氫化物發(fā)生原子吸收法測(cè)定海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷*

李俊偉，李施揚(yáng)，胡友波，于 淼

分析測(cè)試

氫化物發(fā)生原子吸收法測(cè)定海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷*

李俊偉，李施揚(yáng)，胡友波，于 淼

（黑龍江省質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)研究院，黑龍江哈爾濱150050）

本文研究了用氫化物發(fā)生-原子吸收法測(cè)定海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷含量，樣品用超聲波-5%HCl酸進(jìn)行提取，采用氫化物發(fā)生-原子吸收法進(jìn)行測(cè)定。本文實(shí)驗(yàn)利用添加法測(cè)定回收率，其平均回收率為96.7%～101.0%，本方法RSD小于5.7%,最低檢出限0.018mg·kg-1。

海藻；超聲波-鹽酸；氫化物發(fā)生-原子吸收；無(wú)機(jī)砷

目前，國(guó)內(nèi)關(guān)于檢測(cè)食品中無(wú)機(jī)砷的方法并不是很完善，尤其是海藻類產(chǎn)品的檢測(cè)，《食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》GB/T5009.11-2003中所推薦的氫化物原子熒光法和銀鹽法之間測(cè)定結(jié)果有很大差距，而相對(duì)于同一種方法，在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部及不同實(shí)驗(yàn)室之間重復(fù)性測(cè)定結(jié)果也不是很好。利用其推薦方法分析海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷時(shí)，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)無(wú)機(jī)砷含量超出限量指標(biāo)多倍的現(xiàn)象[1]。多家實(shí)驗(yàn)室利用LC-ICP-MS（液相-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀）、LC-AFS（液相-原子熒光光度計(jì)）等研究后指出，GB/T 5009.11-2003中所推薦的氫化物原子熒光法和銀鹽法檢測(cè)會(huì)造成海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷虛高[2]。現(xiàn)行國(guó)標(biāo)GB/T23372-2009所采用儀器目前并不能普及至每個(gè)實(shí)驗(yàn)室。所以本研究旨在建立一種能夠普及大多數(shù)實(shí)驗(yàn)室、能夠完全分離并準(zhǔn)確測(cè)定海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷的方法，來(lái)解決目前海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷的食品安全評(píng)價(jià)中存在的困惑問題。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

試樣經(jīng)5%HCl-超聲波提取后，用甲苯進(jìn)行提取分離，在酸性介質(zhì)中，試樣提取液中無(wú)機(jī)砷與硼氫化鉀反應(yīng)生成揮發(fā)性砷的氫化物（AsH3）,以Ar為載氣。將氫化物導(dǎo)入電熱石英原子化器中原子化，基態(tài)砷原子會(huì)吸收特定波長(zhǎng)的光，其吸光度與砷含量成正比，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行定量。

1.2 儀器及試劑

CAAM-2001型原子吸收光譜儀（北京翰時(shí)制作所）；銻空心陰極燈(河北寧強(qiáng)光源廠)；WHG-103A型流動(dòng)注射氫化物發(fā)生器（北京翰時(shí)制作所）；超聲波發(fā)生器，KQ-600E型超聲波清洗器（昆山市超聲儀器有限公司）。

本方法所采用的酸均為優(yōu)級(jí)純，其它試劑為分析純，實(shí)驗(yàn)用水均為去離子水。

HCl（ρ=1.18g·mL-1）；10%硫脲-10%抗壞血酸混合液（稱取10g硫脲，10g抗壞血酸，于200mL燒杯中，加入100mL去離子水溶解，臨用前現(xiàn)配）；20g·L-1KBH4-5g·L-1KOH混合液（先稱取0.5g KOH于塑料瓶中，再稱取2g KBH4于其中，加100mL去離子水溶解臨用前現(xiàn)配。）；濃度為0.10mg·L-1砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（準(zhǔn)確吸取1000mg·L-1砷國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)溶液（國(guó)家鋼鐵測(cè)中心鋼鐵研究院）1mL于100mL容量瓶中，用HCl（1+9）定容至刻度，搖勻，從中吸取1.00mL于100mL容量瓶中，用去離子水稀釋至刻度，搖勻。）；甲苯。

