化學(xué)原子化-原子吸收光譜法測(cè)定濃縮梨汁中微量砷

□ 曹　驍　杭州市余杭區(qū)質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測(cè)中心　上官苗苗　杭州市余杭區(qū)食品藥品監(jiān)測(cè)中心

化學(xué)原子化-原子吸收光譜法測(cè)定濃縮梨汁中微量砷

□ 曹驍杭州市余杭區(qū)質(zhì)量計(jì)量監(jiān)測(cè)中心上官苗苗杭州市余杭區(qū)食品藥品監(jiān)測(cè)中心

建立一種化學(xué)原子化—原子吸收光譜法直接測(cè)定微量砷的方法。利用化學(xué)原子化器獨(dú)特的機(jī)理和結(jié)構(gòu)，通過對(duì)介質(zhì)酸度、硼氫化鉀濃度、載氣流速等影響因素的優(yōu)化，可直接測(cè)定濃縮梨汁中的砷。砷的檢出限（3σ）為0.16 μ g/L，回收率98.8%～100.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=7）為0.74～1.29%。本方法具有低檢出限、高靈敏度、快速及干擾小等特點(diǎn)。

化學(xué)原子化器；原子吸收光譜法；砷；濃縮梨汁

砷，俗稱砒，是一種類金屬元素，其廣泛存在于自然環(huán)境中[1]，共有數(shù)百種的砷礦物已被發(fā)現(xiàn)。砷及砷的化合物具有較高的生物毒性，可引起血液中砷中毒和糖尿病[2]，引發(fā)惡性腫瘤、腎臟功能紊亂和肝硬化等健康問題[3-4]，已被世界衛(wèi)生組織列為A類致癌物[5-6]。大氣沉降、殺蟲劑的使用、化肥污染和水污染能夠?qū)е鹿咧猩榈姆e聚，并通過食物鏈對(duì)人體造成傷害[7-9]。因此，其含量在梨汁飲料中受到嚴(yán)格限制[10]。濃縮梨汁是在梨汁榨成原汁后采用低溫真空濃縮的方法，蒸發(fā)掉一部分水分制成具有梨風(fēng)味特征的粘稠狀制品，是梨汁類飲料的主要原料，因此監(jiān)測(cè)其砷含量對(duì)制造梨汁飲料具有重要意義。

目前，測(cè)定總砷的方法主要有氫化物原子熒光光譜法[11-12]、電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法[13-15]、電感耦合等離子體發(fā)射光譜（ICP-AES）法[16]、懸浮進(jìn)樣-氫化物原子吸收光譜法[17]和氫化物發(fā)生-流動(dòng)注射電熱原子吸收法[18]等。這些方法在對(duì)濃縮梨汁的總砷進(jìn)行測(cè)定時(shí)都需要先對(duì)樣品消化處理，多采用干法灰化[19]、濕法消解[20]、微波消解[21-22]等。這些前處理方法消耗大量高濃度酸，嚴(yán)重污染環(huán)境、且費(fèi)時(shí)費(fèi)力。本研究擬利用化學(xué)原子化器在測(cè)定液體樣品時(shí)無需消化處理，僅對(duì)樣品酸化后便可直接測(cè)定的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)快速、準(zhǔn)確的測(cè)定濃縮梨汁中的總砷含量。其原理是As在HCl介質(zhì)中被新生態(tài)氫逐漸還原成共價(jià)型化合物AsH3，這一化合物在幾百攝氏度下被原子化后，用原子吸收光度計(jì)極易進(jìn)行分析檢測(cè)。該方法試劑用量少，干擾影響小，降低分析成本，提高分析速度。

1　材料與方法

1.1材料與試劑

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/ mL）國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心；鹽酸（GR）、氫氧化鉀（GR）國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硼氫化鉀（≥98.5%），上海凌峰化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸（AR），廣東省化學(xué)試劑工程技術(shù)研究開發(fā)中心；硫脲，南京化學(xué)試劑有限公司；實(shí)驗(yàn)用水：一級(jí)水；濃縮梨汁（含糖量約70%）。

