總砷測(cè)定的4種前處理方法比較

呂青骎蔣淼滕爽錢(qián)行范巧君王瑋*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部肉及肉制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（南京）江蘇南京210095）

總砷測(cè)定的4種前處理方法比較

呂青骎1蔣淼1滕爽1錢(qián)行1范巧君1王瑋1*

（1.南京農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)業(yè)部肉及肉制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（南京）江蘇南京210095）

通過(guò)研究4種不同前處理方法，即干灰化法、濕法消解、微波消解、高壓消解法對(duì)雞肉粉標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行消解，運(yùn)用原子熒光光度計(jì)測(cè)定樣品中總砷的含量，比較4種前處理方法的相對(duì)適用性，并比較結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度、試劑消耗量和時(shí)間消耗量。分析表明干灰化法、濕法消解、微波消解、高壓消解測(cè)定結(jié)果均處于雞肉粉標(biāo)準(zhǔn)樣品（0.109±0.013）mg/kg的范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.38%、6.53%、1.43%和3.87%，其中濕法消耗酸量最大、用時(shí)最長(zhǎng)，微波消解用時(shí)最短。每種方法各有其適用范圍，根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備配置條件和樣品量，測(cè)肉品可優(yōu)先選擇消高壓消解或微波消解。

總砷；肉；干灰化法；濕法消解；微波消解；高壓消解

1 前言

砷作為一種有毒有害元素，普遍存在于自然界中。近年來(lái)，隨著環(huán)境的嚴(yán)重污染，含砷農(nóng)藥的使用，動(dòng)物生長(zhǎng)過(guò)程攝入含砷飼料以及食物在加工、運(yùn)輸過(guò)程中的污染，使得總砷含量的檢測(cè)已經(jīng)成為食品安全重點(diǎn)監(jiān)測(cè)的項(xiàng)目之一。目前，現(xiàn)行GB/T 5009.11-2003《食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》[1]規(guī)定總砷的測(cè)定方法主要有氫化物原子熒光光譜法、銀鹽法、硼氫化物還原比色法、砷斑法。其中原子熒光法由于其靈敏度高、投入成本低且容易操作，在我國(guó)已被廣泛運(yùn)用。當(dāng)前，針對(duì)元素類(lèi)物質(zhì)的檢測(cè)，通常采用的前處理方法包括濕法消解、干灰化法、微波消解法和高壓消解法，由于考慮到所有種類(lèi)食品的普遍適用性，GB/T5009.11-2003中只有前兩種前處理方法。肉及肉制品中，由于其砷存在形態(tài)簡(jiǎn)單，除可使用濕法消解、干灰化法外，還可使用微波消解法和高壓消解法。本文選用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心雞肉粉質(zhì)控樣作為檢測(cè)樣品，使用4種前處理方法測(cè)定總砷含量，分析比較各自的準(zhǔn)確度、精密度、試劑及時(shí)間消耗量，并作初步探討，以便篩選出最適宜的前處理方法。

2 材料與方法

2.1 材料

2.1.1 樣品來(lái)源

雞肉粉（GBW10018，GSB-9）：中國(guó)地質(zhì)科學(xué)研究院地球物理地球化學(xué)勘查研究所。

2.1.2 主要儀器與設(shè)備

AFS-9700雙道原子熒光光度計(jì)：北京海光儀器公司；Multiwave PRO微波消解儀：奧地利Anton Paar公司；L9/11/B180馬弗爐：德國(guó)Nabertherm公司；C-MAG HP10電熱板：德國(guó)IKA公司；高壓消解罐：南京瑞尼克公司；Ecocell LSIS-B2V/ECIII電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱：德國(guó)MMM公司；Advance EDI&pro VF純水儀：德國(guó)Sartorius公司；玻璃儀器：所有玻璃器皿都經(jīng)過(guò)30%硝酸（v/v）浸泡24 h以上。