本實(shí)驗(yàn)中所用的玻璃器皿，都必須用10%HNO3溶液浸泡24h以上，臨用前用自來(lái)水沖洗干凈，并用蒸餾水沖洗干凈。

1.3 分析步驟

1.3.1 樣品的制備把樣品切成2mm×2mm大小,然后于105℃烘箱中恒溫干燥2h，裝入塑料袋中貼上標(biāo)簽備檢。

1.3.2 樣品中無(wú)機(jī)砷的提取

1.3.2.1 提取方案1稱取0.5g樣品，加入5%HCl溶液20mL,于超聲波中在25℃條件下超聲提取30min,離心，上清液用0.45μm過濾，此溶液為A溶液。

1.3.2.2 提取方案2稱取0.5g樣品,加入50%HCl溶液20mL，于60℃條件下水浴18h,離心，上清液用0.45μm過濾，此溶液為A溶液。

1.3.2.3 提取方案3稱取0.5g樣品,加入50%HCl溶液20mL，于70℃條件下水浴1h,離心，上清液用0.45μm過濾，此溶液為A溶液。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)系列配制

分別移取0.10mg·L-1銻標(biāo)準(zhǔn)溶液0.00、1.00、2.00、3.00、4.00、5.00mL于6支25mL容量瓶中，向每個(gè)容量瓶中分別加入10%硫脲-10%抗壞血酸混合液5.0mL、濃HCl 5.0mL，搖勻。室溫下放置30min，定容至刻度。儀器則按以下條件進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)定并繪制砷標(biāo)準(zhǔn)曲線。

測(cè)定波長(zhǎng)：193.7nm；狹縫：0.2；負(fù)高壓：300V；高性能砷空心陰極燈電流3mA；輔陰極燈電流1mA；原子化器高度0mm；載氣：純Ar；讀數(shù)方式：峰高讀數(shù)；延遲時(shí)間：2s；讀數(shù)時(shí)間15S；載氣次級(jí)壓力0.25 MPa；測(cè)定方法：標(biāo)準(zhǔn)曲線法。

1.5 試樣的測(cè)定

取5mLA液于分液漏斗中,加入10g·L-1硫脲-10g·L-1抗壞血酸0.5mL,20℃以上溫度還原30min,加入22mL濃HCl，加入10mL甲苯,振蕩萃取,收集有機(jī)相,向水相中再加入10mL甲苯,振蕩萃取,合并有機(jī)相,于分液漏斗中用20mL水反萃取2次,加入5.0mL(1+1)HCl，搖勻。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 提取無(wú)機(jī)砷的條件

本課題選擇了3種提取方案，其中方案2、3分別選取自《食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》GB/T5009. 11-2003中無(wú)機(jī)砷測(cè)定部分第一、二法中的提取條件。之所以選擇此二條件是因?yàn)檫@兩種提取方法不僅會(huì)將無(wú)機(jī)砷提取完全，而且會(huì)將樣品中的砷糖等大分子有機(jī)砷轉(zhuǎn)化為低分子的一甲基砷及二甲基砷，同時(shí)將溶液中所有一甲基砷、二甲基砷提取入待測(cè)溶液中去[3]。這樣做比對(duì)的目的是保證方案1可以將樣品中無(wú)機(jī)砷全部提取進(jìn)入待分離溶液中去。同時(shí)方法1可以保證砷糖等大分子有機(jī)砷不會(huì)轉(zhuǎn)化為低分子的一甲基砷、二甲基砷，提取、萃取后的溶液可以繼續(xù)用來(lái)進(jìn)行一甲基砷及二甲基砷的分離與測(cè)定，這將是另外的研究。

方案1考察了提取溫度、時(shí)間及酸度3個(gè)因素。在提取溫度方面，本著夠用即可的原則，25℃是室內(nèi)一般可以達(dá)到的自然溫度，所以本課題選擇了25℃。以超聲波1000W功率進(jìn)行超聲，在酸度及提取時(shí)間兩個(gè)因子方面，采用正交法設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案。方案設(shè)計(jì)了0%～10%的HCl酸度，提取時(shí)間設(shè)計(jì)了0～50min，以方案2、方案3及液相-原子熒光光譜法、液相-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定結(jié)果為比對(duì)參照，進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。供試樣品選取的為紫菜1號(hào)樣品。試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表1、圖1。

圖1 提取時(shí)間及酸度試驗(yàn)數(shù)據(jù)兩軸折線圖Fig.1 Extraction time and the acidity test data of two line chart

