食品中As、Hg痕量分析原子熒光法質(zhì)量控制簡(jiǎn)析

Discussion on the trace determination oftotal Arsenic and Hydrargyrum by atomic fluorescence spectrophotometry

張　敏*王蓉珍（山西省分析科學(xué)研究院，山西太原　030006）

*張敏，女，1982年出生，2009年畢業(yè)于山西大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)，碩士，工程師。

食品中As、Hg痕量分析原子熒光法質(zhì)量控制簡(jiǎn)析

Discussion on the trace determination oftotal Arsenic and Hydrargyrum by atomic fluorescence spectrophotometry

張敏*王蓉珍
（山西省分析科學(xué)研究院，山西太原030006）

*張敏，女，1982年出生，2009年畢業(yè)于山西大學(xué)無(wú)機(jī)化學(xué)專業(yè)，碩士，工程師。

近年來(lái)接連發(fā)生的食品重金屬污染事件引發(fā)社會(huì)廣泛關(guān)注。《國(guó)家食品安全監(jiān)管體系“十二五”規(guī)劃》將食品安全監(jiān)測(cè)點(diǎn)和樣本量擴(kuò)大，覆蓋全部縣級(jí)行政區(qū)域。因此，建立可靠的檢測(cè)方法并對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量控制顯得尤為重要。

As在自然界以砷酸鹽、亞砷酸鹽、單甲基砷酸、二甲基砷酸、砷甜菜堿、砷膽堿等多種化合物形態(tài)存在。食品中的As以無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷2種形態(tài)存在，以無(wú)機(jī)態(tài)As毒性較大，食品領(lǐng)域As已列為必檢項(xiàng)目。

Hg又稱水銀，是一種有毒的重金屬元素，可在水、空氣和土壤中遷移，并通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，在肝、腎、腦等器官組織中富集，毒性與其存在形態(tài)密切相關(guān)。甲基汞是有機(jī)汞中毒性最強(qiáng)的化合物，它易于穿透生物膜被人體吸收。無(wú)機(jī)汞毒性相對(duì)較低，但在水生系統(tǒng)中可以通過(guò)生物和非生物的甲基化作用轉(zhuǎn)化為甲基汞化合物，直接對(duì)人類構(gòu)成威脅。食品一旦被汞污染，就很難徹底除凈。我國(guó)把Hg列為“第一類污染物”。

氫化物發(fā)生-原子熒光分析技術(shù)作為一種超痕量分析技術(shù)，廣泛應(yīng)用于食品中As、Hg等重金屬的檢測(cè)。目前，食品中重金屬痕量分析發(fā)展方向是快速、高效、低耗、低污染、微型化、自動(dòng)化。本文對(duì)檢測(cè)過(guò)程需要但容易忽視的質(zhì)量控制因素進(jìn)行了簡(jiǎn)析。

1　試驗(yàn)空白值的控制

食品中微量元素測(cè)定的準(zhǔn)確性，一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)是對(duì)試驗(yàn)空白值的控制。原子熒光光譜法靈敏度高，應(yīng)控制試驗(yàn)用純水、試劑及器皿。試驗(yàn)純水電阻值應(yīng)在18 MΩ以上，制備的純水應(yīng)盡快使用，以免吸收空氣中不揮發(fā)組分和灰塵，使純水質(zhì)量達(dá)不到要求，空白信號(hào)值難以控制。試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)多使用聚四氟乙烯、聚乙烯等儲(chǔ)存待測(cè)溶液和試劑，少使用玻璃器皿。對(duì)于測(cè)量含量較低的重金屬元素，如Hg，應(yīng)嚴(yán)防器皿污染，玻璃器皿清洗不干凈極易引起空白值的增高和波動(dòng)；待測(cè)液應(yīng)盡可能密閉，少轉(zhuǎn)移，少添加各種試劑和助劑；對(duì)原子熒光法，酸液和還原劑的純度為優(yōu)級(jí)純。梁旭霞等針對(duì)15種元分析了7個(gè)廠家多批次有機(jī)純硝酸，發(fā)現(xiàn)有不同程度的金屬雜質(zhì)，故使用前應(yīng)對(duì)酸進(jìn)行空白檢驗(yàn)，待空白值穩(wěn)定時(shí)方可使用。測(cè)定同一批樣品，中途不能更換其他廠家或批號(hào)的酸液，對(duì)不合格酸應(yīng)進(jìn)行重蒸餾。

