微波消解-原子熒光光譜法測定食品中錫元素的方法研究

賈亦森，魏寧果，劉 葉

（陜西省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院，陜西西安 710048）

錫（Tin，元素符號Sn）是一種熔點低的兩性金屬元素，在化合物中是二價或四價，常溫下不會被空氣氧化，具有一定的抗腐蝕性，用于制造合金[1-2]。錫也是人體所需的微量元素，在抗腫瘤方面具有積極作用，其能夠在人體的胸腺中產(chǎn)生抗腫瘤的錫化合物，抑制癌細胞的生成。此外，錫是多種酶的組成成分，可參與黃素酶的生物反應(yīng)，促進蛋白質(zhì)和核酸的合成，有利于身體的生長發(fā)育，能夠增強體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定性。食品中錫的污染主要來源于接觸容器，食品接觸鍍層會導(dǎo)致錫的溶出，可與有機物結(jié)合形成的有機錫毒性較大，人體在食用這些食物后會因攝入錫而對神經(jīng)系統(tǒng)及內(nèi)分泌系統(tǒng)造成毒害，急性發(fā)作時會引起胃腸道刺激、惡心、嘔吐、腹部絞痛和腹瀉[3-4]。

目前國內(nèi)外常用的食品中錫的測定方法有分光光度 法[5-6]、氫化物原子熒光光譜法[6-9]、火焰原子吸收光譜法[10-12]、石墨爐原子吸收光譜法[13]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[14-19]、電感耦合等離子發(fā)射光譜法[20-21]。每個檢測方法都有各自的優(yōu)缺點。分光光度法誤差大，靈敏度低，所使用的絡(luò)合試劑具有毒性；火焰原子吸收光譜法的進樣系統(tǒng)效率低，檢出限較高，不適合測定含錫量低的樣品；原子吸收光譜法存在基體干擾，錫高溫易揮發(fā)、原子化效率低而難以測定；電感耦合等離子體質(zhì)譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法的檢出限較低，測定含錫量高的樣品時需要稀釋操作，易造成試驗誤差，而且成本高。氫化物原子熒光光譜法具有干擾少、檢出限低、靈敏度高、操作簡單和運行成本低等優(yōu)點，是目前測定錫含量較為成熟的技術(shù)。

本文在《食品安全國家標(biāo)準 食品中錫的測定》 （GB 5009.16—2014）第一法氫化物原子熒光光譜法的基礎(chǔ)上利用微波消解具有取樣量少、消解速度快、樣品元素損失少的特點進行樣品前處理，與濕法消解進行對照試驗，試驗結(jié)果滿意。以期能夠提高方法的準確度，簡化操作步驟，提高分析效率和降低生產(chǎn)成本。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

錫元素標(biāo)準儲備液（1 000 μg/mL）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；65%硝酸（分析級）：默克化工技術(shù)有限公司；30%過氧化氫（優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；高氯酸（優(yōu)級純）：天津市鑫源化工有限公司；硫酸（優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；硫脲（優(yōu)級純）：國藥集團化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸（分析純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；氫氧化鉀（優(yōu)級純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司；硼氫化鉀（優(yōu)級純）：阿拉丁試劑有限公司；超純水：電阻率18.2 mΩ·cm2。

1.2 儀器與設(shè)備

HG-AFS9700氫化物發(fā)生原子熒光光譜儀（配置錫空心陰極燈）：北京海光儀器有限公司；MARS6高通量密閉微波消解儀：美國CEM公司；BSA224S電子天平：Sartorius科學(xué)儀器有限公司；EHD-24趕酸儀：北京東航科儀儀器有限公司；UPH-Ⅲ-20T優(yōu)普系列超純水機：成都超純科技有限公司。

1.3 試驗方法

1.3.1 樣品前處理

（1）試驗準確稱取混合均勻的試樣約0.3～0.5g（精確至0.000 1 g），置于聚四氟乙烯消解管中，加5 mL硝酸、 1 mL硫酸，放入微波消解儀進行消解，微波消解條件見表1，冷卻后取出內(nèi)罐，置于可調(diào)式控溫電熱板上，于160 ℃趕酸至近干并無黃煙冒出時取下冷卻，用去離子水轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，定容至刻度線。

