原子熒光光譜(AFS)和石墨爐原子吸收光譜(GFAAS)法測定富硒糧食中硒含量

李 鴻 蔣越華 秦玉燕 甘志勇*

(1.廣西壯族自治區(qū)亞熱帶作物研究所，南寧 530002；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全風(fēng)險(xiǎn)評估實(shí)驗(yàn)室(南寧)，南寧 530002；3.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部亞熱帶果品蔬菜質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心，南寧 530002)

前言

硒是人體必需微量元素。20世紀(jì)50 年代，由于我國先后發(fā)生因人體嚴(yán)重缺硒而導(dǎo)致的克山病、大骨節(jié)病及牲畜所患的白肌病，也發(fā)生人體長期過量攝入硒而產(chǎn)生的恩施地區(qū)硒中毒的脫發(fā)脫甲病，均是典型的地方性疾病。硒具有抗氧化、延緩衰老、抗腫瘤、預(yù)防心腦血管疾病與胃腸道疾病、提高機(jī)體免疫力等多種生物活性被報(bào)道，其具有生物效應(yīng)兩面性，因此應(yīng)關(guān)注人體硒需要量和安全攝入量。

目前，我國提高硒營養(yǎng)狀態(tài)的措施是推行硒制劑、硒食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑和富硒產(chǎn)品。在富硒環(huán)境中種植、養(yǎng)殖，或者通過施硒肥、硒培養(yǎng)基或提取工藝等措施得到含有不同硒化物的各種富硒食品或產(chǎn)品[1]。硒制劑、硒食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑、硒鹽(添加亞硒酸鈉)均可以按人體需要進(jìn)行定量、精確補(bǔ)硒，有國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)等措施監(jiān)管，在對確診為缺硒的人群補(bǔ)硒工作中起了巨大作用，已證明是安全、有效的，但其主要是向確診為缺硒的人群補(bǔ)硒，不宜向無病癥的輕微缺硒人群推廣補(bǔ)硒。從補(bǔ)硒安全性、便捷性和易推廣、以及生產(chǎn)數(shù)量優(yōu)勢等方面考慮，富硒糧食適合大多數(shù)普通人群補(bǔ)硒。

實(shí)際生產(chǎn)中，富硒糧食中硒含量較難保持穩(wěn)定，會(huì)隨季節(jié)年份、生產(chǎn)方式而變化，有時(shí)可能達(dá)不到富硒技術(shù)要求，需要對產(chǎn)品進(jìn)行質(zhì)量控制；而準(zhǔn)確、快速、低成本的硒檢測方法是生產(chǎn)中質(zhì)量控制的有效工具。硒的檢測方法有電感耦合等離子體質(zhì)譜(ICP-MS)法[2]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜(ICP-AES)法[3]、AFS[4-5]、GFAAS、紫外分光光度(UV)法、分子熒光光譜(MFS)法等；其中AFS是測定食品中硒的國家標(biāo)準(zhǔn)方法的第一法[6]，GFAAS法也有較多文獻(xiàn)報(bào)道[7]，有快速、低成本的優(yōu)點(diǎn)，適合生產(chǎn)監(jiān)管的檢測工作，但也面臨方法選擇和優(yōu)化的問題。本實(shí)驗(yàn)測試富硒糧食中硒含量，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方法，比較AFS和GFAAS方法的測試結(jié)果、特點(diǎn)及適用條件，為生產(chǎn)管理監(jiān)控富硒糧食中硒含量提供檢測技術(shù)支持。

分別采用優(yōu)化的AFS、GFAAS方法，測定國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10045大米中硒，測定結(jié)果均準(zhǔn)確；以及測定實(shí)際糧食樣品中硒，方法間測定結(jié)果一致性較好。AFS、GFAAS方法均適用于富硒糧食的硒含量測定工作。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

美國瓦里安AA 240Z型石墨爐原子吸收光譜儀，塞曼扣背景，附帶自動(dòng)進(jìn)樣器；北京吉天933型原子熒光光譜儀；北京萊伯泰科EHD36石墨消解儀；美國CEM公司 MARS 6微波消解儀，能進(jìn)行溫度控制。

