影響原子熒光測(cè)量乳制品中總砷含量熒光值的因素研究

文/陳柏錫 陳茂姣 鄧燕琴 何娓娓 曾燕萍 黃艷艷

（四川新希望乳業(yè)有限公司洪雅陽(yáng)平分公司）

近年來(lái)，隨著我國(guó)人民生活質(zhì)量的改善，人們的飲食更加注重健康和營(yíng)養(yǎng)。乳和乳制品越來(lái)越被廣大消費(fèi)者所認(rèn)可。乳品企業(yè)應(yīng)對(duì)乳制品中的安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行檢驗(yàn)，以保證食品安全。其中，總砷含量屬于安全風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)之一，檢測(cè)乳制品中總砷含量的常規(guī)方法為GB 5009.11—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》中的第二法——?dú)浠锇l(fā)生原子熒光光譜法，使用原子熒光光度計(jì)對(duì)乳制品中的總砷含量進(jìn)行定量檢測(cè)。由于該方法使用的是外標(biāo)法定量，因此，標(biāo)準(zhǔn)曲線的質(zhì)量直接影響最終檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。本文以北京吉天AFS-830原子熒光光度計(jì)為研究對(duì)象，針對(duì)影響總砷標(biāo)準(zhǔn)曲線熒光值的因素進(jìn)行了試驗(yàn)分析和數(shù)據(jù)處理，得出合適的參數(shù)以保證乳制品中總砷含量的檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確、可靠。本文分析的影響因素和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法同樣適用于其他乳制品的儀器檢驗(yàn)，對(duì)檢測(cè)乳制品中的風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)具有一定的參考價(jià)值。

1 試驗(yàn)儀器與試劑

（1）試驗(yàn)儀器

原子熒光光度計(jì)：北京吉天儀器有限公司，型號(hào)為AFS-830；空心陰極燈（砷燈）：北京有色金屬研究總院，型號(hào)為As-1；原子化器：氬氫火焰屏蔽式雙層石英爐原子化器；載氣：高純氬氣（≥99.99%）。載氣系統(tǒng)、泵管系統(tǒng)、光電倍增管等均為儀器自配。

（2）試驗(yàn)試劑

濃硝酸：西格瑪硝酸，優(yōu)級(jí)純（GR）；硫脲：天津市光復(fù)精細(xì)化工研究總院，優(yōu)級(jí)純（GR）；抗壞血酸：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純（GR）；氫氧化鉀：成都金山化學(xué)試劑有限公司，優(yōu)級(jí)純（GR）；硼氫化鉀：天津市大茂化學(xué)試劑廠，優(yōu)級(jí)純（GR）；超純水：自制。

2 試驗(yàn)方案

（1）元素?zé)綦娏?/p>

元素?zé)舻碾娏髟试S范圍為0～150 mA，最小變化量1 mA。日常檢測(cè)，砷燈常用的電流值在60 mA。本研究以60 mA為中點(diǎn)，以5 mA為步進(jìn)值，調(diào)節(jié)砷燈電流為50～80 mA，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

表1 熒光值與燈電流的關(guān)系

（2）檢測(cè)器負(fù)高壓

檢測(cè)器的負(fù)高壓允許范圍為200～500 V，最小變化量1 V。最常用的負(fù)高壓為270 V，故以270 V為中點(diǎn)，5 V為步進(jìn)值，調(diào)節(jié)檢測(cè)器負(fù)高壓為250～280 V，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

（3）載氣流量

吉天AFS-830型號(hào)的原子熒光儀器載氣的最小通量為300 mL/min，載氣通量利用電磁閥控制。電磁閥設(shè)置氣體流量的最小變化量為100 mL/min。本研究以最小通量300 mL/min為起點(diǎn)，以最小變化量100 mL/min為步進(jìn)值，調(diào)節(jié)載氣流量為300～800 mL/min，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

（4）屏蔽氣流量

和載氣通路相同，屏蔽氣流量也由電磁閥控制，最小變化量為100 mL/min。當(dāng)電磁閥關(guān)閉時(shí)，屏蔽器最小流量為500 mL/min。本研究以最小通量500 mL/min為起點(diǎn)，以最小變化量100 mL/min為步進(jìn)值，調(diào)節(jié)載氣流量至500～1 200 mL/min，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

