原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷及形態(tài)砷的研究與分析

張大誠(chéng) 李發(fā)啟 彭燦

[摘要]采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷，操作簡(jiǎn)單，并且快速準(zhǔn)確;采用液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）測(cè)定稻谷中形態(tài)砷。通過(guò)比較總砷和各種形態(tài)砷的含量，可知稻谷中砷主要是以無(wú)機(jī)砷為主，無(wú)機(jī)砷酸含量占總砷含量的55.0%～84.0%，其中主要是以亞砷酸（As3）的形式存在，亞砷酸含量占總砷含量的44.8%～80.7%，其次，是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）形式存在，而以一甲基砷（MMA）形態(tài)存在的非常少。

[關(guān)鍵詞]微波消解-原子熒光光譜法;液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）;總砷;形態(tài)砷;亞砷酸（As3）

中圖分類(lèi)號(hào)：TS207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202001

民為國(guó)基，谷為民命。糧食事關(guān)國(guó)運(yùn)民生，糧食安全是國(guó)家安全的重要基礎(chǔ)[1]。隨著現(xiàn)代人類(lèi)的生活水平越來(lái)越高，環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，人們對(duì)于糧食安全也就越來(lái)越關(guān)注[2-4]。國(guó)際癌癥組織（IARC）早已經(jīng)把砷及其化合物列入為致癌物，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）與世界衛(wèi)生組織（WHO）早在1972年就將砷列為食品中首批污染物之一。砷在自然界主要以亞砷酸（As3）、砷酸（As5）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、砷糖（AsS）等多種形式存在，其中亞砷酸（As3）和砷酸（As5）的毒性遠(yuǎn)大于其他形態(tài)的砷，因此研究稻谷中總砷及形態(tài)砷的含量具有特別重要的意義[5-6]。

目前測(cè)定食品中總砷的方法主要有電感耦合等離子體質(zhì)譜法[7-8]、氫化物發(fā)生原子熒光光譜法[9-11]和銀鹽法[12]，本實(shí)驗(yàn)采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷含量，這與《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》（GB 5009.11-2014）中第二法樣品預(yù)處理的方法有所不同，第二法是以濕法消解樣品為主要的預(yù)處理方法，此種方法需要大量的混酸，所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，有時(shí)干擾也非常嚴(yán)重，這就導(dǎo)致了測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確。而采用微波消解預(yù)處理樣品，樣品消解的時(shí)間會(huì)大大縮短，同時(shí)用酸量少，空白值低有利于痕量檢測(cè)。此外，本實(shí)驗(yàn)中無(wú)機(jī)砷的測(cè)定采用了液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）。稻谷中的無(wú)機(jī)砷經(jīng)稀硝酸提取后，經(jīng)液相色譜進(jìn)行組分分離，分離后各形態(tài)砷在鹽酸介質(zhì)中與KBH4反應(yīng)，生成氣態(tài)砷化合物，借助原子熒光光譜儀進(jìn)行測(cè)定，從而定量分析各形態(tài)砷的含量[13-14]。

1 試驗(yàn)部分

1.1 材料與試劑

40份原始樣品全部來(lái)自2019年常德地區(qū)收獲晚秈稻質(zhì)量調(diào)查的農(nóng)戶。

大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)[GBW（E）100348]：鋼鐵納克檢測(cè)技術(shù)有限公司;砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB 04-1714-2004）：國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心;亞砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08666）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08667）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;一甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08668）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;二甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08669）：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院;硝酸（優(yōu)級(jí)純）、雙氧水（分析純）、鹽酸（優(yōu)級(jí)純）、抗壞血酸（分析純）、硫脲（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、磷酸二氫鉀（分析純）、磷酸氫二鈉（分析純）：國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;硼氫化鉀（優(yōu)級(jí)純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設(shè)備

