化學原子化－原子吸收光譜法直接測定醬油中砷含量的方法研究

曹驍，上官苗苗

（1.杭州市余杭區(qū)質量計量監(jiān)測中心，杭州 311100；2.杭州市余杭區(qū)食品藥品監(jiān)測中心，杭州 311112）

化學原子化－原子吸收光譜法直接測定醬油中砷含量的方法研究

曹驍1，上官苗苗2

（1.杭州市余杭區(qū)質量計量監(jiān)測中心，杭州 311100；2.杭州市余杭區(qū)食品藥品監(jiān)測中心，杭州 311112）

建立一種化學原子化－原子吸收光譜法快速測定砷的方法。樣品僅通過加酸定容處理后，通過對介質酸度、硼氫化鈉濃度、氫氧化鈉濃度、載氣流速等條件的優(yōu)化，直接測定醬油中的砷含量。在選定的條件下，該方法的檢出限（3σ）為0.10μg／L，在0～10μg／L內線性良好，回歸方程為Y＝0.05667X＋0.00303，回收率為97.7%～100.5%，相對標準偏差（n＝7）為0.21%～1.02%。該方法簡便、高靈敏度、高精密度、無背景校正，能夠很好地檢測醬油中總砷。

化學原子化器；原子吸收光譜法；砷；醬油

醬油俗稱豉油，是中國傳統(tǒng)的調味品，主要由大豆、小麥、食鹽經(jīng)過制油、發(fā)酵等程序釀制而成。早在數(shù)千年前中國的勞動人民就掌握了其生產(chǎn)工藝，其富含多肽、氨基酸等營養(yǎng)成分，對人體鐵吸收有促進作用［1，2］，是現(xiàn)代烹飪的必備佐料。

砷元素具有非金屬特性，是公認的致癌物之一，在自然界中含量十分豐富［3］。其氧化物和砷酸鹽對人體的心肌和呼吸、神經(jīng)、生殖、造血、免疫系統(tǒng)都有不同程度的損傷作用，可引起血液中砷中毒和糖尿?。?］，容易引發(fā)惡性腫瘤、腎臟功能紊亂和肝硬化等健康問題［5，6］，早在20世紀80年代就被世界衛(wèi)生組織列為A類致癌物［7］。由于砷具有蓄積作用，再加上含砷農(nóng)藥的使用，工業(yè)三廢的無序排放，以及食品在加工過程中使用某些含砷化學添加劑而引起農(nóng)產(chǎn)品及加工食品中砷的污染，并通過食物鏈進入人體［8，9］。因此，我國食品安全國家標準對各種食品中的砷含量有著嚴格的限制［10］。世界衛(wèi)生組織（WHO）也建立砷元素的毒理學參考值，規(guī)定每人每周無機砷的攝入量要低于0.015mg／kg體重［11］。而醬油的成分比較復雜，除食鹽外，還有多種氨基酸、糖類、有機酸、色素及香料等成分［12，13］，因此對其砷含量的準確測定是十分困難的。

目前，測定砷含量的方法主要有氫化物原子熒光光譜法［14，15］，該方法存在需要進行樣品消解處理，步驟繁瑣，基體干擾和背景干擾嚴重而且復雜的操作過程容易引入新的砷污染等問題［16］。電感耦合等離子體質譜（ICP－MS）法［17－19］也存在許多不利因素，比如氬氣和基質中物質產(chǎn)生的多原子離子干擾、同量異位素干擾等［20］。本研究擬利用化學原子化器在測定液體樣品時無需消解處理，僅需對樣品進行酸化定容后便可直接測定的特點，來實現(xiàn)快速、準確地測定醬油中的總砷含量。其原理是As在HCl介質中被新生態(tài)氫逐漸還原成共價型化合物AsH3，這一化合物在幾百攝氏度下被原子化后，極易進行分析檢測。該方法簡便、高靈敏度、高精密度、無背景校正。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 試劑

砷標準溶液（1000μg／mL）：國家鋼鐵材料測試中心；鹽酸（GR）、氫氧化鈉（GR）：國藥集團化學試劑有限公司；實驗用水：美國PALL公司MK2超純水裝置生產(chǎn)的一級實驗用水；硼氫化鈉（≥98.5%）、抗壞血酸、硫脲、醬油：均為國產(chǎn)。

1.1.2 儀器

AA 700原子吸收光度計、N3050605砷元素無極放電燈 珀金埃爾默儀器（上海）有限公司；MCA－202微型化學原子化器（專利號：ZL200420084256.7）。

