不同消解體系對(duì)原子熒光法測(cè)定汞含量的影響

方舒婷 何偉俊 陳甜妹 曾榮

摘要 [目的]探究濕法消解中不同消解體系前處理對(duì)原子熒光法測(cè)定食品中汞含量的影響，并找出適宜的前處理消解體系。[方法]采用濕法消解-氫化物原子熒光光譜法，通過改變方法前處理中消解體系混合液配比的處理，對(duì)3個(gè)樣品（大米、海帶、香菇）的汞含量進(jìn)行測(cè)定，并綜合分析不同消解體系處理對(duì)原子熒光光譜法測(cè)定汞的影響。[結(jié)果]選擇儀器適宜工作條件，汞的檢出限為0.004 μg/L；11次空白溶液相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=11）為2.53%，線性范圍為0～1 μg/L；回歸方程得出相關(guān)系數(shù)r=0.999 0，回收率為95.4%～99.5%。分析得出不同消解體系處理對(duì)汞測(cè)定的影響主要為混酸的氧化強(qiáng)度影響消解效果和消解體系溫度高致使汞元素?fù)]發(fā)散失。[結(jié)論]以硝酸-過氧化氫-高氯酸為消解體系時(shí)消化效果最佳，該方法消解的樣品消解完全，用時(shí)短，耗能低，試劑用量少，原子熒光法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確，推薦使用。

關(guān)鍵詞 原子熒光法；濕法消解；消解體系；汞

中圖分類號(hào) TS207文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 0517-6611（2018）31-0173-04

Abstract [Objective] The research aimed to study the effect of different digestion system pretreatment on determination of mercury in food by atomic fluorescence spectrometry to find a suitable pretreatment digestion system. [Method] Wet digestionhydride atomic fluorescence spectrometry was used to determine the Hg content of three samples（rice， kelp， shiitake）by changing the ratio of the mixed solution in the pretreatment of the method， and the effects of different digestion systems on the determination of mercury by atomic fluorescence spectrometry were analyzed.[Result]The results showed that， while the instrument was suitable for working conditions ，the detection limit of mercury was 0.004 μg/L， the relative standard deviation （n = 11）was 2.53% and the linear range was 0-1 μg/L.The regression equation obtained correlation coefficient r = 0.999，the recovery rate was 95.4%-99.5%. It is concluded that the effect of different digestion systems on the determination of mercury is mainly due to the effect of the oxidation intensity of the mixed acid on the digestion and the high temperature of the digestion system， resulting in the loss of mercury.[Conclusion]The digestion was best when the nitric acidhydrogen peroxideperchloric acid was used as the digestion system. Under this method， the sample was digested completely with a short time，low energy consumption，less reagent dosageand and the test results were accurate， the method was recommended use.

Key words Atomic fluorescence spectrometry；Wet digestion；Digestion system；Mercury

由于近幾年來食品重金屬污染事件頻頻發(fā)生，食品安全問題愈發(fā)成為人們生活中關(guān)注的重點(diǎn)。汞，普遍存在的環(huán)境的重金屬污染物，通過各種形態(tài)污染空氣、水質(zhì)及土壤，沉積到食物內(nèi)部再沿食物鏈進(jìn)入人體，給人體安全造成了極大隱患，一直都是影響農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量的重要因素[1]。當(dāng)今世界各國(guó)對(duì)汞在食品中的含量都制定了非常嚴(yán)格的限量標(biāo)準(zhǔn)，在我國(guó)，汞在食品衛(wèi)生監(jiān)督檢驗(yàn)中被列為重點(diǎn)監(jiān)督檢測(cè)的有害元素。大米、海帶與香菇由于其生長(zhǎng)的特點(diǎn)及環(huán)境使得其更容易受重金屬污染富集，且這3者也是市售農(nóng)產(chǎn)品中比較常見的種類，在日常農(nóng)產(chǎn)品重金屬檢測(cè)中占有一定的比例。汞因?yàn)槠湟讚]發(fā)的特性，常見的前處理方法為微波消解[2]與濕法消解，但微波消解法需配備微波消解器，成本較高，不利于廣泛使用[3]；而國(guó)標(biāo)中的濕法消解也存在消解時(shí)間較長(zhǎng)、消解液用量大、后續(xù)趕酸操作危險(xiǎn)性增大等不良因素。因此，改進(jìn)消解液類型、配比，建立一種準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便、經(jīng)濟(jì)并適宜廣泛使用的檢測(cè)方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