液相色譜-原子熒光光譜儀（LC-AFS6500）：北京海光儀器有限公司;微波消解儀（ETHOS UP19033969）：萊伯泰科儀器股份有限公司;趕酸板（VB24）：萊伯泰科儀器股份有限公司;水浴恒溫振蕩器（THZ-82）：江蘇金壇區(qū)宏華儀器廠;礱谷機(jī)（BLH-3280K）：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司;錘式旋風(fēng)磨（JXFM110）：浙江伯利恒儀器設(shè)備有限公司;超純水機(jī)（ZWL-PA1-10）：湖南中沃水務(wù)環(huán)?？萍加邢薰?。

1.3 儀器條件

總砷測(cè)定條件：光電倍增管負(fù)高壓300V，燈電流40mA，原子化器高度8mm，載氣為Ar，載氣流量300mL/min，屏蔽氣流量800mL/min，讀數(shù)時(shí)間15s，延遲時(shí)間1.0s。載液：體積分?jǐn)?shù)5%HCl，還原劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%氫氧化鈉和2.5%硼氫化鉀的混合液。

無(wú)機(jī)砷測(cè)定條件：光電倍增管負(fù)高壓300V，燈電流60mA，原子化器高度8mm，載氣為Ar，載氣流量600mL/min，屏蔽氣流量900 mL/min。載液：體積分?jǐn)?shù)10% HCl，還原劑：質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%氫氧化鈉和3.5%硼氫化鉀的混合液。等度洗脫流動(dòng)相：45mmol/L KH2PO4+5mmol/L Na2HPO4，pH值=5.9，流速：1.0mL/min。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 樣品前處理

40份原始樣品經(jīng)礱谷機(jī)脫殼處理，再通過(guò)錘式旋風(fēng)磨磨成糙米粉即可。

總砷含量的測(cè)定：準(zhǔn)確稱(chēng)取0.35g（準(zhǔn)確至0.001g）糙米粉于消解罐中，加入5mL硝酸和2mL雙氧水，蓋好安全閥，放入微波消解儀消解。微波消解分五個(gè)階段：第一階段，功率1 800W，溫度從室溫升到140℃，時(shí)間10min;第二階段，功率1 800W，溫度140℃，保持3min;第三階段，功率1 800W，溫度從140℃升到180℃，時(shí)間10min;第四階段，功率1 800W，溫度180℃，保持25min;第五階段，系統(tǒng)冷卻到室溫。試樣消解完成后，自然冷卻到室溫再打開(kāi)消解罐，放入趕酸板趕酸。趕酸板的溫度設(shè)置160℃，時(shí)間100min。趕酸結(jié)束后，用體積分?jǐn)?shù)5%HCl涮洗消解罐，轉(zhuǎn)移到10mL比色管中，加入1mL 100g/L硫脲+100g/L抗壞血酸混合液，再用體積分?jǐn)?shù)5%HCl定容，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)。反應(yīng)30min后，上機(jī)測(cè)定。

無(wú)機(jī)砷含量的測(cè)定：準(zhǔn)確稱(chēng)取1.0g（準(zhǔn)確至0.001g）糙米粉于50mL塑料離心管中，加入20mL 0.15mol/L硝酸溶液，放置過(guò)夜。第二天將離心管置于90℃水浴恒溫振蕩器中熱浸提2.5h，每0.5h振蕩1min。提取完畢后，取出離心管自然冷卻到室溫再離心。離心機(jī)的轉(zhuǎn)速8 000r/min離心15min即可。離心完之后，取上層清液，經(jīng)0.45um有機(jī)濾膜過(guò)濾，上機(jī)測(cè)定。

1.4.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

測(cè)總砷的標(biāo)曲配制：分別準(zhǔn)確移取1ug/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液0mL、0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL到25mL容量瓶中（各相當(dāng)于砷的質(zhì)量濃度0ug/L、2ug/L、4ug/L、6ug/L、8ug/L、10ug/L），加入2.5mL 100g/L硫脲+100g/L抗壞血酸混合液，再用體積分?jǐn)?shù)5%HCl定容，反應(yīng)30min后，上機(jī)測(cè)定。

