利用原子熒光光譜法測定生鮮乳中總砷的方法探討

雒亞璇，楊坤，李宏，趙彩會(huì)(.農(nóng)業(yè)部飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（西安）,西安 7006；.陜西秦云農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測有限公司，渭南 74099)

利用原子熒光光譜法測定生鮮乳中總砷的方法探討

雒亞璇1，楊坤2，李宏1，趙彩會(huì)1
(1.農(nóng)業(yè)部飼料質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（西安）,西安 710016；2.陜西秦云農(nóng)產(chǎn)品檢驗(yàn)檢測有限公司，渭南 714099)

本試驗(yàn)以食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中砷的測定方法（GB/T5009.11-2014）為基礎(chǔ)，采用密閉式壓力消解罐對(duì)生鮮乳進(jìn)行消化處理，使用原子熒光光譜儀對(duì)生鮮乳中的砷含量進(jìn)行了測定。試驗(yàn)探討了食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中總砷的測定方法，并對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)、優(yōu)化和驗(yàn)證。結(jié)果表明：改進(jìn)后的方法靈敏度大幅提高，檢出限達(dá)到0.004mg/kg、精密度的RSD值為0.98%、回收率達(dá)到100.7%，相比原方法，新方法靈敏度高、精密度好、回收率高，省時(shí)省力，操作簡單，便于推廣和使用。

生鮮乳；砷；測定；方法

生鮮乳是嬰幼兒乳粉和普通乳粉的初級(jí)原料，其質(zhì)量安全直接影響人體健康。奶牛若長期食用含砷較高的飼料或長期飲用砷超標(biāo)的水源，就會(huì)導(dǎo)致生乳中重金屬砷殘留。砷主要通過飲水和食物經(jīng)過消化道進(jìn)入人體[1]。人若長期飲用含重金屬砷殘留的牛奶，砷就會(huì)在體內(nèi)沉積，引起急性或慢性砷中毒[2]，從而傷及神經(jīng)系統(tǒng)，刺激造血器官，嚴(yán)重的甚至致癌。

對(duì)于生鮮乳中砷的測定，我國目前應(yīng)用的是《食品中總砷及無機(jī)砷的測定》（GB/T5009.11-2014），并沒有專門的針對(duì)生鮮乳中砷的檢測方法。本文以食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中砷的原子熒光光譜法為方法學(xué)基礎(chǔ)和研究對(duì)象，并對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)和優(yōu)化，研究和探討了采用密閉性壓力容器對(duì)生鮮乳進(jìn)行加熱消化處理，利用原子熒光光譜法測定生鮮乳中總砷的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)原理

生鮮乳樣品中的砷經(jīng)酸消化處理后，加入硫脲使五價(jià)砷還原為三價(jià)砷，在酸性介質(zhì)中，以硼氫化鉀體系作為還原劑，由氬氣作為載氣將三價(jià)砷導(dǎo)入石英原子器中分解為原子態(tài)砷。以砷的特種空心陰極燈作為激發(fā)光源，砷原子受到激發(fā)光的輻射而產(chǎn)生電子能級(jí)躍遷，基態(tài)的砷被激發(fā)至高能態(tài)，當(dāng)高能態(tài)的砷回到基態(tài)時(shí)，發(fā)射出特征性波長的熒光，在一定特征濃度范圍內(nèi)，熒光強(qiáng)度與試樣中砷的含量成正比，經(jīng)與標(biāo)準(zhǔn)系列進(jìn)行比較即可定量[3]。

1.2 試驗(yàn)材料

1.2.1 試劑及溶液

濃硝酸（優(yōu)級(jí)純）、過氧化氫（分析純）、硼氫化鉀（優(yōu)級(jí)純）、氫氧化鉀（分析純）、硫脲（分析純）、抗壞血酸（分析純）。

0.5 %氫氧化鉀+2%硼氫化鉀溶液：稱取5.0g氫氧化鉀，溶于水并稀釋至1 000mL，再加入20.0g硼氫化鉀，混勻；現(xiàn)用現(xiàn)配。

10%硫脲+10%抗壞血酸溶液：稱取10.0g硫脲，加入80mL水，加熱溶解，待冷卻后加入10.0g抗壞血酸，稀釋至100mL；現(xiàn)用現(xiàn)配。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100μg/mL）：準(zhǔn)確移取1mg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)液10mL至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸餾水定容至刻度后，混勻。

砷標(biāo)準(zhǔn)中間工作液: 準(zhǔn)確移取100μg/mL砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液10mL，加入2mL硝酸，用蒸餾水定容至刻度后，混勻，濃度為10μg/mL。再準(zhǔn)確吸取10mL濃度為10μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)中間工作液，至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸餾水定容至刻度后，混勻。

