大米中無機(jī)砷測定方法的改進(jìn)

趙紅波，許 萍*，潘雷明，金 鑫，張奕寧，許榮年

（1.浙江公正檢驗(yàn)中心有限公司，浙江 杭州 310009；2.中國水稻研究所，浙江 杭州 310006）

大米中無機(jī)砷測定方法的改進(jìn)

趙紅波1，許 萍2,*，潘雷明1，金 鑫1，張奕寧1，許榮年1

（1.浙江公正檢驗(yàn)中心有限公司，浙江 杭州 310009；2.中國水稻研究所，浙江 杭州 310006）

改進(jìn)GB/T 5009.11—2003《食品中總砷及無機(jī)砷的測定》中應(yīng)用氫化物原子熒光光譜法測定無機(jī)砷的前處理方法。結(jié)果表明：大米樣品在60 ℃超聲波提取35 min，上機(jī)前放置25 min后的測定結(jié)果，測定結(jié)果與國標(biāo)法分析結(jié)果經(jīng)配對t檢驗(yàn)（t=1.37，P＞0.05）表明無顯著差異。該方法檢出限為0.015 mg/kg，線性范圍0～200 μg/L，回收率為93.8%～106.0%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3%，具有簡便、快速、干擾少、準(zhǔn)確可靠等優(yōu)點(diǎn)，適用于質(zhì)檢機(jī)構(gòu)大批量樣品的測定。

大米；前處理；超聲波提??；無機(jī)砷；原子熒光光譜法

大米在我國公民的日常生活中具有舉足輕重的地位，有65%的人口以大米為主食[1]。隨著人們生活水平的不斷提高，對大米的要求已不僅僅滿足于溫飽，而是越來越注重大米的營養(yǎng)、安全等特性。砷及其化合物已被國際癌癥組織確認(rèn)為致癌物[2-3]，在食品衛(wèi)生監(jiān)督檢驗(yàn)中被列為重點(diǎn)監(jiān)督檢驗(yàn)的有毒元素。大米中的砷以有機(jī)和無機(jī)兩種形式存在，無機(jī)砷的毒性遠(yuǎn)大于有機(jī)砷[4-7]，具有衛(wèi)生學(xué)意義的主要是無機(jī)砷。我國自2013年6月1日起正式實(shí)施的最新國家標(biāo)準(zhǔn)[8]中規(guī)定了大米中無機(jī)砷的限量為0.2 mg/kg，而對總砷的含量已不作要求。

目前，無機(jī)砷的分析方法主要有銀鹽法[9-10]、砷斑法[11]、氫化物原子熒光光譜法[4,12-13]、液相色譜-原子熒光光譜法[14]、高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法[15-16]和高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜聯(lián)用法[17]。高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法檢出限低、靈敏度高，但是價格昂貴，普及率低。高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法多用水和甲醇做提取劑，提取效果往往不佳[5]。銀鹽法和氫化物原子熒光法已被GB/T 5009.11—2003《食品中總砷及無機(jī)砷的測定》[18]收錄，雖然因氫化物原子熒光光譜法具有靈敏度高、重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高、操作簡便和價格便宜等特點(diǎn)，是目前絕大多數(shù)食品檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)采用的主要方法，也是國標(biāo)中的首選方法，該標(biāo)準(zhǔn)中固體試樣在60 ℃水浴中提取18 h，期間多次振搖，不僅繁瑣費(fèi)時耗能，而且振搖中受人為因素影響大。本實(shí)驗(yàn)擬利用超聲波的“空化效應(yīng)”對GB/T 5009.11—2003中氫化物原子熒光光譜法[18]測定無機(jī)砷中試樣前處理過程進(jìn)行改進(jìn)，建立一種可快速、方便、準(zhǔn)確且適用于大米中無機(jī)砷含量測定的方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米 市售；1 000 μg/mL砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（GBW 08611） 國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心；10 μg/mL砷標(biāo)準(zhǔn)使用液，由砷標(biāo)準(zhǔn)溶液稀釋得到； 2 g/L氫氧化鉀-7 g/L硼氫化鉀混合溶液，用時現(xiàn)配；50 g/L硫脲-100 g/L碘化鉀混合溶液，用時現(xiàn)配；鹽酸（優(yōu)級純）、正辛醇（優(yōu)級純） 國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水為電導(dǎo)率不高于0.08 μS/cm的超純水。