樣品前處理主要是實(shí)現(xiàn)待測(cè)物分離、純化、富集的目的，減少其他物質(zhì)或雜質(zhì)等帶來的影響，便于后續(xù)分析[4]。筆者采用濕法消解-氫化物原子熒光光譜法[5]，通過改變方法前處理中消解體系混合液配比的處理，對(duì)3個(gè)樣品（大米、海帶、香菇）中的汞含量進(jìn)行測(cè)定，綜合分析不同消解體系處理對(duì)原子熒光光譜法測(cè)定汞的影響，并比較得出一個(gè)適宜的消解體系配比。

1 材料與方法

1.1 儀器

PF5型原子熒光分光光度計(jì)（北京普析通用儀器有限責(zé)任公司）；

EH-35A微型數(shù)顯電熱板（北京萊伯泰科公司）；

汞高性能空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）；

FA1004B型電子分析天平（上海平軒科學(xué)儀器有限公司）。

1.2 試劑及配制

試驗(yàn)所用水為去離子水，標(biāo)準(zhǔn)液配制用水為超純水，酸為優(yōu)級(jí)純，其余試劑為分析純。

試驗(yàn)所用的玻璃器皿要經(jīng)20%硝酸溶液浸泡24 h以上，再經(jīng)蒸餾水沖洗3遍，去離子水清洗2遍，然后烘干備用。

0.05 mg/L汞標(biāo)準(zhǔn)使用液：取1.00 mg/L汞標(biāo)準(zhǔn)液5.0 mL至100 mL容量瓶中，用1%硝酸溶液稀釋定容；0.5 g/L硼氫化鉀：稱取0.25 g硼氫化鉀溶于500 mL濃度為0.5 g/L的氫氧化鉀溶液中，混勻，現(xiàn)用現(xiàn)配；50 g/L硫脲溶液：稱取2.5 g硫脲加水溶解，稀釋至50 mL；

5%鹽酸載流液：在300 mL蒸餾水中加25 mL鹽酸，至500 mL容量瓶中用蒸餾水定容；10%硝酸溶液（V/V）：取10 mL硝酸，用超純水稀釋定容到100 mL容量瓶中；10%硫酸溶液（V/V）：取10 mL硫酸，用超純水稀釋定容到100 mL容量瓶中。

1.3 樣品來源

試驗(yàn)所用樣品來源于市售農(nóng)產(chǎn)品，分別為大米、海帶、香菇。

1.4 樣品處理

將樣品洗凈后烘干，用粉碎機(jī)粉碎，40目過篩。對(duì)不同樣品先進(jìn)行分類與編號(hào)。分別稱取各樣品0.5 g左右于高腳燒杯中消解，同時(shí)做加標(biāo)處理，每一處理重復(fù)3次。然后按下列消解體系的設(shè)定要求分別加入酸，燒杯上加蓋搖勻后放置過夜。

消解體系類型1：5 mL 10%（V/V）硝酸+2 mL 30%過氧化氫+1 mL高氯酸；

消解體系類型2：5 mL 10%（V/V）硝酸+3 mL 30%過氧化氫+1 mL 10%（V/V）硫酸；

消解體系類型3：5 mL 10%（V/V）硝酸+1 mL高氯酸+1 mL 10%（V/V）硫酸。

放置過夜后，再各加2 mL硝酸和數(shù)顆玻璃珠。置于電熱板上加熱，待氣泡全部消失，反應(yīng)趨于平穩(wěn)，燒杯中消解液剩4 mL左右時(shí)停止加熱。在電熱板上90 ℃低溫趕酸待白煙冒盡[6]，溶液澄清透明時(shí)停止加熱。冷卻后移入25 mL容量瓶中用水稀釋至刻度，搖勻。正式進(jìn)行測(cè)定時(shí)，提前30 min移取5 mL待測(cè)液到比色管中并加入2 mL硫脲溶液，搖勻待測(cè)。同時(shí)按照上述的3種消解體系類型及后續(xù)步驟做空白試驗(yàn)。

1.5 標(biāo)準(zhǔn)系列的配制

分別移取0.05 mg/L汞標(biāo)準(zhǔn)使用液0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50 mL于25 mL容量瓶中，用5%鹽酸定容，搖勻，得到0、0.200 0、0.400 0、0.600 0、0.800 0、1.000 0 μg/L的汞標(biāo)準(zhǔn)系列。

1.6 儀器工作條件

PF5型原子熒光光度計(jì)最佳工作條件：光電倍增管負(fù)高壓270 V；燈電流30 mA；原子化器高度7 mA；原子化器爐溫為低溫[7]；載氣流量500 mL/min；屏蔽氣流量1 000 mL/min。分析信號(hào)為峰面積，測(cè)量方式為標(biāo)準(zhǔn)曲線法；讀數(shù)時(shí)間10 s；延遲時(shí)間1 s；測(cè)定元素為汞。