砷標(biāo)準(zhǔn)工作液（100ng/mL）：準(zhǔn)確吸取砷標(biāo)準(zhǔn)中間液（1μg/mL）10mL至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸餾水定容至刻度后，混勻。

1.2.3 儀器和設(shè)備

SK-盛析原子熒光光譜儀、砷空心陰極燈、天平（0.0001g）、恒溫干燥箱、壓力消解罐（50mL）。

玻璃器皿和壓力消解罐的白色內(nèi)膽瓶以20%的硝酸溶液浸泡24h，用水反復(fù)沖洗，最后用去離子水沖洗干凈。

1.3 測定方法與步驟

1.3.1 樣品處理

稱取2.0g（精確到0.0001g）牛奶試樣于50mL壓力消化罐的白色內(nèi)膽瓶中，加入5mL濃硝酸和2mL過氧化氫，蓋好內(nèi)蓋，旋緊不銹鋼外套，靜置過夜或冷消化12h后，置于130℃烘箱中保持4h進(jìn)行高壓消化。取出自然冷卻至室溫，然后緩慢旋松不銹鋼外套，將白色內(nèi)膽瓶取出，用少量蒸餾水反復(fù)沖洗內(nèi)膽瓶，然后將沖洗液轉(zhuǎn)移至100mL容量瓶中，加水至2/3處，搖勻，再加入10%硫脲+10%抗壞血酸溶液10mL，輕輕搖勻，使硫脲、樣品、酸充分反應(yīng)，最后用蒸餾水定容至刻度線，混勻，靜置30min，待測。同時(shí)做空白試驗(yàn)。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

準(zhǔn)確吸取100ng/mL砷的標(biāo)準(zhǔn)使用液0mL、0.50mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、8.0mL于50mL容量瓶中，分別加入硝酸2.5mL（5%的硝酸體系），加水至約2/3處，搖勻，再加入10% 硫脲+10%抗壞血酸溶液5.0mL，搖勻補(bǔ)水定容至刻度線，混勻后放置30min后測定。砷標(biāo)準(zhǔn)曲線系列濃度為0.00ng/ mL、1.00ng/mL、2.00ng/mL、4.00ng/mL、6.00ng/ mL、8.00ng/mL、16.00ng/mL。

1.3.3 儀器測試條件

砷參數(shù)調(diào)節(jié)：不同型號(hào)儀器的最佳參數(shù)不同，測試前需將儀器調(diào)至最佳狀態(tài)。北京金索坤公司SK-盛析型原子熒光光譜儀測試參數(shù)為：①燈電流：80mA；②負(fù)高壓：300V；積分時(shí)間：3S；泵速：100r/min；主氣：600mL/min；輔氣：800mL/min。

1.3.4 樣品測定

儀器預(yù)熱30min后，以2%硼氫化鉀+0.5%氫氧化鉀溶液為還原劑，以5%的硝酸為反應(yīng)介質(zhì)，連續(xù)用0.00ng/mL標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)樣，待讀數(shù)穩(wěn)定后依次測定標(biāo)準(zhǔn)系列曲線和樣品的熒光強(qiáng)度，以砷濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，求出樣品溶液中砷的含量。

1.3.5 結(jié)果計(jì)算

計(jì)算公式 x=(N×V×c)/(1000×m)

式中：m——稱取牛奶樣品的質(zhì)量（g）；

C——按照曲線計(jì)算出測試溶液中砷的濃度（ng/ mL）；

V——樣品消化后溶液的總體積（mL）；

X——樣品中砷的含量（mg/kg）；

N——稀釋倍數(shù)。

每個(gè)試樣取兩個(gè)平行樣，以算術(shù)平均值為結(jié)果，結(jié)果表示兩位有效數(shù)字。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與線性范圍

以曲線系列的濃度調(diào)整好儀器，上機(jī)測定，其熒光值分別為：52.3、200.2、330.4、612.2、875.5、1134.7、2264.5，并以標(biāo)液濃度為橫坐標(biāo)，熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線（圖1）。

由圖1可以看出，砷標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度在0～16ng/mL范圍內(nèi)線性良好，相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.999，滿足試驗(yàn)要求。

圖1 砷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 檢出限和精密度試驗(yàn)

由圖1可以看出，曲線方程為y=137.58x+54.20，經(jīng)連續(xù)測定砷空白溶液11次，其熒光值分別為：53.0、51.9、52.0、53.4、52.8、52.4、52.8、52.9、52.7、53.2、51.9，根據(jù)儀器檢出限為3倍的空白吸光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)曲線方程的k值[4]，則儀器檢出限為砷的儀器檢出限為0.011ng/mL，再按照方法檢出限為儀器檢出限的10倍計(jì)算（方法檢出限為0.004mg/kg），其值小于標(biāo)準(zhǔn)方法檢出限的0.010mg/kg，滿足試驗(yàn)方法要求。