1.2 儀器與設(shè)備

AFS-9130型雙道原子熒光光度計（配有砷空心陰極燈） 北京吉天儀器有限公司；KS-300EI型超聲波清洗器（溫度25～70 ℃、頻率40 Hz、額定功率300 W、容積10 L） 寧波海曙科生超聲設(shè)備有限公司；Anke TGL-16G型高速臺式離心機(jī) 上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

準(zhǔn)確稱取經(jīng)粉粹過80 目篩的樣品2.5 g（稱樣量依樣品含無機(jī)砷的量可減少）于25 mL具塞刻度試管中，加（1+1）鹽酸溶液20mL，置于超聲波清洗器（40 Hz、60 ℃）中，超聲提取35 min后，取出補(bǔ)加（1+1）鹽酸溶液至刻度，以4 000 r/min離心5 min后取4 mL上清液于10 mL容量瓶中，加入硫脲-碘化鉀混合溶液1 mL，加水定容。于室溫下放置25 min后測定試樣中的無機(jī)砷含量，同時做試劑空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 儀器參數(shù)條件

光電倍增管負(fù)高壓：280 V；砷空心陰極燈電流：60 mA；原子化器高度：8.0 mm；原子化器溫度：200 ℃；氬氣流量：載氣400 mL/min；屏蔽氣流量：800 mL/min；測量方式：標(biāo)準(zhǔn)曲線法；讀數(shù)方式：峰面積；讀數(shù)延遲時間：2.5 s；讀數(shù)時間：10 s。

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理?xiàng)l件

2.1.1 超聲時間的確定

圖1 超聲時間對無機(jī)砷提取的影響Fig.1 Effect of ultrasonic treatment time on the extraction efficiency of inorganic arsenic from rice

準(zhǔn)確稱取經(jīng)粉粹過80 目篩的樣品2.5 g，在60 ℃超聲提取溫度下，考察0～60 min不同超聲提取時間對大米中無機(jī)砷含量的影響，測定結(jié)果見圖1。

由圖1可以看出，超聲時間在0～30 min范圍內(nèi)，隨著超聲時間的延長，所測樣品中無機(jī)砷含量隨之提高，當(dāng)提取時間超過30 min后，大米樣品中無機(jī)砷含量趨于穩(wěn)定。優(yōu)選35 min為本實(shí)驗(yàn)超聲波提取時間。

2.1.2 超聲溫度的確定

在35 min超聲提取時間下，其他條件不變，選擇超聲溫度25、30、40、50、55、60、65、70 ℃，考察超聲溫度對大米中無機(jī)砷含量的影響，結(jié)果見圖2。

圖2 超聲溫度對無機(jī)砷提取的影響Fig.2 Effect of extraction temperature on the extraction efficiency of inorganic arsenic from rice

由圖2可知，隨著超聲溫度的提高，大米樣品中無機(jī)砷測定含量逐漸升高，從55 ℃開始測定值趨于穩(wěn)定，本實(shí)驗(yàn)優(yōu)選60 ℃條件下進(jìn)行超聲提取。

2.1.3 消泡劑加入方式改進(jìn)

在無機(jī)砷的測定中，由于在提取液中含有大量的有機(jī)成分[19]，測定時的氫化反應(yīng)會產(chǎn)生大量的泡沫而干擾測定，因此應(yīng)加入消泡劑。國標(biāo)方法[18]加入正辛醇8 滴作為消泡劑，但由于正辛醇?xì)馕遁^大，而且密度較小，正辛醇易與樣品液分層而失去消泡的效果。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2 g/L氫氧化鉀-7 g/L硼氫化鉀混合溶液中加入體積分?jǐn)?shù)1%的正辛醇，攪拌均勻后進(jìn)樣檢測能起到很好的消泡效果，在大批量樣品測定時，省去了向每個樣品液加入正辛醇的繁瑣，并有利于后續(xù)無機(jī)砷含量的測定。