2.1.3 試劑

硝酸鎂（99.99%）、硼氫化鉀（98%）：均購(gòu)于上海阿拉丁公司；氧化鎂（干物質(zhì)純95%）：購(gòu)于上海安譜公司；硝酸（優(yōu)級(jí)純）、硫酸（優(yōu)級(jí)純）、鹽酸（優(yōu)級(jí)純）：均購(gòu)于南京化學(xué)試劑股份有限公司；高氯酸（優(yōu)級(jí)純）、硫脲（分析純）、抗壞血酸（分析純）、30%過(guò)氧化氫（分析純）：均購(gòu)于國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鈉（優(yōu)級(jí)純）：購(gòu)于西隴化工股份有限公司；砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L）：購(gòu)于美國(guó)Organic Standards Solutions International，LLC；實(shí)驗(yàn)用水：18.2MΩ.cm去離子水。

2.2方法

2.2.1 試劑

（1）氫氧化鈉溶液（5 g/L）。

（2）硼氫化鉀溶液（20 g/L）：稱取10 g硼氫化鉀溶于（5 g/L）氫氧化鈉溶液中，并定容至500 mL。

（3）硫脲-抗壞血酸混合液：稱取10 g硫脲、10 g抗壞血酸溶解于100 mL去離子水中。

（4）50%鹽酸（v/v）。

（5）5%鹽酸（v/v）。

（6）砷工作溶液：使用5%鹽酸梯度稀釋砷標(biāo)準(zhǔn)溶液至標(biāo)準(zhǔn)工作濃度10 μg/L。

2.2.2 測(cè)量方法

2.2.2.1 原理[1，2]

試樣經(jīng)濕法或干灰化后，使各種形態(tài)砷化合物轉(zhuǎn)化為離子態(tài)砷，加入硫脲-抗壞血酸混合液使五價(jià)砷預(yù)還原成三價(jià)砷，再加入硼氫化鉀生成砷化氫，由氬氣載入石英原子化器中分解為原子態(tài)砷，在特制砷空心陰極燈的發(fā)射光激發(fā)下產(chǎn)生原子熒光，其熒光強(qiáng)度與被測(cè)液中的砷濃度成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較進(jìn)行定量分析。

2.2.2.2 測(cè)量條件

采用AFS-9700型雙道原子熒光光度計(jì)進(jìn)行測(cè)量，其測(cè)量條件為：負(fù)高壓280 V，燈電流60 mA，原子化器高度8.0 mm，讀數(shù)時(shí)間16 s，延遲時(shí)間4 s，載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量900 mL/min。采用儀器自動(dòng)稀釋功能，分別測(cè)定0.0、0.5、1.0、2.0、4.0、8.0和10.0 μg/L 7個(gè)點(diǎn)的熒光值，建立熒光強(qiáng)度與濃度相關(guān)性的標(biāo)準(zhǔn)曲線。

2.2.3 樣品前處理

2.2.3.1 干灰化法[1]

稱取約0.6000 g樣品于100 mL坩堝中，同時(shí)做2份試劑空白。向坩堝中分別加入10 mL 150 g/L硝酸鎂溶液，混勻，低熱蒸干；再準(zhǔn)確稱取1 g氧化鎂仔細(xì)覆蓋在樣品上，于加熱板上炭化至無(wú)煙，移入馬弗爐中，550℃高溫灰化；取出放冷，小心加入10 mL 50%鹽酸（v/v）以中和氧化鎂并溶解灰分，用去離子水多次潤(rùn)洗坩堝并移入25 mL比色管中，向其中加入5 mL硫脲-抗壞血酸混合液以及2 mL 50%鹽酸（v/v），再用去離子水定容至25 mL，混勻，室溫還原30 min后備用。

2.2.3.2 濕法消解[1]