硒標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(100 mg/L)：中國計(jì)量科學(xué)研究院標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)080215，逐級稀釋至所需的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。稀釋介質(zhì)為HNO3(1%)。

膠體鈀(ColpdTM)。

配制涂層鹽溶液母液，其中金屬元素濃度分別為：鉭40 g/L、鈀4 g/L、鎳40 g/L、銅1 g/L等。

試劑均為優(yōu)級純，實(shí)驗(yàn)用水為一級水(電阻率≥18.25 MΩ·cm)。

所使用的玻璃儀器均用洗滌劑于超聲波清洗儀洗凈，水沖洗干凈晾干，再浸泡于HNO3(1+2)洗液中24 h以上，水沖洗數(shù)遍，晾干，備用。

1.2 樣品制備

將糧食樣品置于80 ℃電熱干燥箱中烘干，用粉碎機(jī)將樣品粉碎，并過孔徑180 μm網(wǎng)篩，備用。

1.3 樣品消解

微波消解方法。稱取0.5 g(精確至0.000 1 g)樣品，置于變性特氟隆消解罐內(nèi)，加4 mL HNO3和2.0 mL H2O2，密閉，進(jìn)行微波消解。程序升溫：25 min 階梯升溫至190 ℃，保持5 min，使樣品完全消解。待消解罐溫度降至近室溫，取出消解罐，轉(zhuǎn)移溶液至25 mL容量瓶中，用水定容，消解溶液澄清、透明，備用。樣品取5個(gè)平行，空白實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

石墨消解方法。稱取0.5 g(精確至0.000 1 g)樣品，置于消解管內(nèi)，加8 mL HNO3，加蓋回流(不擰緊)，采用石墨消解儀消解，于120 ℃保持60 min，升至150 ℃保持60 min，使樣品完全消解；降溫至120 ℃開蓋進(jìn)行趕酸，至剩余溶液約0.5 mL，轉(zhuǎn)移溶液至10 mL容量瓶中，用水定容，消解溶液澄清、透明，備用。樣品取5個(gè)平行，空白實(shí)驗(yàn)同時(shí)進(jìn)行。

原子熒光光譜法的消解溶液酸度控制和還原處理：上述得到的樣品消解液，在120 ℃進(jìn)行消解溶液的趕酸，至剩余溶液約0.5 mL，加入5 mL HCl(6 mol/L)并保持沸騰20 min進(jìn)行硒的還原，取下，冷卻，用水定容至10 mL，備用。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 石墨管自制涂層

配備4種涂層制備溶液：A.鉭溶液(40 g/L)；B.鉭(26 g/L)+鈀(1.3 g/L)混合溶液；C.鉭(20 g/L)+鈀(1 g/L)+鎳(10 g/L)混合溶液；D.鉭(26 g/L)+鎳(13 g/L)混合溶液。分別取4種涂層制備溶液進(jìn)行石墨管涂層的涂布，在同一批次的熱解涂層石墨管上制備出鉭涂層、鉭鈀涂層、鉭鈀鎳涂層、鉭鎳涂層等新涂層。

石墨管涂層制備方法：利用石墨爐原子吸收光譜儀的熱進(jìn)樣和程序升溫等功能，運(yùn)行程序自動(dòng)對石墨管涂布涂層[8]。

1.4.2 儀器工作條件

石墨爐原子吸收光譜儀，塞曼扣除背景，氬氣為保護(hù)氣。稀釋液為HNO3(1%)，儀器工作條件，燈電流9.0 mA，光譜帶寬1.0 nm，分析線196.0 nm，樣品溶液進(jìn)樣量10 μL，化學(xué)基體改進(jìn)劑進(jìn)樣量5 μL(與樣品溶液共進(jìn)樣)，信號采集方式為峰面積，石墨爐升溫程序見表1。

表1 石墨爐升溫程序Table 1 Program of graphite furnace

原子熒光光譜儀，負(fù)高壓270 V，燈電流80 mA，爐高10 mm，載氣流速400 mL/min，屏蔽氣流速800 mL/min，原子化器溫度200 ℃，進(jìn)樣體積1 mL，讀數(shù)方式峰面積，延遲時(shí)間0.8 s，讀數(shù)時(shí)間8 s。