表1 微波消解升溫程序

（2）取定容后的1.3.1（1）試樣10 mL于25 mL容量瓶中，加入3 mL硫酸溶液（1+9），加入150 g/L硫脲－抗壞血酸混合溶液2 mL，再用去離子水定容至25 mL，搖勻，待測，同時做空白試驗。

1.3.2 儀器條件

負高壓：250 V；載氣流量：400 mL/min；屏蔽氣流量：1 000 mL/min；燈電流：80 mA；原子化高度：8 mm；讀數(shù)方式：峰面積；讀數(shù)時間：16 s；延遲時間：4 s；測量方式：外標(biāo)法。

1.3.3 標(biāo)準系列溶液的配制

精確吸取1 mL錫元素的標(biāo)準儲備液（1 000 μg/mL）于100 mL容量瓶中，用硫酸溶液（1+9）定容至刻度，得到 10 μg/mL標(biāo)準中間液；精確吸取10 mL錫元素標(biāo)準中間液，用硫酸溶液（1+9）定容至刻度，得到1 μg/mL標(biāo)準使用液。精確吸取4 mL錫元素標(biāo)準使用液，加入1 mL硫酸溶液（1+9），2 mL的硫脲（150 g/L）－抗壞血酸（150 g/L）混合溶液，再用去離子水定容至25 mL。通過設(shè)定儀器參數(shù)自動配制成濃度分別為0 ng/mL、20 ng/mL、40 ng/mL、80 ng/mL、 120 ng/mL和160 ng/mL的錫標(biāo)準系列溶液。以熒光強度（y）對質(zhì)量濃度（x）繪制標(biāo)準曲線。

1.3.4 上機測試

根據(jù)儀器條件設(shè)置各參數(shù)，以2%硫酸為載流，硼氫化鉀氫氧化鉀溶液（2%+0.5%）為還原劑，預(yù)熱待儀器穩(wěn)定后，分別測試標(biāo)準空白溶液、標(biāo)準系列溶液、樣品空白溶液和樣品溶液。樣品濃度超標(biāo)準曲線范圍時，需用去離子水進行稀釋，并補加硫酸，使最終定容后的硫酸濃度與標(biāo)準系列溶液相同。

2 結(jié)果與討論

2.1 消解體系的選擇

GB 5009.16—2014中采用濕法消解方式需要消耗大量的酸，且消解時間長、電熱板加熱不均勻，在處理過程中，樣品被試劑污染飛濺會造成試驗誤差。而微波消解所需試劑用量少，在密閉的聚四氟乙烯消解管內(nèi)無樣品污染，待測元素損失少、準確度高，優(yōu)于傳統(tǒng)的濕法消解。在微波消解體系中常用硝酸、過氧化氫、鹽酸、硫酸和氫氟酸等單一或混合使用進行消解。硝酸具有強氧化性，與其他酸搭配使用的應(yīng)用最為廣泛。錫在測定過程中對酸度的要求很高，而過氧化氫、鹽酸、氫氟酸在微波消解后的趕酸過程中對剩余的酸量無法準確控制，會影響到測定中酸度的要求。硫酸的沸點高，在趕酸后酸量可以控制，且錫元素能很好的溶于熱濃硫酸中。因此，綜合各酸的特性及試驗的研究對象，采用硝酸-硫酸體系為試驗的消解體系。

2.2 反應(yīng)介質(zhì)酸度的選擇

分別在6個25 mL容量瓶中加入1 mL的1.0 μg/mL錫標(biāo)準使用液，2 mL硫脲（150 g/L）－抗壞血酸（150 g/L）混合溶液，各加入不同體積分數(shù)的硫酸溶液（1+9），用超純水定容至刻度，搖勻，從而配制成硫酸濃度不同，錫濃度相同的系列溶液。介質(zhì)酸度分別為0.5%、1.0%，1.5%，2.0%，3.0%和5.0%。熒光強度的變化結(jié)果見圖1。試驗結(jié)果表明，反應(yīng)介質(zhì)的最佳酸度為2.0%的硫酸溶液。