（5）還原劑濃度

圖1 熒光值與燈電流的關(guān)系

在對(duì)砷的檢測(cè)中，還原劑起到和樣品中的砷反應(yīng)生成AsH3氣體的作用，故還原劑濃度的選取十分關(guān)鍵。本研究采用KBH4為還原劑，以最常用的1.5%為中點(diǎn)，0.5%為步進(jìn)值，配制濃度為0.5%～2.5%的還原劑，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

（6）載流濃度

在日常檢測(cè)中，載流濃度一般選擇5.0%。本研究以5.0%濃度為中點(diǎn)，2.0%為步進(jìn)值，配制濃度為1.0%～9.0%的載流，觀察砷標(biāo)準(zhǔn)曲線各點(diǎn)的熒光值變化情況，并整理成表。

3 數(shù)據(jù)與分析

（1）燈電流

熒光值與燈電流的關(guān)系見(jiàn)表1、圖1。

本試驗(yàn)將燈電流的測(cè)試范圍控制在50～80 mA，確保陰極燈處于正常的工作狀態(tài)。通過(guò)表1可以看出，在燈電流從50 mA逐漸升高到80 mA的過(guò)程中，其標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性度R2均大于0.99，線性度良好，且最高點(diǎn)熒光值的標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)均符合檢測(cè)要求。

由圖1可以看出，在陰極燈的正常工作電流范圍內(nèi)，隨著燈電流的增強(qiáng)，熒光值也隨之增加，兩者呈正比關(guān)系。當(dāng)燈電流在80 mA時(shí)，最高標(biāo)準(zhǔn)點(diǎn)的熒光值可達(dá)到1 500以上。

（2）負(fù)高壓

熒光值與負(fù)高壓的關(guān)系見(jiàn)表2、圖2。

通過(guò)表2可以看出，隨著光電倍增管負(fù)高壓的增高，標(biāo)準(zhǔn)曲線的熒光值也在逐漸升高。負(fù)高壓決定了檢測(cè)器的放大倍數(shù)，在檢測(cè)器的工作電壓范圍內(nèi)，提高負(fù)高壓可以得到更高的熒光值。

表2 熒光值與負(fù)高壓的關(guān)系

表3 熒光值與載氣流速的關(guān)系

通過(guò)圖2可以清晰地看出，熒光值和負(fù)高壓并不是呈標(biāo)準(zhǔn)的線性關(guān)系，當(dāng)光電倍增管的負(fù)高壓超過(guò)一定范圍后（265 V左右），熒光值的增長(zhǎng)速率明顯加快。

（3）載氣量

熒光值與載氣流速的關(guān)系見(jiàn)表3、圖3。

原子熒光分光光度計(jì)的載氣流速的最小調(diào)節(jié)單位是100 mL/min。將載氣從最小流量逐漸提高，熒光值的信號(hào)會(huì)明顯提升，當(dāng)載氣流速達(dá)到特定值500 mL/min時(shí)，熒光值達(dá)到最高值，繼續(xù)增大載氣流速，熒光值反而減小。

其原因是由于適當(dāng)提高載氣流速，可以提高在一定時(shí)間內(nèi)被點(diǎn)燃的氫化物氣體量，從而達(dá)到提高熒光值的效果。但這一現(xiàn)象會(huì)在一定流速下飽和，此時(shí)繼續(xù)增大載氣流速會(huì)使氫化物氣體逸散，使熒光值降低。

圖2 熒光值與負(fù)高壓的關(guān)系

圖3 熒光值與載氣流速的關(guān)系

表4 熒光值與屏蔽氣的關(guān)系

表5 熒光值與載流濃度的關(guān)系

（4）屏蔽氣

熒光值與屏蔽氣的關(guān)系見(jiàn)表4、圖4。

和載氣不同的是，屏蔽氣雖然也是氬氣，但環(huán)繞在雙層石英爐芯的外側(cè)，起到隔絕外界空氣、保護(hù)內(nèi)部氫化物氣體和原子化過(guò)程的作用。通過(guò)圖4可以看到，一開(kāi)始通過(guò)提高屏蔽氣的流量，可以有效提高熒光值；當(dāng)屏蔽氣流速達(dá)到1 000 mL時(shí)，熒光值達(dá)到最大值；繼續(xù)增加屏蔽氣的流量，熒光值反而降低。原因是屏蔽氣的流量過(guò)大會(huì)影響爐芯內(nèi)層氣路的穩(wěn)定，導(dǎo)致熒光值降低。

