原子熒光光度法中濕法消解、微波消解、干灰化前處理法測定水產(chǎn)品中總砷含量的比較

宋洪強(qiáng)，郝云彬，吳益春，羅海軍，祝世軍

（舟山市漁業(yè)檢驗檢測中心，浙江舟山 316000）

砷及其化合物已被國際癌癥機(jī)構(gòu)確認(rèn)為致癌物，自然界的砷以不同化學(xué)形式存在，包括無機(jī)砷(三價砷和五價砷)以及有機(jī)砷 ，毒性順序為 AsH3＞As3+＞As5+﹥R—As—X[1]。

砷是食品中的有害元素，是重要的食品、衛(wèi)生檢測項目，各個國家對食品中砷都有嚴(yán)格的限量要求[2]，加強(qiáng)水產(chǎn)品中總砷的檢測，是保證初級水產(chǎn)品安全的重要保障。然而，在利用原子熒光法檢測總砷的實際工作中，濕法消解、微波消解和干灰化法三種不同前處理方法使同一產(chǎn)品的檢測結(jié)果常常不一致，有時候會相差甚遠(yuǎn)[3]。究竟哪一種方法適合，不同水產(chǎn)品應(yīng)選擇哪一方法更適宜呢？本文應(yīng)用氫化物原子熒光法中三種不同的消解方法測定貽貝粉、海帶粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中總砷含量，對三種消解方法所測得的結(jié)果進(jìn)行了初步探討。

1 材料與方法

1.1 儀器和試劑

AFS-930原子熒光光度計（北京吉天儀器有限公司）、專用砷編碼空心陰極燈、WX-4000微波快速消解儀、DKQ-3B智能控溫電加熱器（上海屹堯分析儀器有限司）、DB-3電熱板（嘉興市新勝東城儀器廠）、2.5-10馬弗爐（沈陽市節(jié)能電爐廠）、玻璃儀器（所用玻璃儀器均在40%硝酸溶液中浸泡24 h以上）。

使用試劑除特殊規(guī)定外均為分析純，實驗用水為超純水。

硝酸、鹽酸、硫酸、高氯酸均為優(yōu)級純（GR）。載流液（5%HCl）：量取50 mL鹽酸，慢慢倒入1 000 mL超純水中，混勻。硼氫化鉀溶液（10 g/L）：準(zhǔn)確稱取2.50 g氫氧化鈉，溶于超純水中，徹底溶解，再稱取5.00 g硼氫化鉀溶于氫氧化鈉溶液中，定容至500 mL。硫脲溶液（50 g/L）：準(zhǔn)確稱取5.00 g硫脲，溶于100 mL超純水中，溶解混勻（現(xiàn)用現(xiàn)配）。

1.2 儀器參數(shù)

光電倍增管負(fù)高壓270 V；原子化器高度8 mm；燈電流60 mA；載氣流量400 mL/min；屏蔽氣流量800 mL/min；讀數(shù)時間 7 s；延時時間 1.5 s。

2 樣品前處理及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

2.1 濕法消解前處理

準(zhǔn)確稱取固體試樣0.50 g，置入50～100 mL錐形瓶中，同時做4份試劑空白。加硝酸30 mL，硫酸1.25 mL，搖勻后放置過夜，然后置于電熱板上加熱消解。加入1mL高氯酸，繼續(xù)加熱至消解完全，再持續(xù)蒸發(fā)至白煙散盡，冷卻，加入50 g/L硫脲2.5 mL，定容至25 mL比色管中,樣品稀釋20倍待測。加熱消解溫度梯度為150℃1 h，200℃1 h，300℃消解至未有未分解物質(zhì)或色澤幾乎無色透明，消解趕酸至白煙散盡[4]。

2.2 微波消解前處理

A：準(zhǔn)確稱取固體試樣0.50 g左右，置于消解罐中，同時做4份試劑空白，加入7 mL硝酸和2 mL過氧化氫搖勻，放置4 h。然后參照表1條件消解，消解完畢，150℃趕酸、冷卻，轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，加入2.5 mL鹽酸、5 mL 50 g/L硫脲溶液，用純水定容，稀釋20倍待測。

B：消解同A，消解完畢冷卻后，加入1.25 mL硫酸和1 mL高氯酸分別于150℃、200℃、300℃趕酸處理，冷卻，轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，加入2.5 mL鹽酸，5 mL 50 g/L硫脲溶液，用純水定容稀釋20倍待測[8]。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion process

2.3 干灰化前處理

準(zhǔn)確稱取固體試樣0.50 g，同時做4份試劑空白，加入150 g/L硝酸鎂10 mL混勻，低熱蒸干，將氧化鎂0.5 g仔細(xì)覆蓋在干渣上，于電爐上碳化至無煙，移入500℃高溫爐灰化4 h，取出冷卻，加入（1+1）（V/V）鹽酸 10 mL，移入 25 mL比色管中，加入 2.5 mL 50 g/L硫脲溶液，用（1+9）（V/V）硫酸分次刷洗坩堝合并，定容25 mL稀釋20倍待測[4]。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

砷標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液（100 mg/L），由國家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所提供。將儲備液逐級稀釋到10 μg/L，采用儀器自動稀釋功能，測量 2.000、4.000、6.000、8.000、10.000 μg/L 五點的熒光值，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。