無(wú)機(jī)砷的標(biāo)曲配制：分別準(zhǔn)確移取1ug/mL的砷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液0mL、0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、2.5mL到25mL容量瓶中（各相當(dāng)于各形態(tài)砷的質(zhì)量濃度0ug/L、10ug/L、20ug/L、40ug/L、80ug/L、100ug/L），加水定容，上機(jī)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍

總砷含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得結(jié)果如圖1所示，砷的濃度在0～10ug/L范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=135.452 2X–16.057 7，相關(guān)系數(shù)為0.999 2。

形態(tài)亞砷酸（As3）的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得結(jié)果如圖2所示，亞砷酸（As3）的濃度在0～100ug/L呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=392.862 5X+219.958 4，相關(guān)系數(shù)為0.999 4。

形態(tài)二甲基砷（DMA）的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得結(jié)果如圖3所示，二甲基砷（DMA）的濃度在0～100ug/L呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=337.568 8X-63.020 3，相關(guān)系數(shù)為0.999 2。

形態(tài)一甲基砷（MMA）的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得結(jié)果如圖4所示，一甲基砷（MMA）的濃度在0～100ug/L呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=354.614 0X-112.785 9，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。

形態(tài)砷酸（As5）的標(biāo)準(zhǔn)曲線測(cè)得結(jié)果如圖5所示，砷酸（As5）濃度在0～100ug/L呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為Y=263.798 0X-101.432 4，相關(guān)系數(shù)為0.999 8。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中總砷和無(wú)機(jī)砷樣品的測(cè)定

按照本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中總砷和無(wú)機(jī)砷分別進(jìn)行6次測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表1所示，計(jì)算出6次測(cè)定值與樣品標(biāo)準(zhǔn)值相差很小，絕對(duì)誤差在可信范圍之內(nèi)，說(shuō)明本試驗(yàn)方法測(cè)定總砷和無(wú)機(jī)砷的結(jié)果準(zhǔn)確，可以使用;另外總砷和無(wú)機(jī)砷6次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為4.0%和5.2%，表明本試驗(yàn)方法的精密度良好。

2.3 加標(biāo)回收率的測(cè)定

按照本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)5份樣品進(jìn)行總砷加標(biāo)回收測(cè)定，分別添加相同含量的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定結(jié)果如表2所示，發(fā)現(xiàn)總砷測(cè)定的加標(biāo)回收率為98.7%～107.8%，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果較滿意。

按照本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)5份同樣的樣品進(jìn)行無(wú)機(jī)砷加標(biāo)回收測(cè)定，分別添加不同含量的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，測(cè)定結(jié)果如表3所示，發(fā)現(xiàn)無(wú)機(jī)砷測(cè)定的加標(biāo)回收率為87.7%～100.8%，加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果較滿意。

2.4 樣品中總砷及形態(tài)砷的測(cè)定分析

按照本實(shí)驗(yàn)方法對(duì)40份稻谷樣品總砷及形態(tài)砷進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如表4所示。研究表明本批晚秈稻谷中砷主要是以無(wú)機(jī)砷為主，無(wú)機(jī)砷酸含量占總砷的含量為55.0%～84.0%，其中主要是以亞砷酸（As3）形式存在，亞砷酸含量占總砷的含量為44.8%～80.7%，其次是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）的形式存在，一甲基砷（MMA）形態(tài)存在的很少。

3 結(jié) 論

本文主要通過(guò)原子熒光光譜法對(duì)晚秈稻谷中總砷及形態(tài)砷進(jìn)行了研究，建立了微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷。該方法操作簡(jiǎn)單快速，結(jié)果準(zhǔn)確度高，可作為食品中總砷測(cè)定的一種快速檢測(cè)方法;同時(shí)采用液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）測(cè)定稻谷中無(wú)機(jī)砷。通過(guò)研究比較總砷和各種形態(tài)砷的含量，發(fā)現(xiàn)晚秈稻谷中的砷主要是以亞砷酸（As3）形式存在，最高含量占總砷含量的80.7%。

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