原子熒光光譜法測定大米中總砷含量

劉家良

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都610059）

分析測試

原子熒光光譜法測定大米中總砷含量

劉家良

（成都理工大學材料與化學化工學院，四川成都610059）

食品中的砷污染是造成食源性疾病的重要原因之一，食品中砷的毒性與其存在形式有關，包括有無機砷和有機砷兩種，可導致癌癥、神經衰弱等一系列疾病。采用微波消解樣品，再聯用高靈敏度的原子熒光光譜儀測定大米中總砷含量，方法準確，快速方便。

砷；測定；食品；毒性

0 引言

砷（arsenic）元素在元素周期表中的位置是第四周期第VA族，地殼中砷及砷的化合物含量約為0.0005%，砷是一種有劇毒且無臭無味的類金屬元素，食品中的砷有無機砷和有機砷兩種形式，一般認為三價砷的毒性大于五價砷，無機砷的毒性大于有機砷。砷化物是一種能使人體很多器官產生細胞損傷的原漿毒，對人體內蛋白質具有很強的親和力。食物中的砷進入人體后與多種含巰基的酶結合，使之喪失活性，抑制細胞的正常代謝。流行病學研究表明：長期低劑量攝入砷化物，會導致慢性砷中毒，引起神經衰弱癥，砷與皮膚癌、肺癌的發(fā)生有明確的因果關系，并與肝癌、膀胱癌等內臟癌的發(fā)生緊密相關，雖然現代醫(yī)學中砒霜（不純三氧化二砷）為良好的抗癌劑[1]，可用于急性早幼粒細胞白血病等多種惡性腫瘤及哮喘病的治療[2]，然而臨床的使用受到嚴格的限制。近來食品中砷超標事件，引起人們高度重視和廣泛關注，所以關于砷的測定與研究勢在必行。早在1972年，聯合國糧農組織與世界衛(wèi)生組織共同規(guī)定的世界性食品污染調查計劃中，將砷列為首批的污染物之一，由此可見食品中砷測定具有特別重要的意義。

食品中測定總砷的方法有銀鹽法、砷斑法、原子熒光光度法[3]、ICP-質譜法[4]等，其中以原子熒光光度法更為經濟快捷。樣品預處理的方法有很多，但多是以濕法消解、干灰化法和微波消解為主要預處理方法，其中濕法消解用時較長，需用大量的酸，干擾也非常嚴重[5]；干灰化法雖然能降低污染，但灰化溫度對測定有很大的影響，灰化溫度過高或過低會造成樣品檢測結果中的砷不同程度的降低，使測定結果不準確[6]。采用微波消解對樣品預處理可克服以上缺點，2005年版的中國藥典已將微波消解法收入附錄中，作為原子吸收法檢測中藥材中重金屬含量的樣品前處理方法之一[7]。采用微波消解原子熒光光譜法測定食品中總砷的含量，具有很好的靈敏度、準確度及精密度，適合食品樣品的快速消解及總砷的定量分析[8]。

1 實驗部分

1.1 主要試劑

鹽酸、硝酸（分析純）；硫脲與抗壞血酸固體；1000 μg/mL的砷標準儲備液；硼氫化鉀固體；5 g/L的氫氧化鈉溶液。

硼氫化鉀溶液：配制硼氫化鉀溶液質量濃度分別為5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L、30 g/L。

50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液；砷標準應用液：配制2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標準系列溶液。

1.2 檢驗方法

1.2.1 空白實驗

在微波消解管中，加入硝酸8 mL再加熱，放置于消解轉子上，置于微波消解儀中消解。冷卻后取出，加水置于趕酸器中趕出剩余硝酸。待冷卻后，用水將內容物轉入25 mL比色管中，再加入50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液2.5 mL，最后再補加超純水至刻度并搖勻，將樣液慢慢導入原子熒光分光光度計之中，測量熒光強度，儀器自動扣除。