圖1 介質(zhì)酸度與錫熒光強度的關(guān)系

2.3 載流液酸度的選擇

配制載流濃度分別為1.0%、1.5%、2.0%、3.0%和5.0%的硫酸溶液，在同一試驗條件下測定同一錫標(biāo)準溶液熒光信號強度的變化，結(jié)果見圖2。試驗結(jié)果表明，載流液的最佳酸度為2.0%的硫酸溶液。

圖2 載液酸度與錫熒光強度的關(guān)系

2.4 硼氫化鉀濃度的選擇

硼氫化鉀作為還原劑，能和測定元素生成氫化物。硼氫化鉀的水溶液不穩(wěn)定，極易分解，需要在堿性溶液中溶解。試驗中選用0.5%的氫氧化鉀溶液與硼氫化鉀將進行配制。試驗以2.0%的硫酸溶液為載流，考察了0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、3.0%和5.0%的硼氫化鉀溶液對40 ng/mL錫標(biāo)準溶液熒光強度的影響。

由圖3可知，開始時，錫的熒光強度隨著硼氫化鉀溶液質(zhì)量分數(shù)的增大也隨之增大，當(dāng)硼氫化鉀質(zhì)量分數(shù)為2.0%時，熒光強度達到最大，而當(dāng)硼氫化鉀的質(zhì)量分數(shù)繼續(xù)增大時，熒光強度無明顯變化并有減小的趨勢。因此，硼氫化鉀的最佳濃度為2.0%。

圖3 硼氫化鉀濃度與錫熒光強度的關(guān)系

2.5 線性關(guān)系與檢出限

對20 ng/mL、40 ng/mL、80 ng/mL、120 ng/mL和 160 ng/mL標(biāo)準系列濃度（160 ng/mL的錫標(biāo)準使用液經(jīng)儀器自動稀釋）進行HG-AFS分析。以錫的熒光強度為縱坐標(biāo)，標(biāo)準品的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)繪制標(biāo)準曲線。結(jié)果顯示，錫在20～160 ng/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)呈現(xiàn)良好的線性關(guān)系，線性回歸方程為：y=29.716C+52.815，相關(guān)系數(shù)R2為0.999 1。方法檢出限是衡量試驗方法最低檢測能力的指標(biāo)。通過11次重復(fù)測定樣品空白溶液，得到的3倍標(biāo)準偏差與標(biāo)準曲線斜率的比值，乘以稀釋系數(shù)，即為方法檢出限[22]，該方法的檢出限為0.10 mg/kg。

2.6 回收率和精確度測定

為了驗證方法的準確性和實用性，在相同的試驗條件下，對質(zhì)控樣品番茄汁中的錫含量進行測定分析，結(jié)果見表2。由表2可知，質(zhì)控樣番茄汁的測定值符合證書參考值檢測要求，結(jié)果滿意。

表2 質(zhì)控樣品番茄汁測定結(jié)果

同時進行了加標(biāo)回收試驗。試驗中選取一種錫含量低的奶粉樣品作為基質(zhì)，添加3個不同水平（1.0 mg/kg、3.0 mg/kg、10.0mg/kg），每個水平進行6次重復(fù)性測試。檢測結(jié)果見表3。由表3可以看出錫的回收率在92.0%～101.5%，相對標(biāo)準偏差（RSD）＜4.96%且滿足《實驗室質(zhì)量控制規(guī)范 食品理化檢測》（GB/T 27404—2008）[23]附錄F檢測方法確認的技術(shù)要求，該方法精度良好。

表3 錫的回收率和精密度實驗結(jié)果（n=6）

3 結(jié)論

本文利用微波消解樣品，在全封閉狀態(tài)下避免了元素的損失，錫屬于易揮發(fā)元素，使用微波消解法可有效降低錫元素的損失，同時減少對環(huán)境的污染，還能保證實驗人員的安全。

優(yōu)化后的方法具有操作簡便、檢出限低、準確度好、精密度高等優(yōu)點，具有較高的實用價值。本文研究成果將為進一步研究食品中錫的形態(tài)分析提供技術(shù)依據(jù)和理論參考，為制定相關(guān)標(biāo)準提供技術(shù)保障。