由表1、圖1可以看出，在0～30min內(nèi)隨著時(shí)間的增加，提取出無(wú)機(jī)砷的量均是呈快速增長(zhǎng)趨勢(shì)，但是30min之后，所有酸度的提取增長(zhǎng)速率均呈下降趨勢(shì)。酸度為0～3%提取至50min，也未將無(wú)機(jī)砷全部提取出來(lái)；酸度為4%提取至35min將無(wú)機(jī)砷全部提取出來(lái)；酸度為5%提取至30min將無(wú)機(jī)砷全部提取出來(lái)；酸度大于5%提取至30min均將無(wú)機(jī)砷全部提取出來(lái)。故研究選擇酸度為5%、提取30min做為超聲波提取測(cè)量無(wú)機(jī)砷的參數(shù)。

表1 提取時(shí)間及酸度試驗(yàn)結(jié)果（mg·kg-1）Tab.1 Extraction time and acidity test Result（mg·kg-1）

2.2 分離無(wú)機(jī)砷的條件

由于在提取的溶液中同時(shí)存在無(wú)機(jī)態(tài)砷、一甲基砷、二甲基砷等物質(zhì)，而一甲基砷、二甲基砷這兩種物質(zhì)可以不同程度地與KBH4或NaBH4在一定酸度條件下生成砷的氣態(tài)氫化物砷化氫，在進(jìn)入原子化器時(shí)會(huì)被加熱分解生成砷原子，進(jìn)而原子化后對(duì)砷193.7nm波長(zhǎng)光產(chǎn)生吸收，對(duì)正常測(cè)定的無(wú)機(jī)砷產(chǎn)生干擾，所以要進(jìn)行無(wú)機(jī)砷的萃取，使無(wú)機(jī)砷從溶液中分離出來(lái)，這樣就可以準(zhǔn)確進(jìn)行無(wú)機(jī)砷的測(cè)定。

本研究在分離無(wú)機(jī)砷這一部分改進(jìn)了孟昭宇等[3]及王春旭等[4]的實(shí)驗(yàn)方法,對(duì)海藻中的無(wú)機(jī)砷進(jìn)行了分離,并利用原子吸收分光光度計(jì)進(jìn)行檢測(cè)。為了增加比對(duì)的特征數(shù)據(jù)，還借鑒了施家威等[5]對(duì)三價(jià)砷的分離,該文提出當(dāng)HCl的酸度大于10.0mol· L-1時(shí),可以實(shí)現(xiàn)三價(jià)無(wú)機(jī)砷與五價(jià)無(wú)機(jī)砷的徹底分離。本研究當(dāng)取5mL提取液,加入20mL濃鹽酸,提取率可達(dá)到99.1%以上,故本文采用5mL的提取液加22mL濃鹽酸來(lái)調(diào)酸度。之所以要加入22mL濃HCl而不是20mL濃HCl來(lái)調(diào)酸度是因加入了0.5mL還原劑，多加的2mL濃HCl是來(lái)調(diào)節(jié)0.5mL還原劑用的。

2.3 硫脲-抗壞血酸混合液濃度選擇

試樣和標(biāo)液中均加入VC和硫脲后，在室溫下反應(yīng)20min，即可使樣品中的五價(jià)砷全部預(yù)還原成三價(jià)砷。在室溫低于15℃時(shí)，至少要反應(yīng)30～60min。也可采用將溶液置于70℃水浴中5min即可。VC和硫脲不但起預(yù)還原的作用，還起一個(gè)抗干擾及消除干擾的作用。對(duì)本文曲線范圍體系中VC-硫脲保持1%（g/v）即可。

2.4 還原劑濃度的選擇及配制

當(dāng)KBH4濃度小于20g·L-1時(shí)，熒光強(qiáng)度隨KBH4濃度增高而增大，在20～30g·L-1范圍內(nèi)熒光強(qiáng)度基本不變，大于30g·L-1由于生成H2量太大將氫化物濃度稀釋，熒光強(qiáng)度反而減弱。本研究選擇20g·L-1的KBH4、5g·L-1KOH作為還原劑體系。配制時(shí)先稱取KBH，再稱取KBH4。原因是KBH4只有在堿性體系中才穩(wěn)定，遇弱酸即快速分解，臨用前現(xiàn)配。當(dāng)然也可以選用KBH4及NaOH作為還原劑體系，只是在溶液溶解速度方面，KBH4及KOH體系更受歡迎。