2.1.4 放置時間的確定

圖3 放置時間對無機(jī)砷提取的影響Fig.3 Effect of standing time on results of determination of inorganic arsenic in rice

控制其他變量在最佳條件下，考察在上機(jī)前放置5～35 min內(nèi)對無機(jī)砷測定結(jié)果的影響，見圖3。

由圖3可以看出，隨著放置時間的延長，所測試樣中的無機(jī)砷結(jié)果不斷提高，在放置時間達(dá)20 min后，所測含量幾乎無差別，因此，選擇放置時間為25 min。

2.1.5 粒徑大小的選擇

大米粒徑越小其表面積就越大，樣品與提取液的接觸面積就越大，就越有利于無機(jī)砷的提取[20]。設(shè)定其他最佳實(shí)驗(yàn)條件（提取溫度60 ℃、提取時間35 min、放置25 min），篩取7 個不同梯度（20～40，40～60，60～80、80～115、115～150、150～200、＞200 目）做粒徑大小影響實(shí)驗(yàn)。每個梯度取3 個平行樣品，取平均值，結(jié)果見圖4。

圖4 粒徑大小對無機(jī)砷含量測定的影響Fig.4 Effect of rice particle size on results of determination of inorganic arsenic inorganic arsenic content detection in rice

由圖4可知，大米粒徑增大（即目數(shù)減小），所測得的大米無機(jī)砷含量降低，從60～80 目梯度開始，所測得的大米無機(jī)砷含量趨于穩(wěn)定。本實(shí)驗(yàn)選擇過80 目篩網(wǎng)的大米粉。

2.2 線性方程和檢出限

配制系列無機(jī)砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，在0～200 μg/L范圍內(nèi)，考察其線性實(shí)驗(yàn)結(jié)果。對空白溶液進(jìn)行連續(xù)測定21次，計算無機(jī)砷空白溶液測量值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，以標(biāo)準(zhǔn)偏差的3倍作為儀器檢出限[21-22]。結(jié)果見表1。在0～200 μg/L的濃度范圍內(nèi)，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)r＞0.999 0，線性關(guān)系良好。檢出限為0.6 μg/L，實(shí)驗(yàn)中如稱取固體樣品2.5 g，則方法檢出限為0.015 mg/kg，完全可以滿足大米中無機(jī)砷的分析要求[8]。

表1 線性關(guān)系和檢出限Table 1 Linear correlation coefficients, limits of detection and linear rannggeess

2.3 對比實(shí)驗(yàn)

本法和國標(biāo)法（GB/T 5009.11—2003）[18]對大米樣品中無機(jī)砷含量進(jìn)行平行7次測定，測定結(jié)果見表2。由表2可知，本實(shí)驗(yàn)法相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.3%，國標(biāo)法相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.1%，F(xiàn)檢驗(yàn)[22]顯示F=1.06＜F0.05（7，7）= 3.87，表明兩種方法無顯著性差異。本實(shí)驗(yàn)方法平行7 次測定結(jié)果平均值為0.106 mg/kg，國標(biāo)法平行7 次測定結(jié)果平均值0.108 mg/kg，配對t檢驗(yàn)[23]顯示t=1.37＜t0.05(2，6）= 2.447，P＞0.05，兩種方法測定結(jié)果的差別無統(tǒng)計學(xué)意義，可認(rèn)為本法測定的大米中無機(jī)砷含量與國標(biāo)法[18]測定的結(jié)果并無顯著差異。

表2 對比實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 2 Comparison of analytical results using the development method and the national standard method

2.4 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

按實(shí)驗(yàn)方法，在最佳實(shí)驗(yàn)測定條件下，對大米樣品中的無機(jī)砷進(jìn)行樣品加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果見表3。結(jié)果表明，加標(biāo)回收率在93.8%～106.0%之間，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果較滿意。