經(jīng)平行測定11次空白標(biāo)準(zhǔn)液，RSD值為0.98%，滿足食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)技術(shù)要求。

2.3 回收率試驗(yàn)

取12個(gè)壓力消解罐，分別吸取2.0mL牛奶至消解罐內(nèi)膽罐，5個(gè)添加200ng砷標(biāo)準(zhǔn)品，5個(gè)添加400ng砷標(biāo)準(zhǔn)品，加入5mL濃硝酸和2mL過氧化氫，靜置過夜，然后在130℃消化4h，自然冷卻，轉(zhuǎn)移到100mL容量瓶中，加入10mL硫脲（10%硫脲+10%抗壞血酸），超純水定容到100mL待測，儀器調(diào)到最佳狀態(tài)，檢測，結(jié)果如表1。

從表1可以看出，空白含量平均值為2.1ng，回收率計(jì)算用測定量減去空白量，除以添加量，結(jié)果顯示，不同添加濃度的砷元素，添加200ng平均回收率為101%，添加400ng平均回收率為100%，總平均回收率為100.7%，回收率良好，符合試驗(yàn)要求。

3 討論

3.1 前處理方法的比較與選擇

國標(biāo)方法[3]中采用干灰化法和濕法消解法兩種前處理方法。干灰化法操作過程簡單，對(duì)有機(jī)物的分解徹底，空白值低，干擾小，但是干灰化法要經(jīng)過干燥、碳化和灰化過程，耗時(shí)較長，而且易導(dǎo)致樣品飛濺、溫度過高，易造成砷元素的損失，同時(shí)坩堝會(huì)對(duì)待測組分有一定的吸留作用，這些因素都會(huì)導(dǎo)致測定結(jié)果和回收率偏低。而濕法消解在消解過程中加入大量的酸，會(huì)使本底值升高，且在加熱消解的過程中溫度不易控制。如溫度過高，由于砷是易揮發(fā)元素，易導(dǎo)致回收率降低；如溫度過低，消解比較緩慢，趕酸的過程會(huì)增加耗時(shí)，且趕酸的終點(diǎn)控制很難掌握。對(duì)于同一批次樣品，趕酸臨近終點(diǎn)時(shí)，因?yàn)轶w積很小，溫度不好控制，容易造成樣品碳化，使砷的含量受到損失。本試驗(yàn)方法是在壓力消解罐中進(jìn)行消解，加入酸量少。使用硝酸消解其氧化性強(qiáng)、沸點(diǎn)低、干擾小；過氧化氫是強(qiáng)的氧化劑，加入過氧化氫后可以破壞牛奶中的有機(jī)脂和蛋白質(zhì)，提高溶解效率，使牛奶的消化更為徹底。本方法由于酸用量少，所以空白值低，且再現(xiàn)性好；消解完成后不用進(jìn)行趕酸，砷元素?fù)p失較小；分解試樣速度快、操作簡便，可同時(shí)進(jìn)行大批量試樣的消化。

3.2 反應(yīng)酸介質(zhì)及其濃度的優(yōu)化與選擇

反應(yīng)酸介質(zhì)及其濃度是氫化物反應(yīng)的一個(gè)重要條件。在進(jìn)行氫化物反應(yīng)時(shí)，必須保持一定的酸度。曲線中的酸介質(zhì)及其濃度應(yīng)該與試樣中保持一致，由于試驗(yàn)中未進(jìn)行趕酸，故選用了硝酸作為反應(yīng)酸介質(zhì)。酸度對(duì)于氫化物反應(yīng)具有很大的影響。酸度過小，氫化物反應(yīng)不完全，且靈敏度低。適當(dāng)?shù)脑黾铀岫瓤梢詼p少過度金屬的干擾，但酸度過大，不僅增加了硼氫化鉀的消耗量，而且又會(huì)使靈敏度降低。所以合適的酸度對(duì)于砷的測定至關(guān)重要。

3.3 硼氫化鉀-氫氧化鉀溶液對(duì)砷測試結(jié)果的影響

硼氫化鉀濃度對(duì)生鮮乳中砷的測定具有很大的影響。當(dāng)濃度太低時(shí)，樣品反應(yīng)不完全；當(dāng)濃度太高時(shí)，由于產(chǎn)生大量的氫氣引起熒光淬滅，從而使反應(yīng)的靈敏度降低[5]。在配制硼氫化鉀溶液時(shí)要選用進(jìn)口或優(yōu)級(jí)純的硼氫化鉀。在配制硼氫化鉀-氫氧化鉀溶液時(shí)，要先稱取氫氧化鉀 ，將氫氧化鉀溶于水后，再將稱好的硼氫化鉀加入氫氧化鉀水溶液中溶解，否則硼氫化鉀一旦溶于水就會(huì)產(chǎn)生氫氣造成損失。硼氫化鉀-氫氧化鉀溶液要現(xiàn)用現(xiàn)配，如果放置時(shí)間長，其還原力下降，會(huì)導(dǎo)致方法靈敏度降低。