稱約0.3000 g樣品于100 mL的燒杯中，同時(shí)做兩份試劑空白。向燒杯中分別加硝酸15 mL、硫酸1 mL，搖勻后在瓶口上蓋上表面皿，靜置過(guò)夜；次日于電熱板上加熱消解，注意觀察溶液顏色變化，注意避免炭化，顏色若加深，冷卻后補(bǔ)加入硝酸10 mL，如此反復(fù)2-3次，直至消解液較清；冷卻后，補(bǔ)加硝酸10 mL、高氯酸2 mL，繼續(xù)加熱，持續(xù)蒸發(fā)至白煙散盡，液體變?yōu)闊o(wú)色，剩余1-2 mL；冷卻，加去離子水20 mL，再蒸發(fā)至冒白煙；冷卻后，用去離子水將消解樣品轉(zhuǎn)移到25 mL比色管中，并多次潤(rùn)洗，再向其中加入5 mL硫脲-抗壞血酸混合液，用去離子水定容至25 mL，混勻，室溫還原30 min后備用。

2.2.3.3 微波消解

取約0.3000 g樣品于微波消解儀內(nèi)管中，同時(shí)做兩份試劑空白。向內(nèi)管中分別加入7 mL硝酸，靜置過(guò)夜進(jìn)行冷預(yù)消解后，再加入2 mL過(guò)氧化氫，于微波消解儀中消解完全；冷卻后取出，于趕酸板上趕酸至1 mL左右，用去離子水將消解樣品移入10 mL比色管中，并多次潤(rùn)洗，加入2 mL硫脲-抗壞血酸混合液，用去離子水定容至10 mL，混勻，還原30 min后備用。微波消解儀設(shè)置的消解程序見(jiàn)表1。

表1 微波消解程序

2.2.3.4 高壓消解

取約0.3000 g樣品于高壓消解罐內(nèi)杯中，同時(shí)做兩份試劑空白。向內(nèi)杯中分別加入7 mL硝酸靜置過(guò)夜進(jìn)行冷預(yù)消解后，再加入2 mL過(guò)氧化氫；擰緊外罐后，置于干燥箱中加熱：當(dāng)溫度升至100℃時(shí)保溫1 h，再升至140℃保溫3 h；消解結(jié)束冷卻后，打開(kāi)內(nèi)杯，置于趕酸板上趕酸至2 mL左右，用去離子水將消解樣品移入25 mL比色管中，并多次潤(rùn)洗，加入5 mL硫脲-抗壞血酸混合液，用去離子水定容至25 mL，混勻，還原30 min后備用。

3 結(jié)果與分析

3.1 前處理方法對(duì)測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度的影響

4種消解方法的結(jié)果見(jiàn)表2。表2顯示，4種消解方法的結(jié)果均處在雞肉粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)砷含量0.109±0.013 mg/kg范圍內(nèi)。其中，濕法消解結(jié)果接近于質(zhì)控樣含量中位數(shù)，干灰化法消解結(jié)果高于質(zhì)控樣含量中位數(shù)，微波消解和高壓消解結(jié)果低于質(zhì)控樣含量中位數(shù)。

表24 種消解方法結(jié)果準(zhǔn)確度的比較

3.2 前處理方法對(duì)測(cè)定結(jié)果精密度的影響

4種消解方法結(jié)果的精密度見(jiàn)表3。表3顯示，濕法消解的RSD最大，微波消解的RSD最小，干灰化法和高壓消解法RSD值介于兩者之間。結(jié)果表明，微波消解平行樣品之間更加容易控制，結(jié)果穩(wěn)定；濕法消解平行樣品之間不夠穩(wěn)定，較難控制。

表34 種消解方法結(jié)果的精密度比較

3.3 前處理方法對(duì)試劑及時(shí)間消耗量的影響

4種前處理方法測(cè)定樣品總砷含量試劑消耗及時(shí)間消耗見(jiàn)表4。由表4可知，濕法消解消耗酸量、酸的種類(lèi)均最多，消解時(shí)間最長(zhǎng)（48 h）；微波消解和高壓消解消耗酸量和酸的種類(lèi)相同，微波消解前處理時(shí)間最短，只需5 h；干灰化法消耗酸量最少，且只需鹽酸，其消耗時(shí)間介于濕法和高壓消解之間。

