微波消解-氫化物原子熒光光譜法同時(shí)測定賊小豆中的砷、硒、銻

高向陽，韓 帥，王瑩瑩，喬明武

(1.鄭州科技學(xué)院食品科學(xué)系，河南 鄭州 450064；2.河南農(nóng)業(yè)大學(xué)食品科學(xué)技術(shù)學(xué)院，河南 鄭州 450002)

砷及其化合物是環(huán)境和食品的重要污染物之一，各國都有嚴(yán)格的限量要求[1-2]。我國明確規(guī)定豆類食品中砷限量指標(biāo)(以無機(jī)砷計(jì))為0.1mg/kg[3]。持續(xù)接觸銻可破壞心臟及肝臟功能，吸入高含量的銻會導(dǎo)致中毒，出現(xiàn)嘔吐、頭痛、呼吸困難，嚴(yán)重者可能死亡[4]。硒具有抗氧化、降低重金屬毒性及增強(qiáng)免疫等多種功能，攝取不足或過多都會影響人身安全[5-7]。賊小豆(Vigna minima)又名山綠豆，屬于豆科菜豆亞組豇豆屬，一年生纏繞草本，產(chǎn)于我國北部、東南部至南部，生于曠野、草叢或灌叢中，國外亦有分布[8]，是有一定開發(fā)前景的食品新資源，除鋁外[9]目前尚未見其他微量元素和其營養(yǎng)價(jià)值研究的報(bào)道，對其理化特性和安全性進(jìn)行深入探討，進(jìn)一步充分開發(fā)利用，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法具有精密度高、干擾少、譜線簡單、線性范圍寬、進(jìn)樣效率和原子化效率高等優(yōu)點(diǎn)[10-13]。微波設(shè)計(jì)程序，密閉壓力消解樣品，試劑用量少、處理速度快、成本低廉，可有效防止待測元素的損失。微波壓力消解技術(shù)與氫化物發(fā)生-原子熒光光譜分析法結(jié)合，使兩者的優(yōu)點(diǎn)得到了充分發(fā)揮，已用于食品中微量元素的測定[14-18]。食品中砷、硒、銻的測定，國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法[19-21]是單個元素分別進(jìn)行分析，本實(shí)驗(yàn)以鄭州地區(qū)野生賊小豆為樣品，用微波壓力進(jìn)行程序消解，用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法同時(shí)測定消解液中的砷、硒、銻，試樣用量少，消解過程不污染環(huán)境也不被環(huán)境污染，節(jié)省時(shí)間和試劑，分析成本大為降低，工作效率得到提高，為進(jìn)一步開發(fā)利用該自然野生資源提供了參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

賊小豆果實(shí)分別于2010年和2011年秋季采集于鄭州龍子湖高校園區(qū)(113：42E;34：44N)，由河南農(nóng)業(yè)大學(xué)生命學(xué)院朱長山教授鑒定，野生深灰色小豆，籽粒飽滿，平均千粒質(zhì)量為27.1542g(n=5)；鄭州綠豆，籽粒飽滿，產(chǎn)地新鄭；南陽綠豆，籽粒飽滿，采集于南陽市唐河縣桐寨鋪鎮(zhèn)。

鹽酸、硝酸 煙臺市雙雙化工有限公司；過氧化氫 天津市華東試劑廠；氫氧化鉀 北京化學(xué)試劑三廠；硼氫化鉀 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硫脲 天津市大茂化學(xué)試劑廠。砷(GSB 04-1714-2004)、硒(GSB 04-1751-2004)、銻(GSB 04-1748-2004)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(質(zhì)量濃度均為1000μg/mL) 國家有色金屬及電子材料分析測試中心。

還原劑：質(zhì)量濃度為0.5g/100mL氫氧化鉀溶液和質(zhì)量濃度為1.5g/100mL硼氫化鉀混合液，現(xiàn)用現(xiàn)配；所用鹽酸、硝酸為優(yōu)級純，其余試劑均為分析純；水為超純水(電阻率為18.3MΩ·cm)；所用玻璃器皿均用硝酸(1＋5)浸泡過夜，依次用蒸餾水、超純水沖洗后使用。

1.2 儀器與設(shè)備

PF6-3型多道全自動原子熒光光度計(jì) 北京普析通用公司；砷、硒、銻高性能空心陰極燈 北京有色金屬研究總院；屏蔽氣及載氣均為高純氬氣 河南源正科技發(fā)展有限公司；MARS微波消解系統(tǒng) 美國CEM公司；FZ102微型植物粉碎機(jī) 浙江上虞盛科儀器制造有限公司；EH20A數(shù)顯防腐電熱板(PLUS) 北京LabTech公司；Milli-Q?Advantage?A10超純水系統(tǒng) 美國Wasters公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品的處理