1.7 樣品測(cè)定

按照“1.6”設(shè)定好的儀器工作條件，開機(jī)預(yù)熱30 min。輸入樣品名稱、標(biāo)準(zhǔn)系列的數(shù)目和對(duì)應(yīng)的濃度、重復(fù)的次數(shù)、樣品的稀釋倍數(shù)及濃度單位。先進(jìn)行空白值測(cè)量，熒光值穩(wěn)定后，進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)系列測(cè)量，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。然后進(jìn)入樣品測(cè)量狀態(tài)，測(cè)定前使用載流液沖洗管道，熒光值歸零，按設(shè)定順序測(cè)定樣品溶液，記錄數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 還原劑硼氫化鉀溶液濃度的選擇

硼氫化鉀在氫化物反應(yīng)中作為強(qiáng)還原劑影響熒光強(qiáng)度。假如硼氫化鉀濃度過高，則反應(yīng)時(shí)生成的氫氣量過多就會(huì)稀釋汞蒸氣，導(dǎo)致靈敏度下降，重現(xiàn)性差。有試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)硼氫化鉀反應(yīng)液濃度為0.2～2.0 g/L時(shí)汞元素的熒光強(qiáng)度較高[8]，儀器的測(cè)量效果良好。所以該試驗(yàn)選用0.5 g/L的硼氫化鉀溶液作為還原劑。

2.2 儀器參數(shù)選擇

試驗(yàn)表明，雖然可以通過增大光電倍增管負(fù)高壓來提高靈敏度和熒光強(qiáng)度，但噪聲也會(huì)相應(yīng)增大[9]。所以該試驗(yàn)選擇270 V。此外，熒光強(qiáng)度穩(wěn)定性也受到載氣流量大小的影響，流量太大則被測(cè)原子密度被沖稀致靈敏度下降，太小則降低測(cè)定的重現(xiàn)性。載氣流量在500 mL/min時(shí)熒光強(qiáng)度基本穩(wěn)定。

2.3 掩蔽劑及其用量的選擇

某些樣品中含有的過渡金屬離子和貴金屬離子，抑制汞元素氫化物的形成和釋放，對(duì)檢測(cè)造成嚴(yán)重干擾。該試驗(yàn)選用硫脲作為掩蔽劑，因?yàn)榱螂鍖?duì)于過渡金屬離子與貴金屬離子對(duì)檢測(cè)造成的干擾有比較強(qiáng)的掩蔽作用[10]。硫脲溶液用量不少于2 mL時(shí)，熒光強(qiáng)度穩(wěn)定。

2.4 消解液組成體系對(duì)樣品消解完成度的影響

樣品在消解完成后變化，記錄消解體系中消解時(shí)間、消解溫度及消解完成時(shí)消解液的物理特性。觀察結(jié)果見表1～3。

由表1可看出，采用硝酸-過氧化氫-高氯酸消解3種樣品時(shí)，消解時(shí)間米為3.0 h，海帶與香菇約為3.5 h，最終消解液均澄清無色、無殘?jiān)虼嬖谏倭繗堅(jiān)?，總體消解效果較好。

由表2可看出，采用硝酸-過氧化氫-硫酸消解3種樣品時(shí)，消解所用時(shí)間相對(duì)表1中的消解體系要長(zhǎng)。最終消解液澄清無色或偏黃，均存在少量殘?jiān)?，消解效果尚好?/p>

由表3可看出，采用硝酸-高氯酸-硫酸消解3種樣品時(shí)，消解時(shí)間為3～4 h，其中香菇在這個(gè)消解體系中消解時(shí)間最短。最終消解液總體澄清偏黃，海帶消解后還殘余少量殘?jiān)?，其余均無殘?jiān)??？傮w消解效果較好。

比較表1～3結(jié)果發(fā)現(xiàn)，海帶在3個(gè)不同的消解體系下消解的時(shí)間相對(duì)米和香菇都較長(zhǎng)，而且長(zhǎng)時(shí)間消解后最終消解液依然存在少量殘?jiān)?，推斷可能是海帶自身有機(jī)質(zhì)含量較高，蛋白質(zhì)種類比較豐富使消解過程耗時(shí)更長(zhǎng)。此外，消解體系混酸中含有高氯酸時(shí)，消解效果較好，同時(shí)可知高氯酸的氧化性相比硫酸與30%過氧化氫要強(qiáng)。因此，不同種類混酸的氧化強(qiáng)度也有一定的差別，是影響消解效果的一個(gè)因素。