1.2.2 樣品測定

稱取成都市本地大米3個批次各10.0 g，用不銹鋼磨粉碎，分別儲于樣品袋內備用。從3份制備好的大米試樣中各稱取0.5 g于微波消解管中，加入硝酸8 mL，搖勻后加熱，放置在消解轉子上，置于微波消解儀中消解完全[9]；冷卻后取出，加水置于趕酸器中趕出剩余硝酸；待冷卻后，用水將內容物轉入25 mL比色管中，接著往里面加入50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液2.5 mL，最后再補加超純水至刻度并搖勻，將樣液慢慢導入原子熒光分光光度計之中，測量熒光強度，計算出樣液中砷的含量，見表1。

微波消解條件：第一步：800 W，8 min，保持3 min；第二步：1000 W，10 min，保持25 min。

2 結果討論

2.1 實驗儀器條件的探索

2.1.1 燈電流的選擇

實驗考察了在不同燈電流下對熒光強度及測量穩(wěn)定性的影響。在一定范圍內，隨著燈電流增加砷的熒光強度也隨之增大，當燈電流過大時，不但發(fā)生自吸現象，噪聲增大，而且還會降低燈的使用壽命，通過實驗比較，確定砷的燈電流為70 mA，能滿足檢測的需要。

2.1.2 負高壓的選擇

實驗考察了在不同負高壓下對熒光強度及測量穩(wěn)定性的影響。隨著負高壓的增加，噪聲和熒光強度會增加，所以負高壓對熒光信號的強度也有一定影響，通過實驗比較確定砷的負高壓為270 V時，砷的熒光強度比較穩(wěn)定[10]。

2.1.3 原子化器高度的選擇

原子化器的高度和被測樣品所產生的熒光強度有很大的影響，當原子化器高度過低時，光源照射到爐口會引起的反射光過強，從而導致熒光背景很高，測定的精密度不好；當原子化器過高時，儀器的靈敏度也會下降，影響儀器的檢出限。實驗結果表明，原子化器高度選擇8 mm時，砷的熒光強度穩(wěn)定。

2.1.4 載氣流量與屏蔽氣的選擇

實驗考察了載氣流量在200~900 mL/min范圍內對熒光強度的影響。載氣流量較小時，產生的氬氫火焰出現波動，多次測定的結果不同；載氣流量大時，砷的熒光信號隨著砷的原子蒸氣濃度降低而減弱，砷的載氣流量在400 mL/min時，熒光強度最強。當屏蔽氣流量太弱的時候，會出現氬氫火焰相對較粗較大，發(fā)出的信號很不穩(wěn)定；當屏蔽氣流量太強的時候，會出現氬氫火焰相對較細又長，發(fā)出的信號不穩(wěn)定，靈敏度也將有所下降。當屏蔽氣流量為800 mL/min，砷的熒光信號比較穩(wěn)定[11]。

2.1.5 酸的種類和濃度的選擇

硫酸與鹽酸都可提供合適的酸度來促使氫化物的生成，后者具有還原的作用，使砷被還原到三價以便測定總量，因此選擇使用鹽酸溶液。在1%~10%的鹽酸濃度進行試驗選擇，結果如圖1可見砷在5%鹽酸熒光強度最高，穩(wěn)定性最好。

圖1 鹽酸濃度對熒光值的影響

2.1.6 硼氫化鉀的濃度

硼氫化鉀是氫化物反應的還原劑，當濃度比較小時，砷還原不徹底。由于硼氫化鉀的不穩(wěn)定性，所以需要配制在5 g/L氫氧化鈉溶液之中，在保持其他條件不變的情況下，對硼氫化鉀溶液濃度為5~30 g/L的溶液進行相應的篩選，如圖2，當使用的硼氫化鉀溶液的濃度小于5 g/L的時候，砷的熒光強度很低；當濃度高于5 g/L時，砷的熒光強度會隨著硼氫化鉀濃度的增加而呈現出增強的現象，測量的穩(wěn)定性及其靈敏度也都將相應的有所提升。當濃度過大時，反應產生的氫氣流量太大，砷的原子蒸氣濃度被沖稀，使熒光強度降低，選擇濃度為20 g/L的硼氫化鉀溶液，砷的熒光強度比較強。