樣品除雜、除殘粒后，依次用自來水、蒸餾水、超純水洗凈、80℃恒溫箱中烘干，用“四分法”取約1kg，用微型植物粉碎機(jī)粉碎，棄去最初約50g樣品后，其余過60目篩，置于廣口瓶中，于干燥器內(nèi)保存、備用。稱取1g左右(稱準(zhǔn)至0.0001g)恒定質(zhì)量的均勻樣品于微波消解管內(nèi)，加10mL硝酸，放置過夜后加2mL過氧化氫，輕搖混勻，按表1程序密閉壓力消解。冷卻后取下蓋子，在電熱板上繼續(xù)加熱至近干，加入6mol/L鹽酸5.00mL，加熱至溶液變?yōu)榍辶翢o色并伴有白煙出現(xiàn)時(shí)止，冷卻后將消解液定量轉(zhuǎn)入25mL容量瓶，用1.2mol/L鹽酸定容，混勻備用，同時(shí)處理空白溶液。

表 1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.2 儀器測定條件

實(shí)驗(yàn)表明，原子熒光光度計(jì)在以下儀器條件下進(jìn)行測定，可以得到令人滿意的測定結(jié)果。光電倍增管負(fù)高壓：280.00V；原子化器爐溫：200℃；載氣流速：300mL/min；讀數(shù)方式：面積；延遲時(shí)間：3s；載液一次進(jìn)樣量：1.50mL；樣品進(jìn)樣量：1.00mL；A道為銻(Sb)燈；B道為砷(As)燈；C道為硒(Se)燈；主燈電流：50mA；輔燈電流：50mA；屏蔽氣流速：600mL/min；測量方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法；讀數(shù)時(shí)間：13s；載液二次進(jìn)樣量：1.50mL；測量次數(shù)：3次。

1.3.3 方法建立及樣品測定

用1.2mol/L鹽酸逐級稀釋1000μg/mL各單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液為1μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液。吸取1.00mL各標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液于100mL容量瓶，加入10.00g/L硫脲溶液10.00mL，用1.2mol/L鹽酸定容、搖勻。用儀器自動稀釋功能，通過人機(jī)對話，將砷、硒、銻的標(biāo)準(zhǔn)工作液稀釋為0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ng/mL，用時(shí)現(xiàn)配。以0.24mol/L鹽酸為載液，以0.5g/100mL氫氧化鉀溶液和1.5g/100mL硼氫化鉀混合液為還原劑，待爐溫升至190℃以上，按表2儀器工作參數(shù)及測定條件進(jìn)行測定，以相對熒光值為縱坐標(biāo)，各元素標(biāo)準(zhǔn)工作液質(zhì)量質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，分別繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

吸取5.00mL試樣消解液于50.00mL容量瓶，加入10.00g/L硫脲溶液5.00mL，用1.2mol/L鹽酸定容至刻度。以0.24mol/L鹽酸為載液，按上述繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線的方法進(jìn)行測定，按下式計(jì)算結(jié)果：

式中：ω為試樣中元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)/(μg/g)；ρ為試樣消解液測定元素的質(zhì)量濃度/(ng/mL)；ρ0為試樣空白消解液測定元素的質(zhì)量濃度/(ng/mL)；V為試樣消解液總體積/mL；10為稀釋倍數(shù)；m為試樣質(zhì)量/g；1000為將“ng”換算為“μg”的系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 消解體系料液比的確定

利用HNO3-H2O2混合酸溶液，消解效果比較好。稱取1.0000g左右過60目篩的樣品，按一定料液比于1600W微波功率消解40min，消解效果見表2。

表 2 樣品消解效果Table 2 Results of sample digestion

由表2可知，1.0000g左右的樣品，加入10.00mL硝酸、2.00mL過氧化氫，微波密閉消解40min的效果最為理想。

2.2 反應(yīng)介質(zhì)及酸度的確定

在實(shí)驗(yàn)條件下，比較HNO3、HCl、H2SO4介質(zhì)對3種元素?zé)晒鈴?qiáng)度的影響，結(jié)果表明：HCl為介質(zhì)時(shí)，測定效果較好。實(shí)驗(yàn)表明：用1.2mol/L鹽酸為介質(zhì)，0.24mol/L的鹽酸作為載液，測定結(jié)果較為理想。

2.3 掩蔽劑的選擇

在實(shí)驗(yàn)條件下，比較硫脲、抗壞血酸、硫脲與抗壞血酸混合液的掩蔽效果。結(jié)果表明，硫脲掩蔽銅、鋁、鎘等離子的效果較好，但應(yīng)放置30min以上，以增加溶液的穩(wěn)定性[2]。選擇10.00g/L硫脲溶液為掩蔽劑。

2.4 硼氫化鉀濃度的選擇

硼氫化鉀與所測元素反應(yīng)生成相應(yīng)的氫化物氣體，被載氣帶入儀器進(jìn)行測定，加入氫氧化鉀可保持其穩(wěn)定性。硼氫化鉀質(zhì)量濃度太低，會導(dǎo)致反應(yīng)不完全，濃度太高，會產(chǎn)生大量氫氣引起熒光測定信號猝滅。通過對10～20g/L硼氫化鉀溶液對熒光強(qiáng)度影響的實(shí)驗(yàn)表明：0.5g/100mL氫氧化鉀溶液和1.5g/100mL硼氫化鉀混合液為還原劑能夠滿足砷、硒、銻3種元素完全氣化的需要。