2.5 儀器條件的優(yōu)化

一般情況下，新購(gòu)儀器延遲時(shí)間2s，讀數(shù)時(shí)間15s即可，但因儀器型號(hào)不同及管道改變，二者應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，原則是以標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn)為參照，將峰全部采入，且峰前時(shí)間不超過1s，峰后時(shí)間不超過2s。原子化器高度此時(shí)應(yīng)降低，以砷燈光線從石英管原子化器中穿過為準(zhǔn)。燈電流大小與吸收值無(wú)直接關(guān)系。由于原子吸收在測(cè)定時(shí)，都要將能量調(diào)至100%，當(dāng)燈電流小時(shí)，負(fù)高壓就會(huì)調(diào)大，這樣就會(huì)使同樣的信號(hào)相對(duì)來(lái)講放大得大些。所以，燈電流小，負(fù)高壓變大，吸光值相對(duì)會(huì)變大些。本文選擇3mA做為測(cè)量用燈電流。

2.6 測(cè)定時(shí)加入酸的種類及酸度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響

反應(yīng)酸的種類與濃度對(duì)測(cè)定結(jié)果影響不大，但就空白值而言，H2SO4空白值最高，H3PO4次之，HNO3和高氯酸最底，在測(cè)定低含量樣品時(shí)，應(yīng)預(yù)先檢查酸的空白，最好使用優(yōu)級(jí)試劑，以減少空白。我們選擇使用HCl作為反應(yīng)介質(zhì)。在測(cè)定過程中使用HCl而不用其它酸是因?yàn)镠Cl更有利于氫化物發(fā)生。吸光值的大小與溶液酸度有著密切的關(guān)系，本文以HCl為酸介質(zhì)進(jìn)行了吸光值與酸度關(guān)系實(shí)驗(yàn)，得出以下結(jié)論：酸度過低，吸光值明顯變?nèi)?，酸度增加，吸光值也增加，酸度介?%到25%之間時(shí)，酸度對(duì)熒光強(qiáng)度的影響不大，保持在一個(gè)相對(duì)平穩(wěn)的水平，酸度繼續(xù)增大，吸光值略有增加，酸度過高，吸光值反而下降?？紤]到吸光值能夠滿足實(shí)驗(yàn)的前提條件下，盡可能地減少試劑用量的原則，本文中最終選用反應(yīng)介質(zhì)的酸度為10%。吸光值與酸度關(guān)系圖見圖2。

2.7 共存元素的干擾

在測(cè)定砷的過程中，做了大量離子的干擾實(shí)驗(yàn)其干擾情況是6倍的銻，30倍的錫，1000倍的鎂，1000倍的鉀，1000倍的鈉，500倍的鈣，100倍的鐵，100倍的鋅，100倍的錳，200倍的銅，100倍的鉛，20倍的汞、100倍的一甲基砷、二甲基砷存在時(shí)，對(duì)無(wú)機(jī)砷的測(cè)定不干擾。

圖2 吸光值與酸度關(guān)系圖Fig.2 The light absorption value and acidity diagram

2.8 方法比對(duì)結(jié)果的討論

本研究共用了3種方法進(jìn)行了無(wú)機(jī)砷的測(cè)定，其中氫化物發(fā)生原子吸收法采用了3種提取方法，相當(dāng)于共用了5種方法進(jìn)行了同批次無(wú)機(jī)砷的檢測(cè)比對(duì)，對(duì)它們進(jìn)行綜合處理后，見圖3、4。

由圖3、4直觀可以看出，無(wú)論是哪個(gè)樣品，采用5種方法進(jìn)行無(wú)機(jī)砷測(cè)定，結(jié)果勻一致。為了從數(shù)據(jù)上更好地說(shuō)明各種方法的致性，本試驗(yàn)列了另外一張表格，觀察每種樣品5種方案測(cè)定無(wú)機(jī)砷結(jié)果的最大值與最小值之絕對(duì)差值除以5種方案結(jié)果的算術(shù)平均值，再乘以100%。以不超過10%為合格，視為結(jié)果相符性滿足研究要求。見表2。

圖35 種紫菜用5種方法測(cè)定總無(wú)機(jī)砷結(jié)果比對(duì)圖Fig.3 Comparison char of 5 kinds of seaweed with five kinds of method for determination of total arsenic

圖45 種海帶用5種方法測(cè)定總無(wú)機(jī)砷結(jié)果比對(duì)圖Fig.4 Comparison char of 5 kinds of Kelp with five kinds of method for determination of total arsenic