此外，消解方法的選擇對(duì)樣品空白的控制也極為關(guān)鍵，根據(jù)元素特性、檢測(cè)目的及樣品空白大小選擇合適消解方法。微波消解用酸少，元素不易損失，空白值較低，適用Hg的檢測(cè)。濕法消解耗酸較多，產(chǎn)生大量有害氣體，易導(dǎo)致空白值偏高。干灰化法耗酸較少，但回收率較低，不建議用于Hg、As等易損失元素的檢測(cè)，也不適用與其周圍的無(wú)機(jī)物反應(yīng)而轉(zhuǎn)變?yōu)橐讚]發(fā)性化合物的元素，如Pb、Cd、Cu。除此之外，檢測(cè)人員自身的化妝品、灰塵、油脂等也可能玷污樣品，導(dǎo)致空白值升高。

2　樣品前處理

樣品消解是食品中重金屬痕量分析最關(guān)鍵的步驟，所需時(shí)間最長(zhǎng)，直接關(guān)系分析方法的優(yōu)劣。樣品消解目的是消除基體干擾、濃縮待測(cè)組分，使樣品滿足分析要求，對(duì)消解過(guò)程的要求是高效、簡(jiǎn)單，降低外來(lái)污染和被測(cè)物損失，避免空白值增大或不穩(wěn)定。

As（III）具有較高的蒸汽發(fā)生效率，而其他形態(tài)的As蒸汽發(fā)生效率基本為零，在靈敏度上有很大差異。因此，需要對(duì)樣品進(jìn)行消解處理，去除有機(jī)質(zhì)，使樣品中所有As形態(tài)全部轉(zhuǎn)化為溶液狀態(tài)無(wú)機(jī)態(tài)As。測(cè)無(wú)機(jī)As將樣品粉碎過(guò)80目篩，用HCl（1+1）保溫提取，防粘壁，常振搖，至酸全部溶解樣品，并添加正辛醇作為消泡劑。測(cè)總As常用硝酸：高氯酸（4:1）濕法消解，消解至高氯酸冒白煙但不可碳化，溶液變黃可多次補(bǔ)加消酸，直至消解液顏色接近無(wú)色為止。樣品分解過(guò)程中要嚴(yán)格控制，以防As以低價(jià)氯化物形式損失；樣品處理時(shí)，要將氧化性酸或具有氧化活性的離子趕盡，以防與起還原作用的硫脲和抗壞血酸反應(yīng)，不能使砷有效還原。

原子熒光法測(cè)定總As，對(duì)于富含有機(jī)As的樣品，如水產(chǎn)品，用硝酸-硫酸-高氯酸濕法消解才能準(zhǔn)確測(cè)定樣品中總As，硫酸的加入是必要的，硫酸可提高消化溫度，徹底破壞有機(jī)As化合物，使測(cè)定結(jié)果更準(zhǔn)確，但此法所需時(shí)間較長(zhǎng)。對(duì)于小麥粉、蔬菜粉等以無(wú)機(jī)As形態(tài)為主的樣品，消解要把各種形態(tài)的As轉(zhuǎn)變?yōu)榭蓽y(cè)定的無(wú)機(jī)As，而As形態(tài)中的二甲基砷、砷甜菜堿和三甲基胂氧即使在熱硝酸中仍比較穩(wěn)定。研究發(fā)現(xiàn)二甲基砷酸鹽在硝酸中207℃才開(kāi)始分解，260℃左右才完全分解為無(wú)機(jī)As。砷甜菜堿200℃左右完全分解，而分解的中間產(chǎn)物三甲基胂氧卻是一種很難分解的砷化物，需在300℃硝酸環(huán)境下保持1.5 h才能完全分解。

原子熒光分析Hg靈敏度很高，分析過(guò)程中尤其注意揮發(fā)損失和污染問(wèn)題。利用濕法消解測(cè)定樣品中總Hg，高溫消解易造成Hg的揮發(fā)。微波消解適用于食品中總Hg、Al本底以及Pb、Cd、Cr、Cu等元素的測(cè)定，不適用于富含有機(jī)As食品中總As的測(cè)定。針對(duì)傳統(tǒng)微波消解系統(tǒng)的不足，超級(jí)微波化學(xué)平臺(tái)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。該平臺(tái)適用SPC單反應(yīng)室微波消解技術(shù)，加上其預(yù)加壓技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了超高壓、超高溫、超大量和超高通批量處理。