1.2 方法

1.2.1 試劑配制

硼氫化鈉＋氫氧化鈉溶液：配制一定質量濃度的硼氫化鈉＋氫氧化鈉溶液作為還原劑，現(xiàn)配現(xiàn)用。

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

1.2.2 標準溶液配制

砷標準使用液（100μg／L）：使用砷標準溶液（1000μg／mL）逐級稀釋至標準使用液（100μg／L），備用。

分別吸取0，0.25，0.50，1.00，1.5，2.00，2.50mL砷標準使用液（100μg／L）于1組25mL容量瓶中，各容量瓶中加入2mL硫脲＋抗壞血酸溶液，用10%鹽酸定容，搖勻靜置30min，該組溶液即為0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0μg／L濃度的砷標準系列溶液。

1.2.3 樣品前處理

準確吸取5.0mL醬油至25mL容量瓶中，加入2mL硫脲＋抗壞血酸溶液，用10%鹽酸定容，搖勻靜置30min，待測。

1.2.4 儀器條件

將AA700原子吸收光度計測定方式設置成MHS模式，設定下列儀器條件：砷元素無極放電燈電流：400mA；波長選擇：193.7nm；狹縫：0.7H；積分方式：峰面積法；積分時間：15s；延遲時間：2s；BOT時間：2s；燃氣流量：乙炔1.0L／min；助燃氣流量：空氣8.0L／min。

2 結果與分析

2.1 實驗條件優(yōu)化

2.1.1 還原劑的選擇

由于醬油樣品中部分的砷元素是以高價態(tài)的形式存在，如果直接用硼氫化鈉還原將會導致反應不完全，無法完全形成AsH3，最終造成檢測結果偏低。因此，必須加入過量的硫脲和抗壞血酸溶液使之高價態(tài)的五價砷完全還原成低價態(tài)的三價砷。本研究按照食品安全國家標準的要求［21］，采用在25mL樣品及標準待測液中各加入5%硫脲＋5%抗環(huán)血酸2mL混合液。

2.1.2 介質酸度的影響

介質的酸度是影響氫化物發(fā)生效率產(chǎn)生重要因素，考慮到鹽酸對五價砷還原具有更好的效果［22］，因此選擇鹽酸進行介質酸度的影響測定。通過考察5μg／L As標準溶液在不同體積分數(shù)（1%～15%）鹽酸溶液中的吸光度，來確定最佳的介質酸度。

圖1 鹽酸溶液體積分數(shù)對吸光度的影響Fig.1 Effect of HCl concentration on the absorbance of reaction system

由圖1可知，鹽酸體積分數(shù)在5%以下時，砷的吸光度不理想，特別是在鹽酸體積分數(shù)為1%左右時，該方法基本沒有吸光度；鹽酸體積分數(shù)在5%～10%時，砷的吸光度隨酸度增長呈快速上升趨勢；當鹽酸體積分數(shù)達到10%以后，砷的吸光度趨于穩(wěn)定。綜合考慮，本研究選取體積分數(shù)為10%的HCl進行實驗。

2.1.3 氫氧化鈉濃度的影響

氫氧化鈉作為硼氫化鈉溶液的抑制劑，它的濃度大小直接控制硼氫化鈉產(chǎn)生還原性極強的H離子的速度。因此，本研究通過改變25g／L的硼氫化鈉溶液中氫氧化鈉的濃度來考察5μg／L As標準溶液的吸光度的大小，最終確定選取氫氧化鈉濃度為5g／L。

圖2 氫氧化鈉濃度對吸光度的影響Fig.2 Effect of NaOH concentration on the absorbance of reaction system

由圖2可知，當氫氧化鈉濃度小于4g／L時，硼氫化鈉溶液釋放的H離子過快，產(chǎn)生大量氣泡，影響該方法的吸光度；當氫氧化鈉濃度在5～7g／L時，實驗吸光度最理想且趨于穩(wěn)定；而當氫氧化鈉濃度大于7g／L時，又抑制了硼氫化鈉溶液釋放H離子的速度，造成吸光度降低。

2.1.4 硼氫化鈉濃度的影響

硼氫化鈉的質量濃度直接影響AsH3的生成速度，濃度過低，則反應緩慢，吸光度低；而濃度過高則易產(chǎn)生大量氣泡，造成吸光度不穩(wěn)定?，F(xiàn)以5μg／L As標準溶液為實驗對象，通過改變硼氫化鈉質量濃度（5，10，15，20，25，30，35g／L），來觀察砷的吸光度變化，最終確定合適的硼氫化鈉質量濃度。

圖3 硼氫化鈉濃度對吸光度的影響Fig.3 Effect of NaBH4concentration on the absorbance of reaction system

由圖3可知，砷的吸光度隨著硼氫化鈉質量濃度的增大而增大，當硼氫化鈉質量濃度達到20g／L后，砷的吸光度趨于穩(wěn)定；而硼氫化鈉質量濃度大于25g／L后，吸光度開始下降。本研究最終選擇質量濃度為20g／L的硼氫化鈉作為還原劑。