表25 種方法相符性結(jié)果表Tab.2 5 methods of compliance results table

由表2可以看出，方法相符性滿足試驗(yàn)要求。故本法在方法上是可行的，在結(jié)果上是準(zhǔn)確的。

2.9 優(yōu)化后方法回收率實(shí)驗(yàn)

稱取0.5g 5號(hào)紫菜，添加一定量的無(wú)機(jī)砷標(biāo)準(zhǔn)溶液、一甲基砷、二甲基砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，按樣品處理方法操作，以測(cè)定波長(zhǎng)193.7nm、狹縫1.0nm、負(fù)高壓196V、砷空心陰極燈電流3mA、原子化器高度0mm、峰高讀數(shù)、延遲2s、讀數(shù)時(shí)間15s測(cè)得方法的回收率，見表3。

表3可見，方法的回收率在96.7%～101.0%之間，準(zhǔn)確度令人滿意。同時(shí)也證明，樣品中即使存在一甲基砷、二甲基砷，由于本法加了一個(gè)萃取過程，使得待測(cè)物提前從基體中分離出來(lái)，不會(huì)受到基體干擾物質(zhì)的干擾。

表3 回收率試驗(yàn)Tab.3 Recovery test

2.10 優(yōu)化后方法精密度實(shí)驗(yàn)

以5份紫菜和5份海帶為供試樣品，采用優(yōu)化后方法測(cè)定方法的精密度，測(cè)定結(jié)果見表4。

表4 精密度試驗(yàn)結(jié)果Tab.4 Results of precision test

2.11 線性范圍及檢出限

在最佳儀器條件下測(cè)定0、2.0、4.0、6.0、8.0、10.0 μg·L-1的砷標(biāo)準(zhǔn)系列，相關(guān)系數(shù)為0.9999，回歸方程：y=0.0507χ+0.0002；在選擇的最佳測(cè)試條件下，連續(xù)11次對(duì)空白溶液測(cè)定砷的含量，其3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以曲線斜率所對(duì)應(yīng)的濃度值，即無(wú)機(jī)砷的儀器檢出限為0.09μg·L-1,取0.5g樣品，按優(yōu)化后的方法處理后，在選擇的測(cè)定條件下方法檢出限為0.018mg·kg-1。

3 結(jié)論

采用超聲波提取-甲苯萃取-氫化物發(fā)生-原子吸收法測(cè)定海藻類產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷含量，方法精密度高，回收率好，干擾小、方法簡(jiǎn)便，最低檢出線為0.018mg·kg-1可作為此類樣品的測(cè)定方法。

［1］吳成業(yè)，曹愛英，陳財(cái)珍，等.海藻中無(wú)機(jī)砷兩種檢測(cè)方法適用性的探討［J］.大連水產(chǎn)學(xué)院學(xué)報(bào)，2009，24（2）:146-150.

［2］閆軍，高峰，張銳，等.應(yīng)用HPLC-HGAFS聯(lián)用技術(shù)測(cè)定海產(chǎn)品中無(wú)機(jī)砷的研究［J］.化學(xué)工程師，2007（2）：14-17.

Measuring inorganic arsenic from marine alga productsby hydride gbneration atomic absorption method*

LI Jun-wei，LI Shi-yang，HU You-bo，YU Miao
（Heilongjiang Provincial Quality Superintendence and Testing Institute,Harbin 150050,China）

This paper studies the method to measure the inorganic arsenic content in marine Alga products by the way of hydride absorption.The sample was extracted by ultrasound-5%Hydrochloric acid before the experiment.The average recovery rate was 96.7%～101.0%RSD was lower than 5.7%，The lowest detection limit was 0.018mg·kg-1. Key word：marinealga；ultrasound-hydrochloricacid；hydridegeneration-atmicabsorption；inorganic

1002-1124（2014）08-0030-05

2014-04-04

國(guó)家質(zhì)檢總局科技計(jì)劃項(xiàng)目（2010QK131）

李俊偉（1976-），男，黑龍江省哈爾濱市，高級(jí)工程師，2000年畢業(yè)于沈陽(yáng)農(nóng)業(yè)大學(xué)，植物保護(hù)專業(yè)，本科，從事產(chǎn)品質(zhì)量分析及相關(guān)方法研究工作。

O657.31

A