表1 砷回收試驗(yàn)結(jié)果

3.4 硫脲和抗壞血酸對(duì)砷測試結(jié)果的影響

原子熒光測定砷時(shí)，加入硫脲可以使五價(jià)砷快速還原成三價(jià)砷，保證了砷的最佳反應(yīng)價(jià)態(tài)為+3價(jià)，提高了砷化物的發(fā)生效率。同時(shí)硫脲和抗壞血酸還具有掩蔽作用。Smith曾系統(tǒng)地研究了氫化物法的干擾，發(fā)現(xiàn)銅、鈷、鎳、鐵等過渡元素對(duì)氫化物的發(fā)生存在較嚴(yán)重的干擾[6]。在砷的測定中，加入硫脲和抗壞血酸對(duì)這些過渡離子具有掩蔽作用，可減少其他離子的干擾。例如硫脲可以掩蔽Cu2+、Co2+、Ni2+等離子，抗壞血酸可以掩蔽Al3+、Ca2+等離子的干擾，抗壞血酸具有抗氧化性，起到一定的穩(wěn)定作用。因抗壞血酸預(yù)熱易分解，所以在配制硫脲+抗壞血酸溶液時(shí)，加熱將硫脲完全溶解后，應(yīng)將溶液放置到室溫后再加入抗壞血酸。標(biāo)準(zhǔn)曲線和試液在加入硫脲和抗壞血酸溶液之前，一定要加入適量的水將待測液中的酸進(jìn)行充分的稀釋，防止硫脲和抗壞血酸溶液與高濃度的酸發(fā)生劇烈反應(yīng)而產(chǎn)生棕色的煙，從而造成砷元素的損失，使測定結(jié)果和回收率偏低，造成試驗(yàn)失敗。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)以《食品中總砷及無機(jī)砷的測定（GB/ T5009.11-2014）》第二法氫化物發(fā)生原子熒光光譜法為方法學(xué)基礎(chǔ)和研究對(duì)象，并對(duì)該方法進(jìn)行了改進(jìn)、優(yōu)化和驗(yàn)證。試驗(yàn)結(jié)果表明： 改進(jìn)后的方法靈敏度大幅提高，檢出限達(dá)到0.004mg/kg、精密度的RSD值為0.98%、回收率達(dá)到100.7%，相比原方法，優(yōu)化后的方法靈敏度高、精密度好、回收率高，省時(shí)省力，操作簡單，便于推廣和使用。

[1] 康家琦.砷對(duì)健康危害的研究進(jìn)展[J].衛(wèi)生研究,2004,33(3):372.

[2] 白愛梅,李躍,范中學(xué).砷對(duì)人體健康的危害 [J].微量元素與研究,2007,24(1):61.

[3] GB 5009.111-2014. 食品中總砷及無機(jī)砷的測定,2014.

[4] 蔣孝雄.原子熒光光度計(jì)測砷檢出限測量結(jié)果的不確定度的分析[J].計(jì)量與測試技術(shù),2010,12:56-57,61

[5] 孔維松,湯丹俞.原子熒光法測定煙卷主流煙氣中的汞·砷·鉛[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,37(21):9837.

[6] 鄧勃.應(yīng)用原子吸收與原子熒光光譜分析[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2003:46

Method for Determination of Total Arsenic in Fresh Milk by Using Atomic Fluorescence Spectrometry

LUO Ya-xuan1, YANG Kun2, LI Hong1, ZHAO Cai-hui1
(1. Ministry of Agriculture Feed Quality Supervision and Inspection Center of Xi'an, Xi,an 710016; 2. Shaanxi Qin Yun Agricultural Products Inspection co. Ltd, Weinan 714099)

The determination of total arsenic and inorganic arsenic in food (GB5009.11-2014) is methodology foundation and research subject of this experiment. This experiment detects arsenic in fresh milk by using Atomic Fluorescence Spectrometry after digestive treatment in hermetical pressure digestion tank. This experiment discussed the method of arsenic in raw milk, and the method was improved and optimized, tested and validated. As a consequence, the improved method is more sensitive than the old. The detection limit is 0.004 mg/kg. Precision RSD value is 0.98%. Standard addition recovery rate is 100.7%. The improved and optimized method is simple in operation, and has higher precision and recovery rate. It’s more convenient for promoting and using.

Fresh milk; Determination; Total arsenic; Atomic fluorescence spectrometry

TS252.1

A

1004-4264（2017）02-0042-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.02.011

2016-07-08