表44 種前處理方法測(cè)定樣品總砷含量試劑消耗及時(shí)間消耗比較

4 討論

GB/T5009.11-2003[1]中總砷的測(cè)定第一法是氫化物-原子熒光法，該方法由于其突出的優(yōu)點(diǎn)，是目前國(guó)內(nèi)檢測(cè)食品中總砷含量使用最廣泛的方法。GB/T5009.11-2003中規(guī)定的樣品前處理方法是濕法消解和干灰化法，這兩種方法都是開(kāi)放式消解，適用于各類(lèi)食品中總砷含量的測(cè)定，尤其是針對(duì)有機(jī)砷含量高的水產(chǎn)品類(lèi)的檢測(cè)，準(zhǔn)確度和精密度均能達(dá)到理想要求[3，4]。但濕法消解存在諸多弊端，例如，前處理消耗時(shí)間長(zhǎng)、效率低；酸量消耗特別大，產(chǎn)生大量酸霧，污染實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，威脅實(shí)驗(yàn)員健康；消化過(guò)程中加入高氯酸，增加爆炸的發(fā)生幾率；實(shí)驗(yàn)過(guò)程還需專(zhuān)人看護(hù)，觀察溶液的顏色，防止碳化；各樣品間的消化進(jìn)度較難控制，平行樣之間精密度較差。

干灰化法消解溫度可達(dá)550℃，能破壞有機(jī)砷的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以得到的結(jié)果明顯偏高。空白值對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往產(chǎn)生決定性影響，干灰化法的試劑空白容易受到環(huán)境的影響，尤其是加入的硝酸鎂和氧化鎂的純度，對(duì)結(jié)果有較大的影響。因此，實(shí)驗(yàn)操作步驟需謹(jǐn)慎，試劑純度也需達(dá)到要求。該方法的優(yōu)勢(shì)為操作過(guò)程簡(jiǎn)單、用酸量少且種類(lèi)單一，只需使用鹽酸，適合揮發(fā)溫度高或者油脂含量高的樣品，以免高溫造成待測(cè)元素的損失。

高壓消解法是一種密閉式增壓消解，加熱方式是烘箱由外向內(nèi)傳熱。據(jù)報(bào)道，用高壓消解法檢測(cè)乳及乳制品中的砷含量及其他金屬元素，各元素平行樣品間的精密度、加標(biāo)回收率均符合測(cè)定要求[5-6]。該法消解體系需要酸量較少、種類(lèi)單一，對(duì)環(huán)境和檢測(cè)人員健康損害?。粌x器耗材成本較低，無(wú)需購(gòu)置昂貴的儀器設(shè)備，只需使用高溫烘箱和高壓罐，且耐用；消解快速、完全，準(zhǔn)確度和精密均較好，可在樣品處理量較大的基層檢測(cè)機(jī)構(gòu)廣泛使用。該方法也存在一些弊端，例如，消解溫度一般不超過(guò)200℃，無(wú)法檢測(cè)砷存在形式復(fù)雜的樣品；高壓消解罐存在一定的危險(xiǎn)性，操作不當(dāng)可能會(huì)引起爆炸；罐體較重，實(shí)驗(yàn)時(shí)需消耗大量的人力等。

微波消解與高壓消解法原理類(lèi)似，也是一種密閉式增壓消解，利用微波轉(zhuǎn)化為熱能，使樣品在高溫高壓下與溶液反應(yīng)至消解完畢，且密閉系統(tǒng)也可以防止砷元素的揮發(fā)損失。該法在肉及肉制品的檢測(cè)中已被證實(shí)為最好的前處理方法之一[7-10]。微波消解法進(jìn)行樣品前處理有許多優(yōu)勢(shì)，例如，儀器自動(dòng)化程度高，前處理操作簡(jiǎn)單，快速、安全；酸消耗量較少、種類(lèi)單一；可進(jìn)行大批量處理，檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，平行樣品間精密度好。但該方法也存在一些局限性，例如，僅適用于處理砷存在形式相對(duì)簡(jiǎn)單的樣品，針對(duì)砷存在形式復(fù)雜的海產(chǎn)品，消解溫度、酸的用量以及消解時(shí)間均無(wú)法破壞其中穩(wěn)定的砷化合物，且購(gòu)買(mǎi)微波消解儀需要前期投入成本較大。