3　檢測(cè)條件控制

3.1酸度和還原劑濃度的選擇

若樣品基體簡(jiǎn)單，則在分析過(guò)程中在各元素允

許酸度范圍內(nèi)選擇較低的酸濃度，這樣有利于降低試劑空白，節(jié)約成本及減小對(duì)儀器的腐蝕。若分析元素的成份復(fù)雜，特別是含有對(duì)氫化反應(yīng)構(gòu)成干擾的元素Cu、Co、Ni等時(shí)，則適當(dāng)增大樣品酸度，有利于降低干擾。試驗(yàn)表明，當(dāng)HCl體積濃度在2%~20%，砷汞的熒光強(qiáng)度變化不大，但體積濃度低于2%時(shí)，熒光強(qiáng)度顯著降低，故選擇酸度為5%。

還原劑KBH4或NaBH4在氫化物發(fā)生原子熒光分析中扮演三重角色：作為還原劑發(fā)生氫化反應(yīng)提供新生態(tài)氫（H）；與酸反應(yīng)生成氫氣，在石英爐原子化器出口形成Ar- H2- O2浸入焰，另外提供原子化階段的能量；提供充分的氫自由基，促使氫化物的原子化。如果在測(cè)定過(guò)程中選擇還原劑的濃度太低，則還原反應(yīng)不完全，測(cè)定靈敏度低，甚至無(wú)靈敏度；如果還原劑濃度太大，則生成大量H2，爐口的火焰很大，稀釋了原子化區(qū)的分析元素原子的濃度，使測(cè)定靈敏度下降。

As在KBH4或NaBH4質(zhì)量濃度大于1%時(shí)有比較高的熒光強(qiáng)度，而Hg則在KBH4或NaBH4質(zhì)量濃度低（0.005%~0.200%）時(shí)熒光強(qiáng)度比較高，這是由于Hg并不生成氫化物，而As需要生成氣態(tài)的氫化物才能被帶入原子化器。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，選擇質(zhì)量濃度2%的KBH4或NaBH4（質(zhì)量濃度0.2%的NaOH為介質(zhì)），用硫脲10 g/L或硫脲+Vc10 g/L有效屏蔽干擾離子，能同時(shí)滿足測(cè)定砷汞的需要。還原劑最好能夠現(xiàn)用現(xiàn)配，避光保存。

3.2儀器條件控制

在一定條件下，熒光強(qiáng)度與激發(fā)光源的輻射強(qiáng)度成正比。影響光源輻射強(qiáng)度的主要因素是工作電流，燈電流越大，輻射強(qiáng)度越大，但相應(yīng)的燈壽命會(huì)大大縮短，尤其是一些易揮發(fā)元素熔點(diǎn)低，過(guò)大的燈電流會(huì)導(dǎo)致陰極濺射甚至熔化變形無(wú)法使用，因此原子熒光一般采用短脈沖大電流的供電方式。短脈沖大電流的供電方式可以提高峰值的原子熒光強(qiáng)度，提高信噪比，并且能顯著延長(zhǎng)燈的壽命。

一般元素?zé)糇畲箢~定電流是15 mA~20 mA，Hg為8 mA。元素?zé)魰?huì)存在一個(gè)臨界電流峰值，超過(guò)這個(gè)電流，燈的使用壽命會(huì)縮短的較快，因此在使用時(shí)盡量不要超過(guò)臨界電流峰值，一般As、Sb、Bi、Se不宜超過(guò)100 mA，Hg不宜超過(guò)50 mA。試驗(yàn)表明，食品中As、Hg同測(cè)時(shí)，燈電流As為50 mA~60 mA，Hg為30 mA左右，負(fù)高壓為270 V~280 V，爐高9 mm。

爐高是熒光的激發(fā)點(diǎn)到石英爐頂端的距離。爐高太高，由于石英爐的折射和火焰根部的反射作用，使測(cè)定噪音增大，信噪比下降；爐高太低，激發(fā)區(qū)在火焰的頂部，測(cè)定精密度和靈敏度下降。通常情況下選擇觀測(cè)高度為6 mm~8 mm，Hg元素通常為8 mm~10 mm。