2.1.5 載氣流速的影響

載氣的大小直接影響AsH3進入原子化反應器的速率，流速過小，則不易將AsH3快速帶入原子化器內，檢測到信號弱且不穩(wěn)定；而載氣的流速過大，則會對AsH3的信號產(chǎn)生干擾，同樣會使信號減弱。

圖4 氬氣流速對吸光度的影響Fig.4 Effect of Ar gas flow rate on the absorbance of reaction system

由圖4可知，5μg／L As標準溶液與20g／L硼氫化鈉＋5g／L氫氧化鈉溶液反應，當載氣流量在600～1000mL／min之間時，吸光度基本穩(wěn)定；當流量大于1000mL／min時，其吸光度開始逐漸下降。本研究最終選擇氬氣流速為800mL／min。

2.2 干擾實驗

在最佳測定條件下，向50mL 5.0μg／L As標準溶液內分別加入可能的干擾離子（Fe，Zn，Hg，Pb，Cu，Cd）進行試驗，以吸光度變化超過5%視為存在干擾。結果表明：200μg的Fe，Zn，Hg和100μg的Pb，Cu，Cd等元素離子在實驗的濃度范圍內對As的檢測不產(chǎn)生影響?？紤]到實際樣品中共存元素的含量遠低于干擾實驗，可以認為常見離子對該實驗方法測定總砷無干擾。

2.3 線性關系、檢出限與精密度

在最佳實驗條件下，測定了0～10.0μg／L的砷標準溶液，以測定3次吸光度的平均值為縱坐標，砷標準溶液濃度為橫坐標，建立相關標準曲線，其回歸方程為：Y＝0.05667X＋0.00303，R＝0.9994，結果見圖5。

圖5 0～10.0μg／L砷標準曲線Fig.5 Standard curve of 0～10.0μg／L As

對試驗空白溶液進行連續(xù)11次測定，用3倍空白標準偏差除以標準曲線斜率計算本方法的檢出限（3σ）為0.10μg／L，證明該方法的檢出限非常低。在最佳實驗條件下，連續(xù)測定2.0，5.0，8.0μg／L砷標準溶液各7次，結果見表1，計算該方法的精密度（RSD）為0.21%～1.02%。

表1 精密度測試Table 1 Precision Test

2.4 樣品測定與回收率

對樣品經(jīng)前處理后進行連續(xù)測定3次，取平均值測得該醬油中總砷含量為14.6μg／L，該方法實驗過程中只涉及到取樣與定容，未運用濕法消解等方法對樣品進行前處理，因此該方法的加標回收率極高，為97.7%～100.5%，結果見表2。

表2 樣品測定與回收率Table 2 Sample determination and recovery

3 討論

本研究對化學原子化－原子吸收光譜法測定醬油中微量砷的參數(shù)進行了優(yōu)化，確認了方法的檢出限、回收率、精密度能夠滿足醬油中微量砷的定量分析。與傳統(tǒng)的原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法相比，該方法檢出限更低，更能滿足低檢出的要求；試驗過程更短，一次測量完成時間不到30s；節(jié)省了大量的高純度鹽酸、硼氫化鈉試劑；且樣品前處理更簡單，避免了實驗人員從事復雜、繁瑣且極易污染的消解過程。本研究所建立的分析方法是食品安全檢測標準的重要補充，可替代原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法進行液體樣品中微量砷的檢測，值得推廣運用。

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Research on Direct Determination of Arsenic in Soy Sauce by Chemical Atomizer－Atomic Absorption Spectrometry

CAO Xiao1，SHANGGUAN Miao－miao2

（1.Hangzhou Yuhang District Supervision ＆Testing Center for Quality and Metrology，Hangzhou 311100，China；2.Hangzhou Yuhang District Food and Drug Supervision ＆Testing Center，Hangzhou 311112，China）

A method for rapid determination of arsenic is established by using chemical atomizer－atomic absorption spectrometry.The samples are only treated with acid solution，through the optimization of medium acidity，the concentration of sodium borohydride and sodium hydroxide，the carrier gas flow rate and other factors，the arsenic in soy sauce is detected directly.Under the selected conditions，the detection limit（3σ）of this method is 0.10μg／L，the linearity is good in 0～10μg／L，the regression equation is Y＝0.05667X＋0.00303，the recoveries of arsenic from spiked samples are 97.7%～100.5%，with relative standard deviation（RSD）of 0.21%～1.02%（n＝7）.This method is simple，with high sensitivity and high precision，without background correction，can meet the requirements of determination of total arsenic in soy sauce.

chemical atomizer；atomic absorption spectrometry；arsenic；soy sauce

TS264.21

A

10.3969／j.issn.1000－9973.2017.04.033

1000－9973（2017）04－0145－04

2016－10－11

曹驍（1983－），男，工程師，研究方向：食品、藥品中重金屬的檢測；上官苗苗（1985－），女，工程師，研究方向：食品中重金屬、農(nóng)藥、添加劑的檢測。