1.2儀器和設(shè)備

AA 700原子吸收光度計(jì)、N3050605砷元素?zé)o極放電燈，珀金埃爾默儀器（上海）有限公司；MCA-202微型化學(xué)原子化器（專利號(hào)：ZL200420084256.7）；CASCADA IX MK2超純水裝置 美國(guó)PALL公司。

1.3方法

1.3.1試劑配制

砷標(biāo)準(zhǔn)使用液（100 μ g/L）：使用砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 μg/ mL）逐級(jí)稀釋至標(biāo)準(zhǔn)使用液（100 μ g/L）100 mL，并用10%的鹽酸定容，備用。

硼氫化鉀溶液：稱取硼氫化鉀配制成濃度分別為5、10、15、20、25、30 g/L和35 g/L的溶液各50 mL，各溶液中加入0.25 g氫氧化鉀，混勻，現(xiàn)配先用。

硫脲+抗壞血酸溶液：稱取5.0 g硫脲，加入40 mL水加熱溶解，待冷卻后加入5.0 g抗壞血酸，稀釋至50 mL，現(xiàn)配先用。

1.3.2標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

分別吸取0、0.125、0.25、0.5、0.75、1.00 mL和1.25 mL砷標(biāo)準(zhǔn)使用液(100μg/L)于25 mL容量瓶中，各加入2 mL硫脲+抗壞血酸溶液，用10%鹽酸定容，搖勻靜置30 min，即為0.0、0.5、1.0、2.0、3.0、4.0 μg/L和5.0 μg/L濃度的砷系列標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.3.3樣品前處理

準(zhǔn)確吸取2.5 mL濃縮梨汁至25 mL容量瓶中，加入2 mL硫脲+抗壞血酸溶液，用10%鹽酸定容，搖勻靜置30 min，待測(cè)。

1.3.4儀器條件

將AA700原子吸收光度計(jì)測(cè)定方式設(shè)置成MHS模式，設(shè)定下列儀器條件：砷元素?zé)o極放電燈電流：400 mA；波長(zhǎng)選擇：193.7 nm；狹縫：2.0 H；積分方式：峰面積法；積分時(shí)間：15 s；延遲時(shí)間：2 s；BOT時(shí)間：2 s；燃?xì)饬髁浚阂胰?.0 L/min；助燃?xì)饬髁浚嚎諝?.0 L/min。

2　結(jié)果與分析

2.1實(shí)驗(yàn)條件優(yōu)化

2.1.1介質(zhì)酸度的影響

介質(zhì)的酸度對(duì)氫化物發(fā)生效率產(chǎn)生重要的影響，考慮到 As(v) 在鹽酸中更易還原，實(shí)驗(yàn)選擇鹽酸進(jìn)行介質(zhì)酸度的影響測(cè)定。以5 μg/L As標(biāo)準(zhǔn)溶液為對(duì)象，用過量的硼氫化鉀溶液（50 g/L）作載體，試驗(yàn)了As在不同體積分?jǐn)?shù)(1%～15%)的鹽酸溶液中的吸光度。結(jié)果表明，體積分?jǐn)?shù)在5%以下，吸光度不理想，特別是在1%左右時(shí)，基本沒有吸光度；體積分?jǐn)?shù)在5%～10%時(shí)，吸光度隨酸度增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，體積分?jǐn)?shù)在10%～15%時(shí)，吸光度隨酸度增長(zhǎng)呈緩慢上升趨勢(shì)；綜合考慮，本研究選取體積分?jǐn)?shù)為10%的HCl進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。結(jié)果如圖1所示。

圖1　鹽酸溶液體積分?jǐn)?shù)對(duì)吸光度的影響

圖2　KBH4濃度對(duì)吸光度的影響

圖3　氬氣流速對(duì)吸光度的影響

2.1.2KBH4濃度的影響

KBH4作為還原劑在本試驗(yàn)中起到非常重要的作用，其濃度直接影響AsH3生成速度。以5 μg/L As標(biāo)準(zhǔn)溶液為對(duì)象，改變KBH4濃度，砷的吸光度也隨之發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)表明，隨著KBH4濃度的增大，砷的吸光度也隨之增大，當(dāng)KBH4濃度達(dá)到20 g/L后，吸光度趨于穩(wěn)定。實(shí)際工作中，因?yàn)闃悠匪岫却?，?dāng)KBH4濃度過大時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，造成信號(hào)不穩(wěn)定。當(dāng)KBH4濃度達(dá)到25 g/L后，吸光度、穩(wěn)定性都會(huì)略有下降。本研究最終選擇KBH4濃度為20 g/L。結(jié)果如圖2所示。