分析3種消解體系的酸配比用量得出，以硝酸-過氧化氫-高氯酸作為消解體系時(shí)，酸總用量為10 mL，總體消解時(shí)間短，消解耗較低，消解完成效果較好。以硝酸-過氧化氫-硫酸作為消解體系時(shí)，酸總用量為11 mL，總體消解時(shí)間較長(zhǎng)，消解耗能增高，消解完成效果尚好。以硝酸-高氯酸-硫酸作為消解體系時(shí)，酸總用量為9 mL，總體消解時(shí)間較短，消解耗能較低，消解完成效果較好。

2.5 線性范圍及檢出限

2.5.1 線性范圍。

以金屬元素的質(zhì)量濃度（C）為橫坐標(biāo)、熒光值（IF）為縱坐標(biāo)，在“1.6”儀器工作條件下，儀器繪制出的曲線，汞在0～1.00 μg/L質(zhì)量濃度范圍內(nèi)與其熒光值呈良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為IF=1334.5C-6.243（r=0.999 0）。

2.5.2 檢出限。

在“1.7”試驗(yàn)條件下，以5%鹽酸為載流液，儀器自動(dòng)連續(xù)測(cè)定11次空白溶液，按3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差算出檢出限為0.004 μg/L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.53%。

2.6 回收率

在樣品消解前加入不同量的汞標(biāo)準(zhǔn)工作液，按該方法測(cè)定汞的含量，在3個(gè)消解體系處理下，樣品消解后測(cè)定的數(shù)據(jù)及回收率具體結(jié)果見表4～6。

正常情況下，合理的回收率為95%～105%。在3種消解體系的處理下，米中汞的回收率為95.4%-108.1%，其中在消解體系1和3條件處理下，加標(biāo)回收率都達(dá)到較好水平；海帶中汞的回收率為95.2%～98.0%，在消解體系1條件處理下，加標(biāo)回收率為98.0%，效果較好；香菇中汞的回收率為96.4%～105.0%，在消解體系1條件處理下，加標(biāo)回收率為99.5%，效果較好。由此認(rèn)為，樣品在消解體系1的處理下測(cè)定汞的準(zhǔn)確度高，消解體系3次之，第三是消解體系2。

3 結(jié)論與討論

3.1 酸的濃度及氧化強(qiáng)度影響消解完成效果

通過比較分析，濕法消解中改變不同消解體系的處理，對(duì)使用原子熒光光譜法測(cè)定汞存在一定的影響。影響主要表現(xiàn)在消解的完成效果上，從而影響汞的測(cè)定。消解處理主要是使待測(cè)樣品的有機(jī)質(zhì)或還原性物質(zhì)被徹底氧化破壞，從而使待測(cè)元素分離出來達(dá)到富集的目標(biāo)。因?yàn)橄怏w系中每種酸的濃度及氧化性強(qiáng)度均有差異，所以不同種類酸的配比與疊加，對(duì)消解過程中有機(jī)物的徹底氧化有關(guān)鍵的影響。濃度高酸性強(qiáng)的酸相比較弱酸性氧化劑更容易使待測(cè)物徹底氧化。試驗(yàn)消解體系中的高氯酸是強(qiáng)氧化性酸，酸性最強(qiáng)，具有強(qiáng)氧化性，而30%過氧化氫則為弱酸性氧化劑，氧化性三者中最低。試驗(yàn)中，含有高氯酸的消解體系1與消解體系3消解效果比不含高氯酸的消解體系2好。

3.2 消解體系的適宜溫度對(duì)汞元素的影響

不同的消解體系適宜不同溫度的消解體系，例如硝酸適合在80～120 ℃的消解體系，硫酸適合在340 ℃左右的消解體系，硝酸-高氯酸的混酸適合在140～200 ℃的消解體系，硝酸-硫酸的混酸適合120～200 ℃的消解體系，硝酸-雙氧水適合95～130 ℃的消解體系。此次試驗(yàn)中待測(cè)元素汞具有易揮發(fā)的物理特性，因此溫度較高的消解體系增大了汞元素?fù)]發(fā)散失的可能性，溫度過低，則個(gè)別混酸體系達(dá)不到較好的消解效果，都對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響。在此次試驗(yàn)中，消解體系為硝酸-過氧化氫-硫酸的混酸時(shí)，雖然消解前經(jīng)過一晚的浸泡，但由于各種酸的適宜消解溫度有一定差別，導(dǎo)致消解時(shí)溫度難以協(xié)調(diào)，消解效果不佳，影響后續(xù)數(shù)值的測(cè)定。