5 結(jié)論

通過(guò)比較總砷測(cè)定的4種前處理方法，即干灰化法、濕法消解、微波消解、高壓消解，發(fā)現(xiàn)測(cè)定結(jié)果均處于雞肉粉標(biāo)準(zhǔn)樣品（0.109±0.013）mg/kg的范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為2.38%、6.53%、1.43%和3.87%，其中濕法消解消耗酸量最大、用時(shí)最長(zhǎng)，微波消解用時(shí)最短。每種方法各有其適用范圍，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)室的儀器設(shè)備配置條件和樣品量進(jìn)行選擇。若測(cè)肉品，可優(yōu)先選擇高壓消解或微波消解。

[1]GB/T5009.11-2003食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定[S].

[2]宋洪強(qiáng)，郝云彬，吳益春，等.原子熒光光度法中濕法消解、微波消解、干灰化前處理法測(cè)定水產(chǎn)品中總砷含量的比較[J].浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，29（4）：367-372.

[3]陳玲，歐陽(yáng)燕玲.原子熒光光譜法測(cè)定食品中砷的前處理探討[J].預(yù)防醫(yī)學(xué)論壇，2012，18（7）：524-525.

[4]徐虹，張春玲，宋寅生，等.原子熒光法測(cè)定海產(chǎn)品中總砷前處理方法的研究[J].江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)，2010，21（6）：51-52.

[5]辛躍珍，汪波.高壓消解法同步處理乳制品中鉛、汞、鉻、砷元素的檢測(cè)[J].生命科學(xué)儀器，2012，（2）：6-7.

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[7]羅雪蓮.微波消解-原子熒光法測(cè)定竹絲雞肉中的砷含量[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2015，（3）：305-306.

[8]徐新風(fēng).食品中砷的微波消解——?dú)浠锇l(fā)生原子熒光測(cè)定法[J].新疆農(nóng)墾科技，2011，（4）：72-73.

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[10]徐賀榮，王秀英，張靜蕓.微波消解-氫化物發(fā)生原子熒光光譜法同時(shí)測(cè)定食品中汞和砷[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2011，21（7）：1652-1653.

The Comparison of Four Kinds of Pretreatment Methods on the Determination of Total Arsenic

LV Qingqin1，JIANG Miao1，TENG Shuang1，QIAN Hang1，F(xiàn)AN Qiaojun1，WANG Wei1*
（1.Supervision，Inspection and Testing Center for Quality of Meat-Products，Ministry of Agriculture，Nanjing Agricultural University，Nanjing，Jiangsu，210095）

Four kinds of different digestion methods were applied on the determination of total arsenic in chicken standard reference material in this study.The four kinds of digestion methods are dry digestion，wetdigestion，microwavedigestionandhigh-pressuredigestion.Totalarsenicinthesamplewas determined by atomic fluorescence spectrometry to find out the relative applicability of these different pretreatment methods.These four different digestion methods were compared in the aspects of the accuracy of the results，precision，reagent consumption and time consumption.The results of dry digestion，wet digestion，microwave digestion，high-pressure digestion all fell between 0.109±0.013 mg/kg.The RSD were 2.38%，6.53%，1.43%，and 2.38%，respectively.Wet digestion needed the largest quantity of acid and was time consuming，time consumption of microwave digestion is the shortest.Each of them had its relative applicability.According to the configuration of the laboratory and the number of samples，gave priority to choose microwave digestion or high pressure digestion to detect the meat.

Total Arsenic；Meat；Dry Digestion；Wet Digestion；Microwave Digestion；High-pressure Digestion

TS207.3

E-mail：f2014021@njau.edu.cn；*通訊作者E-mail：wangwei821220@njau.edu.cn

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（31501395）；江蘇省自然科學(xué)基金項(xiàng)目（BK20140722）

2016-06-15