2.1.3載氣流速的影響

本法采用氬氣作為載氣，載氣的流速太小，則不易將AsH3快速帶入原子化器內(nèi)，無法檢測(cè)到信號(hào)。載氣的流速太大，則會(huì)對(duì)AsH3的信號(hào)產(chǎn)生干擾，使信號(hào)減弱。本研究以5 μg/L As標(biāo)準(zhǔn)溶液為對(duì)象，在確定其他最優(yōu)條件（HCl濃度10%，KBH4濃度20 g/L）后，試驗(yàn)氬氣流速在400～1 400 mL/min吸光度的變化情況。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)載氣流量在600～1 000 mL/min時(shí)，吸光度基本穩(wěn)定。當(dāng)流量大于1 000 mL/ min時(shí)，其吸光度開始逐漸下降。本研究最終選擇氬氣流速為800 mL/min。結(jié)果如圖3所示。

2.2干擾實(shí)驗(yàn)

在上述最佳測(cè)定條件下（HCl濃度10%，KBH4濃度20 g/L，載氣流速800 mL/min），向25 mL 5.0 μg/L As標(biāo)準(zhǔn)溶液內(nèi)分別加入可能的干擾離子進(jìn)行試驗(yàn)，以吸光度變化超過5%視為有干擾。結(jié)果表明，下列元素在實(shí)驗(yàn)的濃度范圍內(nèi)對(duì)As的檢測(cè)不產(chǎn)生影響：100 μg的 Fe、Zn、Hg；50 μg的Pb、Cu?？紤]到實(shí)際樣品中共存元素的含量，可以認(rèn)為常見離子對(duì)該試驗(yàn)方法測(cè)定總砷無干擾。

2.3線性關(guān)系、檢出限與精密度

在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，測(cè)定了0～5.0 μg/L的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，以測(cè)定3次吸光度的平均值為縱坐標(biāo)，砷標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為橫坐標(biāo)，建立相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)曲線，其回歸方程為：y=0.055 1x+0.006 0，r=0.999 4，結(jié)果見圖4。對(duì)試驗(yàn)空白溶液進(jìn)行連續(xù)11次測(cè)定，用3倍空白標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率計(jì)算本方法的檢出限(3σ)為0.16 μg/L，證明該方法的檢出限非常低。在最佳實(shí)驗(yàn)條件下，連續(xù)測(cè)定2.0、3.0、4.0 μg/L砷標(biāo)準(zhǔn)溶液各7次，結(jié)果可見表1，計(jì)算該方法的精密度（RSD）為：0.74%～1.29%。

2.4樣品測(cè)定與回收率

對(duì)樣品經(jīng)前處理后進(jìn)行連續(xù)測(cè)定3次，取平均值測(cè)得該濃縮梨汁中總砷含量為12.4 μg/L，該方法實(shí)驗(yàn)過程中只涉及到取樣與定容，未對(duì)樣品進(jìn)行復(fù)雜前處理，因此該方法的加標(biāo)回收率極高，為98.8%～100.8%。結(jié)果見表2。

3　討論

用化學(xué)原子化—原子吸收光譜法測(cè)定濃縮梨汁中微量砷，該方法在鹽酸濃度為10%，硼氫化鉀濃度為20 g/L，載氣流速800 mL/min條件下，具有良好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。該方法測(cè)定總砷的檢出限（3σ）為0.16 μg/L，回收率為98.8%～100.8%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=7）為0.74%～1.29%，具有低檢出限、高靈敏度、無需前處理及無背景干擾等特點(diǎn)。對(duì)于檢測(cè)液體樣品中微量砷具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，值得推廣運(yùn)用。

圖4　0～5.0 μg/L砷標(biāo)準(zhǔn)曲線

表1　精密度測(cè)試

表2　樣品測(cè)定與回收率

［1］Duker AA， Carranza EJM， Hale M. Arsenic geochemistry and health［J］.Environ Intt，2005（31）：631-641.