3.3 待測(cè)物自身特征影響消解效果

待測(cè)樣品自身特性存在一些影響消解進(jìn)行的因素。有研究表示，待測(cè)樣品中鈣離子含量較高時(shí)，則不適宜使用含有硫酸的消解體系進(jìn)行消解，因?yàn)殁}離子容易與硫酸根離子形成具有一定黏度的微溶物，影響消解進(jìn)行[11]，消解完成度不高，故進(jìn)行數(shù)值測(cè)定時(shí)準(zhǔn)確度就下降。此外，待測(cè)樣品本身有機(jī)質(zhì)含量是否較高，是否含有較多金屬元素等。試驗(yàn)中，海帶、香菇有機(jī)質(zhì)含量較高，相對(duì)米消解耗時(shí)更長(zhǎng)，需要的溫度高，增大了汞元素?fù)]發(fā)散失的可能性，從而影響測(cè)定。

3.4 不同消解體系對(duì)原子熒光法測(cè)定汞的影響

在以10%硝酸-30%過氧化氫-高氯酸作為消解體系時(shí)，含有強(qiáng)氧化性的高氯酸，消解溫度為130～150 ℃。溫度適宜，在此溫度下過氧化氫分解出活性氧，大幅度提高了混酸的氧化能力，用時(shí)短，避免了汞揮發(fā)散失，樣品消解效果好，測(cè)定數(shù)值準(zhǔn)確度高。

在以10%硝酸-30%過氧化氫-10%硫酸作為消解體系時(shí)，混酸氧化強(qiáng)度中等，消解溫度為130～150 ℃。消解耗時(shí)較長(zhǎng)，增大了汞元素?fù)]發(fā)散失可能性，樣品消解效果不佳，消解液殘余酸，測(cè)定數(shù)值準(zhǔn)確度較低。

在以10%硝酸-高氯酸-10%硫酸作為消解體系時(shí)，含有強(qiáng)氧化性的高氯酸，消解溫度為130～150 ℃。此時(shí)消解效果尚好，高氯酸與硫酸的疊加使用沒有使混酸氧化能力大幅提升，消解效果不如消解體系 趕酸過程較長(zhǎng)，測(cè)定數(shù)值準(zhǔn)確度不高。

3.5 尚待解決的問題

經(jīng)過對(duì)試驗(yàn)中一些操作設(shè)定的反思，發(fā)現(xiàn)試驗(yàn)存在一些問題尚需要深入研究。一是測(cè)定時(shí)介質(zhì)的選擇為鹽酸，但有研究認(rèn)為，雖然以硫酸、鹽酸、硝酸為介質(zhì)時(shí)其靈敏度相近，但應(yīng)根據(jù)消解時(shí)所用酸做參考決定。此次試驗(yàn)因?yàn)槭褂玫氖腔焖岬南怏w系，選擇不在試驗(yàn)混酸名單內(nèi)的鹽酸作為介質(zhì)是否會(huì)對(duì)測(cè)定結(jié)果產(chǎn)生影響仍需進(jìn)一步探究。二是關(guān)于混酸的配比，此次試驗(yàn)中混酸的配制參考了一些測(cè)定食物中汞的研究文獻(xiàn)[12]，里面混酸的種類多為2種[13]，此次試驗(yàn)中用硝酸、高氯酸、硫酸和過氧化氫按不同比例制成的混酸體系進(jìn)行前處理，雖初步得出個(gè)別混酸體系的處理對(duì)原子熒光法測(cè)定汞有良好的效果，但針對(duì)混酸中酸的量的配比仍需要進(jìn)一步探究，以得到一個(gè)更為準(zhǔn)確的混酸消解體系。

4 小結(jié)

該試驗(yàn)旨在探究不同消解體系對(duì)原子熒光法測(cè)定汞的影響，通過分析數(shù)據(jù)找到一種適宜的測(cè)定食品中汞的濕法消解處理體系。試驗(yàn)結(jié)果表明，相比國(guó)標(biāo)[14]方法一中消解用液的使用量與儀器配制要求，認(rèn)為消解體系為硝酸-過氧化氫-高氯酸時(shí)樣品消解效果較好，用時(shí)短，耗能低，消解液加入硫脲作為掩蔽劑后使用氫化物原子熒光光譜法測(cè)定的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確度高，酸用量少，測(cè)定成本降低并且更快捷，適宜多種類樣品的同時(shí)測(cè)定，更簡(jiǎn)便。

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