1.4.3 實(shí)驗(yàn)步驟

石墨爐原子吸收光譜法采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定。由50 μg/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)自動(dòng)進(jìn)樣器自動(dòng)稀釋進(jìn)樣，按0、5、10、20、40 μg/L的濃度繪制出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；工作曲線A=0.016 5ρ-0.001 97，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 5；再進(jìn)行樣品測定。

原子熒光光譜法采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法測定。分別吸取一定量的硒標(biāo)準(zhǔn)溶液于消解管，加5 mL HCl(6 mol/L)，并在電熱保持沸騰20 min進(jìn)行硒的還原，取下，冷卻，用水定容至10 mL，按0、1、2、4、8、10 μg/L的濃度制備上機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)溶液，上機(jī)制出標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；工作曲線I=72.859 3ρ+1.734 3，標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)為0.999 9；進(jìn)行樣品測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 化學(xué)基體改進(jìn)劑優(yōu)化

石墨爐原子吸收光譜法測定糧食中硒，原子化時(shí)背景值較高，主要是存在基質(zhì)干擾，為了降低或消除干擾，采用添加化學(xué)基體改進(jìn)劑的方法，可提高灰化溫度、揮發(fā)基質(zhì)，盡量在原子化前去除干擾物質(zhì)。參考相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道[9]，分別選用了硫酸銅(銅1 g/L)、硝酸鎳(鎳10 g/L)、硝酸鈀(鈀0.5 g/L)、膠體鈀(母液)等作為化學(xué)基體改進(jìn)劑，進(jìn)行樣品測試、樣品加標(biāo)測試和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測試的實(shí)驗(yàn)。膠體鈀的實(shí)驗(yàn)效果最好，樣品測試結(jié)果基本達(dá)到定量檢測的要求，即硒加標(biāo)回收率80%～120%、標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)硒含量在證書值范圍，但是僅限于原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管上使用，其使用成本較高；在使用某國產(chǎn)熱解涂層石墨管時(shí)，則無法準(zhǔn)確測定樣品中硒含量(加標(biāo)回收率<60%)。使用其余的化學(xué)基體改進(jìn)劑時(shí)，無法準(zhǔn)確測定樣品中較低含量的硒(加標(biāo)回收率<50%)。

為了能使用成本較低的國產(chǎn)石墨管(價(jià)格僅為原裝進(jìn)口石墨管的1/3)，采用混合鹽溶液作為化學(xué)基體改進(jìn)劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)使用混合溶液基改劑鉬(40 mg/L)+膠體鈀的效果比單獨(dú)使用膠體鈀更好，且在原裝進(jìn)口和國產(chǎn)的石墨管上使用的效果相當(dāng)(加標(biāo)回收率80%～120%)。

2.2 石墨管涂層實(shí)驗(yàn)

為了降低原子化時(shí)背景，對石墨管增加了涂層。采用自動(dòng)涂布鉭鈀合金層在石墨管內(nèi)壁的方法[8]，在同一批次的熱解涂層石墨管上分別涂布了鉭涂層A、鉭鈀涂層B、鉭鈀鎳涂層C、鉭鎳涂層D等4種涂層，隨后進(jìn)行樣品測定、樣品加標(biāo)測定和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測定(并以硝酸鈀溶液為基體改進(jìn)劑)，均能繪制出相關(guān)系數(shù)大于0.995的標(biāo)準(zhǔn)工作曲線；但是樣品測定結(jié)果有差異，僅鉭鎳涂層D石墨管的樣品測定結(jié)果達(dá)到定量檢測的要求(加標(biāo)回收率80%～120%)，其余3種涂層的石墨管未能準(zhǔn)確測定樣品中硒的含量；推測不同涂層對消除上機(jī)測定時(shí)干擾因子的能力不同。