3.3載氣流速和屏蔽氣流速的選擇

通常以高純Ar氣作為載氣，主要作用是將產(chǎn)生的氣態(tài)氫化物或冷原子帶入原子化器。載氣流速太小，會(huì)使氫化物在傳輸過(guò)程中發(fā)生吸附、分解等現(xiàn)象而導(dǎo)致測(cè)定靈敏度下降；載氣流速太大，則會(huì)將分析元素的原子迅速帶出原子化器，沖稀了原子化區(qū)的原子濃度，使測(cè)定靈敏度下降。其中As、Sb的最佳載氣流速為200 mL/min~400 mL/min；Cd為600 mL/min~800 mL/min；Se、Te、Hg等其他元素為300 mL/min~500 mL/min。

通常以高純Ar氣作為屏蔽氣，主要作用是在原子化區(qū)將周圍的空氣隔離，降低原子熒光猝滅現(xiàn)象。屏蔽載氣流速太小，熒光猝滅效應(yīng)顯著，測(cè)定靈敏度下降；屏蔽氣流速太大，沖稀了原子化區(qū)的原子濃度，使測(cè)定靈敏度下降。

3.4定量測(cè)定依據(jù)

標(biāo)準(zhǔn)曲線線性方程的實(shí)現(xiàn)需要注意兩點(diǎn)：一是固定試驗(yàn)條件，即在試驗(yàn)條件相同的情況下；二是在低濃度時(shí)成線性，即熒光強(qiáng)度與被測(cè)物濃度成正比。根據(jù)待測(cè)樣品特點(diǎn)估計(jì)含待測(cè)元素濃度大小，選擇合適濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，配置標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)選擇合適的最大濃度點(diǎn)，盡量使待測(cè)元素信號(hào)位于標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間部分。一般，在選定的條件下，不同時(shí)間內(nèi)進(jìn)行測(cè)定，食品中As和Hg的含量分別在0 μg/L~10 μg/L和0 μg/L~1 μg/L內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)大于0.999。

4　結(jié)語(yǔ)與展望

綜上所述，不同樣品檢測(cè)目標(biāo)物質(zhì)所含元素形態(tài)和基質(zhì)成分不同，不同的前處理方法直接影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性。通過(guò)試驗(yàn)，氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定食品中As和Hg，在檢測(cè)過(guò)程中必須同時(shí)采用空白檢測(cè)、質(zhì)控樣品檢測(cè)的質(zhì)量?jī)?nèi)控手段，抓住檢測(cè)過(guò)程的主要關(guān)鍵控制點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)較好的質(zhì)量控制，得到滿意的檢測(cè)結(jié)果。

我國(guó)的氫化物發(fā)生原子光譜分析水平處于國(guó)際領(lǐng)先地位，該技術(shù)檢測(cè)As、Hg具有精確、靈敏、干擾小、成本低等優(yōu)點(diǎn)，但現(xiàn)行的樣品處理仍存在耗時(shí)長(zhǎng)、消解不完全等問(wèn)題，尚需進(jìn)一步完善。

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ZHANGMin* WANGRongzhen
（Shanxi province analytical science institute，Taiyuan，Shanxi 030006，China）

摘要食品中重金屬污染嚴(yán)重影響人體健康，其中As、Hg等重金屬檢測(cè)是食品安全檢測(cè)中的重要項(xiàng)目。通過(guò)對(duì)食品中As、Hg痕量分析原子熒光法（AFS）測(cè)定過(guò)程中的重要控制因素進(jìn)行分析探討，包括樣品空白值控制、樣品前處理、檢測(cè)條件控制，以期使得原子熒光光譜法對(duì)食品中As、Hg痕量分析結(jié)果得到更好地控制。

關(guān)鍵詞原子熒光；痕量分析；As；Hg

AbstractHeavy metal pollutions in food seriously affected human health. The detection of heavy metals such as As, Hg is an important item in food safety test. This paper discussed some important factors influencing the trace determination of total(As)and hydrargyrum(Hg)in samples by atomic fluorescence spectrophotometry(AFS): including the control ofsample blank，sample pretreatment，and the control of test condition, which makes the measurement of total As and Hgbyatomic fluorescence spectrophotometrymore manipulable.

Keywordsatomic fluorescence；trace determination；As；Hg

收稿日期：2014- 12- 02

DOI：10.3969/j.issn.1673- 6044.2015.01.003

文章編號(hào)：1673- 6044（2015）01- 0008- 03

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TS207.5+1