2.5 干擾實(shí)驗(yàn)

以鎘、鉛、銅、鋁、錫等干擾元素大于5倍待測元素的可能存在量，分別對1μg/mL的砷、硒、銻單一元素標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行干擾實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明：100μg鉛、鎘，20μg銅、鋁，5μg錫不干擾砷、硒、銻測定。分別在1μg/mL砷、硒、銻單一元素標(biāo)準(zhǔn)溶液中加20倍量的另外兩種元素，按照實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測定，結(jié)果表明3種元素間不存在相互干擾。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線的回歸方程和相關(guān)系數(shù)

在1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)測定條件下，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線得出的線性回歸方程和相關(guān)系數(shù)分別為砷：Y=357.18X－19.844，r=0.9997；硒：Y=44.699X－7.3202，r=0.9998；銻：Y=63.241X－97.492，r=0.9991。3種元素測定的質(zhì)量濃度在0～50ng/mL范圍內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。

2.7 檢出限和精密度

用1.00ng/mL各元素標(biāo)準(zhǔn)溶液分別進(jìn)行12次平行測定，按3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算方法的檢出限，砷、硒和銻分別為0.020、0.040ng/mL和0.050ng/mL。

在1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)條件下對2010年10月采集的賊小豆樣品進(jìn)行6次平行測定，用Q檢驗(yàn)法檢驗(yàn)無可疑值后，計(jì)算各元素的精密度如表3所示。

表 3 精密度的測定結(jié)果(n=6)Table 3 Precision of the method (n=6)

由表3可知，樣品測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)分別為砷2.2%、硒為0.97%、銻為2.6%。

2.8 回收率

在1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)條件下對各樣品中的銻進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)，以6次平行測定的平均值報(bào)告，結(jié)果見表4。

表 4 加標(biāo)回收率測定結(jié)果(n=6)Table 4 Recovery of the method (n = 6)

表4表明，添加量1.0ng/mL條件下，測定銻的加標(biāo)平均回收率為97.19%～98.72%，RSD為0.28%～2.7%。

2.9 測定結(jié)果

同一地方和位置采摘的賊小豆樣品與綠豆樣品對照，按1.3.2節(jié)和1.3.3節(jié)步驟對其中的砷、硒、銻元素分別進(jìn)行6次平行測定，結(jié)果見表5。

從表5可以看出，同一地方和位置，2010年9月份采摘的賊小豆樣品中測定的砷、硒、銻元素含量較高，之后采集的樣品含量基本呈逐步下降態(tài)勢。鄭州綠豆中銻的含量大于賊小豆和南陽綠豆；南陽綠豆中砷的含量明顯低于鄭州綠豆和賊小豆，并低于砷的國家標(biāo)準(zhǔn)限量[3]。硒的含量高低順序?yàn)椋嘿\小豆＞鄭州綠豆＞南陽綠豆。

表 5 樣品中砷、硒、銻的測定結(jié)果(±s，n=6)Table 5 Determination of arsenic, selenium, and antimony in samples (±s，n=6)mg/kg

表 5 樣品中砷、硒、銻的測定結(jié)果(±s，n=6)Table 5 Determination of arsenic, selenium, and antimony in samples (±s，n=6)mg/kg

元素賊小豆鄭州綠豆南陽綠豆2010年9月采樣2010年10月采樣2010年11月采樣2011年11月采樣Sb 0.181±0.0050.101±0.0010.075±0.0280.065±0.016 0.282±0.007 0.085±0.004 As 0.280±0.0090.270±0.0260.143±0.350.127±0.013 0.268±0.004 0.096±0.019 Se 0.301±0.0020.254±0.0020.210±0.0080.215±0.020 0.175±0.031 0.168±0.001

3 結(jié) 論

用硝酸-過氧化氫微波程序消解樣品，以硫脲為掩蔽劑、硼氫化鉀為還原劑，采用1.2mol/L鹽酸為稀釋液，0.24mol/L的鹽酸為載液，將微波程序消解技術(shù)與PF6-3型多道原子熒光光譜儀結(jié)合，充分發(fā)揮了各自的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)測定樣品中的砷、硒和銻。耗時(shí)少、成本低、減少了污染，提高了工作效率，應(yīng)用于樣品測定，結(jié)果滿意。研究結(jié)果表明：鄭州賊小豆和鄭州綠豆中銻的含量存在明顯的差異，賊小豆樣品中硒的含量高于綠豆樣品。為進(jìn)一步開發(fā)利用賊小豆自然野生資源提供了基本數(shù)據(jù)，為其他食品中砷、硒、銻元素的同時(shí)測定提供了技術(shù)參考，有一定的推廣應(yīng)用價(jià)值。

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