2.3 優(yōu)化結(jié)果歸納

在實(shí)驗(yàn)儀器條件下，使用原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管、國產(chǎn)熱解涂層石墨管、及4種自制涂層石墨管分別考察多種化學(xué)基體改進(jìn)劑，只有原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管配合膠體鈀、原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管配合混合溶液基體改進(jìn)劑[鉬(40 mg/L)+膠體鈀]、國產(chǎn)熱解涂層石墨管混合溶液基體改進(jìn)劑[鉬(40 mg/L)+膠體鈀]、自制鉭鎳涂層石墨管配合硝酸鈀，4種配比組合樣品測定結(jié)果基本達(dá)到定量檢測的要求。因?yàn)?，原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管、國產(chǎn)熱解涂層石墨管有共同適合混合溶液基體改進(jìn)劑[鉬(40 mg/L)+膠體鈀]，原裝進(jìn)口熱解涂層石墨管還適合膠體鈀，自制鉭鎳涂層石墨管只有單一適用硝酸鈀，其關(guān)鍵點(diǎn)在于涂層的不同，推測GFAAS法測硒時(shí)石墨管涂層的性質(zhì)不同，適合使用的化學(xué)基體改進(jìn)劑也不同。

2.4 原子熒光光譜方法優(yōu)化

參考國家標(biāo)準(zhǔn)方法[6]，對樣品消解方法、樣品消解液還原條件、上機(jī)測定條件3個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化。樣品消解方法的優(yōu)化，根據(jù)糧食成分組成特性，減少酸的用量和種類(僅用硝酸)，程序控溫(精確控制溫度和時(shí)間)；樣品消解液還原條件，精確控制還原條件，對樣品消解液趕酸至約0.5 mL時(shí)加入5 mL HCl(6 mol/L)在120 ℃保持沸騰20 min進(jìn)行硒的還原(時(shí)間留有盈余)；上機(jī)測定條件根據(jù)儀器的最佳性能進(jìn)行優(yōu)化。

2.5 檢出限

用11個(gè)樣品空白溶液進(jìn)行測定，取響應(yīng)值的3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差除以標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率的方法計(jì)算檢出限。石墨爐原子吸收光譜法的方法檢出限為0.6 μg/L；原子熒光光譜法的方法檢出限為0.2 μg/L。

2.6 樣品分析結(jié)果及精密度

采用以上優(yōu)化的方法對國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10045大米中硒進(jìn)行測定，分析結(jié)果和精密度見表2，結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值基本一致，方法準(zhǔn)確，精密度良好。

表2 標(biāo)準(zhǔn)樣品分析Table 2 Analytical results of standard samples(n=5)

采用以上優(yōu)化的方法對實(shí)際樣品進(jìn)行檢測，分析結(jié)果和精密度見表3。

表3 樣品分析Table 3 Analytical results of samples(n=5)

3 結(jié)論

1)分別用了AFS、GFAAS法測定富硒糧食中硒含量，比較了2種方法的測定結(jié)果，結(jié)果基本一致，均能滿足富硒糧食中硒測定的要求，但是每種方法均有其優(yōu)缺點(diǎn)，在樣品測定時(shí)可根據(jù)實(shí)驗(yàn)室實(shí)際條件選擇適合的方法。AFS法優(yōu)點(diǎn)是檢出限相對較低，能檢出較低含量的硒；缺點(diǎn)是需要對消解液進(jìn)行趕酸和還原其中硒，是準(zhǔn)確測定硒的前提條件，其增加了時(shí)間和實(shí)驗(yàn)操作難度。GFAAS法優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)時(shí)間相對較短，操作簡便、易控制條件；缺點(diǎn)是檢出限相對較高，但是針對富硒糧食中硒含量范圍能滿足測定的要求。

2)實(shí)驗(yàn)方法應(yīng)注意的關(guān)鍵點(diǎn)：AFS法需要嚴(yán)格控制樣品待測液的酸度和硒價(jià)態(tài)，因?yàn)橥瑵舛鹊乃膬r(jià)硒與六價(jià)硒的響應(yīng)值差異較大，加熱趕酸、添加HCl還原時(shí)精確控制溫度和時(shí)間，可以固定實(shí)驗(yàn)條件，提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的重現(xiàn)性。GFAAS法需要根據(jù)石墨管涂層的性質(zhì)，反復(fù)實(shí)驗(yàn)、并找到與之適合的化學(xué)基體改進(jìn)劑，可以確保測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。