［2］Guha-mazumder DN. Chronic arsenic toxicity & human health［J］.Indian J Med Res，2008（128）：436-447.

［3］Kapaj S， Peterson H， Liber K，et al. Human health effects from chronic arsenic poisoning a review［J］.Journal of Environmental Science and Health Part A，2006，41（10）：2399-2428.

［4］World Health Organization（WHO）.Task Group on Environmental Health Criteria for Arsenic： Arsenic［R］.Geneva：WHO，1981.

［5］Environmental Protection Agency（EPA）.National primary drinking water regulations， arsenic and clarifications to compliance and new source contaminants monitoring［R］.Washington DC：EPA，2001.

［6］World Health Organization（WHO）. IARC monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans［R］. Geneva：WHO，1980.

［7］Chojnacka K，Chojnacki A，Górecka H，et al.Bioavailability of heavy metals from polluted soils to plants［J］.Science of the Total Environment，2005，337（1）：175-182.

［8］Mantovi P，Bonazzi G，Maestri E，et al.Accumulation of copper and zinc from liquid manure in agricultural soils and crop plants［J］.Plant and soil，2003，250（2）：249-257.

［9］Raghunath R，Tripathi RM，Suseela B，et al.Dietary intake of metals by Mumbai adult population［J］.Science of the total environment，2006，356（1）：62-68.

［10］中華人民共和國(guó)衛(wèi)生部.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限（GB 2762-2012）［S］.北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

［11］林淼，趙志輝，韓薇，等.氫化物原子熒光光譜法測(cè)定飼料中的砷［J］.中國(guó)飼料，2014（15）：21-22.

［12］高向陽，韓帥，王瑩瑩，等.微波消解-氫化物原子熒光光譜法同時(shí)測(cè)定賊小豆中的砷、硒、銻［J］.食品科學(xué)，2013，34（10）：215-218.

［13］斯 文，錢 翠珠，林 墾，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定煙用接裝紙中砷時(shí)內(nèi)標(biāo)法和標(biāo)準(zhǔn)加入法的比較［J］.理化檢驗(yàn)：化學(xué)分冊(cè)，2015，51（11）：1552-1556.

［14］Li X，Xie K，Yue B，et al.Inorganic arsenic contamination of rice from Chinese major rice-producing areas and exposure assessment in Chinese population［J］.Science China Chemist ry，2015，58（12）：1898-1905.

［15］戴騏，吳艷燕，張偉，等.電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定動(dòng)植物源食品中有害元素鉛、砷、鎘、汞、銅的含量［J］.食品科技，2009，34（12）：315-317.

［16］郅富國(guó)，王煒.電感耦合等離子體發(fā)射光譜發(fā)測(cè)定金砷靶材中砷量［J］.分析儀器，2014（4）：15-18.

［17］劉曉莉.懸浮進(jìn)樣-氫化物發(fā)生原子吸收法用于微量砷的形態(tài)分析［D］.保定：河北大學(xué)，2009.

［18］楊毅，陳麗春.氫化物發(fā)生—流動(dòng)注射電熱原子吸收法測(cè)定電解鋅溶液中的微量砷、銻［J］.云南化工，1998（2）：55-56.

［19］路穎.灰化-氫化物-原子熒光法同時(shí)測(cè)定牛奶中的砷和銻［J］.化工中間體，2015，11（7）：154-156.

［20］方南娟，梅肖樂.濕法消解-原子熒光光譜法測(cè)定海洋生物體中的砷［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2012（21）：243.

［21］鄭建珍.微波消解-原子熒光法同時(shí)測(cè)定高糖食品中的砷和汞［J］.浙江預(yù)防醫(yī)學(xué)，2015，27（11）：1187-1189.

［22］陳素軍，王玉江，牛曉梅.少量酸微波消解-AFS法測(cè)定禽蛋中砷和汞［J］.國(guó)際檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)雜志，2015，36（15）：2160-2161.