表3 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 3 Results of recovery tests

2.5 樣品測定

表4 不同產(chǎn)地大米中無機(jī)砷含量Table 4 Contents of inorganic arsenic in rice from different places mg/kg

我國稻米產(chǎn)區(qū)主要分布在長江中下游的湖南、湖北、江西、安徽、江蘇，華南的廣東、廣西，西南的四川、云南以及東北三省。本實(shí)驗(yàn)隨機(jī)選取4 個主要大米產(chǎn)地的各2 個樣品，粉粹過80 目篩后，在最佳實(shí)驗(yàn)條件（提取溫度60 ℃、提取時間35 min、放置25 min）下測定無機(jī)砷含量，每種樣品平行3 份，測定結(jié)果取平均值，見表4。

從表4可看出，不同產(chǎn)地的各大米中的無機(jī)砷含量不同，GB 2762—2012《食品中污染物限量》[8]中規(guī)定大米中無機(jī)砷的限量值為0.2 mg/kg。本實(shí)驗(yàn)檢測的國內(nèi)主要原產(chǎn)地大米樣品中無機(jī)砷含量范圍在0.055～0.162 mg/kg之間，所測樣品均未超過限量標(biāo)準(zhǔn)。

3 結(jié) 論

將超聲波提取技術(shù)用于大米中無機(jī)砷的前處理，本實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明在60 ℃超聲波提取35 min，上機(jī)前放置25 min后的測定結(jié)果與國標(biāo)法60 ℃水浴提取18 h，上機(jī)前放置10 min后的測定結(jié)果間無明顯差異（P＞0.05）。測定時，使用正辛醇作為消泡劑加入還原劑溶液中，不僅消泡效果好，而且更穩(wěn)定，省去了向每個樣品液加入正辛醇的繁瑣，操作更簡單方便。本方法在0～200 μg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好，方法檢出限為0.015 mg/kg，完全能夠滿足國家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)限量[8]要求，精密度和準(zhǔn)確度較好，適合實(shí)際樣品的分析。本實(shí)驗(yàn)研究的超聲波提取-原子熒光光譜法操作過程自動化程度較高，干擾少，結(jié)果準(zhǔn)確可靠，同時操作簡單、耗時短和耗能低，值得大范圍推廣應(yīng)用。

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Improved Method for Determination of Inorganic Arsenic in Rice

ZHAO Hong-bo1, XU Ping2,*, PAN Lei-ming1, JIN Xin1, ZHANG Yi-ning1, XU Rong-nian1
(1. Zhejiang Gongzheng Testing Center Co. Ltd., Hangzhou 310009, China; 2. China National Rice Research Institute, Hangzhou 310006, China)

The pretreatment method for the determination of inorganic arsenic using hydride generation atomic fluorescence spectrometry described the Chinese national standard GB/T 5009.11-2003 “Determination of total arsenic and inorganic arsenic in foods” was improved. The results indicated that the analytical results for rice samples extracted ultrasonically for 35 min and then allowed to stand for 25 min before injection were not significantly different from those obtained following the national standard by pairwise t-test (t = 1.37, P ＞ 0.05). The detection limit, linear range, recovery rate and relative standard deviation of the developed method were 0.015 mg/kg, 0-200 μg/L, and 93.8%-106.0%, respectively. This method is characteristics of simple and fast operation, less interference and high accuracy so that it is suitable for the determination of bulk samples in quality inspection.

rice; pretreatment; ultrasonic-assisted extraction; inorganic arsenic; atomic fluorescence spectrometry

TS207.3

A

1002-6630（2014）14-0189-04

10.7506/spkx1002-6630-201414037

2013-09-01

趙紅波（1982—），男，助理工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)槭称泛腿栈分兄亟饘俜治?。E-mail：zz_510@sohu.com

*通信作者：許萍（1982—），女，工程師，學(xué)士，研究方向?yàn)檗r(nóng)產(chǎn)品中重金屬檢測。E-mail：xuping1213@163.com