（5）載流濃度

熒光值與載流濃度的關(guān)系見(jiàn)表5、圖5。

載流是不同濃度的稀硝酸，其作用是和還原劑反應(yīng)生成氫氣并為系統(tǒng)提供酸性環(huán)境。當(dāng)還原劑的濃度一定時(shí)，載流的濃度變化對(duì)系統(tǒng)的熒光值沒(méi)有太大影響。一般情況下將載流濃度設(shè)置為5.0%左右，即可達(dá)到理想的實(shí)驗(yàn)效果。

圖4 熒光值與屏蔽氣的關(guān)系

圖5 熒光值與載流濃度的關(guān)系

表6 熒光值與還原劑濃度的關(guān)系

（6）還原劑濃度

熒光值與還原劑濃度的關(guān)系見(jiàn)表6、圖6。

還原劑和制備好的樣品溶液發(fā)生反應(yīng)生成氫化物氣體，這一過(guò)程和原理是該實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。當(dāng)還原劑的濃度＜0.5%時(shí)，產(chǎn)生的氫化物氣體量過(guò)少，熒光值信號(hào)幾乎為零，標(biāo)準(zhǔn)曲線也不存在線性關(guān)系；提高還原劑濃度到1.0%時(shí)，熒光值的響應(yīng)升高，曲線呈現(xiàn)一定的線性關(guān)系，但線性度仍＜0.99，且熒光值遠(yuǎn)不足以滿足實(shí)驗(yàn)要求。當(dāng)還原劑濃度達(dá)到1.5%甚至更高時(shí)，熒光值劇增，且線性度良好。一般情況下，還原劑濃度在1.5%～2.0%，即可滿足實(shí)驗(yàn)要求。

4 小結(jié)

除實(shí)驗(yàn)室的溫度、濕度等因素會(huì)影響原子熒光的熒光值外，常見(jiàn)的儀器參數(shù)，如負(fù)高壓、燈電流、載氣和屏蔽氣流速也會(huì)影響檢測(cè)的熒光值。直接在軟件上調(diào)節(jié)這些參數(shù)來(lái)使熒光值滿足實(shí)驗(yàn)需求較為方便，通?？梢酝ㄟ^(guò)調(diào)節(jié)某個(gè)或多個(gè)參數(shù)來(lái)達(dá)到此目的。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，熒光值與檢測(cè)器的負(fù)高壓、燈電流呈正比關(guān)系，即燈電流越大、負(fù)高壓越大，熒光值也就越大。但在實(shí)際操作中需要注意，無(wú)論是檢測(cè)器的電壓值還是陰極燈的燈電流，都要在正常工作值范圍內(nèi)進(jìn)行調(diào)節(jié)，一般不超過(guò)最大額定電壓或電流的2/3，否則，長(zhǎng)期的高功率工作會(huì)損傷儀器壽命。

圖6 熒光值與還原劑濃度的關(guān)系

載氣流速和屏蔽氣流速也會(huì)影響熒光值的大小，且變化規(guī)律一致。增加載氣、屏蔽氣流速，熒光值增大；達(dá)到特定流速時(shí)，熒光值信號(hào)也達(dá)到了峰值，繼續(xù)增加流量會(huì)使熒光值減小。在實(shí)際操作中選取稍低于熒光值峰值對(duì)應(yīng)的載氣、屏蔽氣的流速，其原因一方面是熒光值可以滿足實(shí)驗(yàn)要求；另一方面是由于較低的流速可以使熒光值的信號(hào)更加穩(wěn)定，且節(jié)省載氣。

除此之外，試劑的濃度參數(shù)也會(huì)影響熒光值信號(hào)。但載流的濃度對(duì)熒光值信號(hào)的影響不大，一般選取3.0%～5.0%濃度的載流即可提供穩(wěn)定的酸性環(huán)境，并滿足實(shí)驗(yàn)要求。還原劑濃度對(duì)熒光值的影響程度最大也最直接，過(guò)低的還原劑濃度會(huì)使得熒光值幾乎為0，而達(dá)到一定濃度（1.5%左右）后，提高還原劑濃度可以明顯提高熒光值。因此，在實(shí)際操作中，除了調(diào)節(jié)儀器固有的參數(shù)外，適當(dāng)?shù)卣{(diào)節(jié)還原劑的濃度也是使熒光值滿足實(shí)驗(yàn)要求的良好方法。