圖2 硼氫化鉀對熒光強度的影響

2.2 標準曲線繪制

分別吸取2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標準系列溶液25 mL于25 mL比色管中，分別加入2.5 mL 50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸及5 mL濃鹽酸，放置30 min待儀器穩(wěn)定后，以5%鹽酸作載流，20 g/L硼氫化鉀溶液作還原劑，將其濃度大小由低到高來測定其標準溶液的熒光強度的大小測得結果如圖3所示。

2.3 原子熒光法樣品分析報告

實驗由測得的砷熒光強度于標準曲線讀出濃度C（μg/L），再根據計算公式X=（C×V）÷（m× 1000）得到總砷X（mg/kg）含量。

圖3 砷標準曲線

2.4 回收率與精密度的測定

取3份同樣的樣品加入砷的標準溶液，做回收實驗的測定；對3份樣品分別測定6次做精密度實驗，回收率的范圍為88.4%~107.3%，相對標準偏差＜4.5%。

表1 測定結果

表2 回收實驗

表3 精密度實驗（對3份樣品進行6次測定結果/（μg/L)）

3 結論

GB 2762-2012食品安全國家標準食品中污染物限量規(guī)定大米中總砷含量不能超過0.2 mg/kg，本次測定采用微波消解原子熒光法測定大米中的砷，取樣量少，樣品消解完全、快速，化學試劑消耗少，樣品成分不易揮發(fā)損失，無污染，該方法的靈敏度、精密度、準確度都較好，操作簡單，結果測得所取大米樣品中砷的含量0.08 mg/kg低于國家標準。

[1]韓繼武.三氧化二砷對肝癌細胞株HLE的細胞毒和誘導凋亡作用[J].中國誤診學雜志，2003，（5）：645-647.

[2]馬軍，展昭民.三氧化二砷治療復發(fā)難治性急性早幼粒細胞白血病臨床療效觀察[J].癌癥進展，2005（2）：98-102.

[3]GB/T 5009.11-2003，食品中總砷及無機砷的測定/食品衛(wèi)生檢驗方法理化部分[S].

[4]迂君.ICP-AES法測定海產品中的無機砷[J].中國衛(wèi)生檢驗雜志，2003，（5）：631.

[5]GB/T 5009.11-2003，食品衛(wèi)生理化實驗[S].

[6]劉子文.食品中無極砷的定量分析方法的優(yōu)化[J].華南預防醫(yī)學，2003，（1）：50-51.

[7]國家藥典委員會編.中國藥典[M].北京：中國醫(yī)藥科技出版社，2005.

[8]楊嵐，王軍磊.微波消解-原子熒光法測定食品中的總砷[J].河北化工，2008，（9）：61-63.

[9]廖學紅，趙勝芳.微波樣品處理技術應用進展[J].黃岡師范學院學報，2003，（3）：69-75.

[10]原子熒光分析方法手冊[M].北京：北京吉天儀器有限公司，2013：57-59.

[11]葉海輝.氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法同時測定食品中的砷銻鉍硒[J].安徽農業(yè)科學，2012，40（12）：7434-7435.

Determination of Arsenic Content in Rice by Atomic Fluorescence Spectrometry

LIU Jia-liang
（Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

It is a fact that organic and inorganic arsenic contained in food is one of the important causes of food borne diseases.The toxicity of arsenic depends on its existing forms in food，including inorganic and organic arsenic，which can lead to cancer，neurasthenia and a series of diseases.It was an accurate，fast and convenient method to detect the method to arsenic content in food by digesting the samples with microwave firstly，and then applying the high-sensitivity atomic fluorescence spectrometry.

arsenic;detection;food;toxicity

1006-4184（2017）2-0046-05

2016-07-06

劉家良（1991-），男，四川南充人，在讀碩士研究生。E-mail：574240261@qq.com。