，China）

A process of closed and high pressure microwave digestion with atomic fluorescence spectrometer for simultaneously determine As and Hg in food was established.Compared with traditional wet digestion method，the microwave digestion features simple operation，fast，little interference and excellent process controllability.After detect rice，meat，mineral water，aquatic product and so on，we find the detection limits for arsenic and mercury were 0.030 6μg／L and 0.005 2μg／L respectively.The relative standard deviation for As was 2.40%，while 1.39%for Hg.The recovery for As was in the rang of 99.4%～101.2%and 94.5% ～106.5%for Hg.And the As correlation coefficient was 0.999 7，while the Hg was 0.999 6.The result is fine，and is fit for simultaneously determine As and Hg in food.

microwave digestion；atomic fluorescence；arsenic；mercury

10.3969／j.issn.1003－5788.2011.04.024

郭同兵（1968－），男，湖南省岳陽(yáng)市產(chǎn)商品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所工程師。E－mail：huangqian260＠126.com

2011－04－10