3 結(jié)果與討論

3.1 三種消解方法的原理及應(yīng)用

濕法消解是通過氧化性酸和氧化劑，在加溫加熱條件下對有機(jī)質(zhì)進(jìn)行氧化、水解，達(dá)到無機(jī)化的目的。微波消解技術(shù)，現(xiàn)在已被廣泛地應(yīng)用到各行業(yè)的檢測分析方法中，它通過加壓加熱來達(dá)到破壞有機(jī)質(zhì)的目的，有著快速、安全、有效及使用試劑少、污染小的優(yōu)點[5]。干灰化法是在供給能量的前提下，利用高溫下空氣中氧將有機(jī)物升溫氧化（450～800℃）和碳化，有機(jī)物燃盡除去，揮發(fā)掉易揮發(fā)性組分，待測物保留在干灰中[6]。

3.2 水產(chǎn)品中總砷的消解條件

動物性海產(chǎn)品中均含有很大比例的砷甜菜堿和砷膽堿，植物性海藻中砷糖很豐富，但不存在砷甜菜堿。砷甜菜堿和砷膽堿在硝酸中加熱會轉(zhuǎn)化為三甲基胂氧化物，接著轉(zhuǎn)化為二甲基胂酸（DMA）。植物性海藻中的砷糖在酸堿條件下會發(fā)生糖水解形成基礎(chǔ)糖元[7]。

在硝酸氧化體系中，單甲基胂酸（MMA）在小于140℃條件下和二甲基胂酸（DMA）在小于200℃條件下穩(wěn)定，二甲基胂酸（DMA）在300℃時放置90 min后才可完全轉(zhuǎn)化為五價砷離子；砷糖在100℃加熱10 min未發(fā)生顯著改變，在60℃水浴中用6 mol/L鹽酸提取18 h，砷糖部分或全部轉(zhuǎn)化為DMA[9-11]。常用的消解方法濕法消解和微波消解的溫度均不能使MMA和DMA完全轉(zhuǎn)化為砷，但是達(dá)到300℃的消解條件，方法均可使用。

3.3 實驗結(jié)果

3.3.1 濕法消解（按 2.1 處理）

由表2可知，貽貝粉和海帶粉均符合標(biāo)準(zhǔn)。由此可見，濕法消解處理中加熱達(dá)到300℃的條件，可破壞砷甜菜堿和砷膽堿，進(jìn)行徹底的無機(jī)化消解，可以得到所要結(jié)果。此方法常用酸有硝酸、高氯酸、硫酸以及鹽酸，在實際應(yīng)用中常以混合酸形式在消化以提高消化效率。常壓下，硝酸的沸點為86℃，高氯酸的沸點為200℃左右，硫酸沸點為338℃，鹽酸沸點為108℃。國標(biāo)中總砷的濕消化是以硝酸-硫酸體系、硝酸-硫酸-高氯酸體系來消化樣品，該方法對大部分砷存在形式比較簡單的樣品尚能滿足前處理要求，在樣品中砷存在形態(tài)復(fù)雜的時候結(jié)果基本偏低，分析原因除了揮發(fā)損失外，最主要的還是溫度過低，有些穩(wěn)定的砷存在形態(tài)不能被完全無機(jī)化造成在儀器上無響應(yīng)或者響應(yīng)偏低。該方法耗費(fèi)時間長，耗費(fèi)試劑多，并需要專人看護(hù)以觀察試劑的量值和避免碳化。

表2 濕法消解結(jié)果Tab.2 The results of wet digestion

3.3.2 微波消解（A）（按 2.2A 處理）

由表3可知，貽貝粉和海帶粉均未符合標(biāo)準(zhǔn)，可知簡單的微波消解無法徹底消解掉樣品中所含的砷，即由于消解儀器對酸的使用的限制（眾多的消解儀器不允許使用硫酸和高氯酸），即使加壓加熱，仍無法破壞掉砷的組織形態(tài)，而且微波消解儀器的加熱溫度限制在200℃無法達(dá)到要求。在微波消解的應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)對于不同類別的樣品，所得結(jié)果滿意度也不盡人意。微波消解系統(tǒng)對含有復(fù)雜形態(tài)的砷的水生生物樣品消解不完全，部分物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的砷化物不能被消解成無機(jī)砷形態(tài)，從而引起總砷的測定偏低。

表3 微波消解（A）結(jié)果Tab.3 The results of microwave digestion（A）

3.3.3 微波消解（B）（按 2.2B 處理）

由表4可知，貽貝粉和海帶粉所測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，與(A)相比，（B）彌補(bǔ)了微波消解的缺陷，即微波消解+濕法消解的應(yīng)用，彌補(bǔ)了微波消解對酸和溫度的限制，好處就是縮短了濕法消解前處理的時間以及前期對酸的用量。此方法擺脫了酸和溫度的限制，使水產(chǎn)品得到徹底消解，減少了污染，對批量不大的樣品是個很好的選擇。

表4 微波消解（B）結(jié)果Tab.4 The results of microwave digestion（B）

3.3.4 干灰化（按 2.3 前處理）

由表5可知，貽貝粉所測結(jié)果符合標(biāo)準(zhǔn)，海帶粉所測結(jié)果偏低。分析原因為海帶粉是一種易燃的輕質(zhì)粉末，在碳化過程中非常容易造成燃燒速度過快而導(dǎo)致樣品飛濺，而且容易造成砷吸收劑輕質(zhì)氧化鎂覆蓋層的破壞，在此情況下于500℃馬弗爐灰化時會導(dǎo)致砷的嚴(yán)重?fù)p失。

干灰化法是一種日常樣品元素分析中常用的前處理方法，尤其對揮發(fā)性溫度比較高的元素。相對于濕法消解和微波消解，干灰化法簡便，對濕法消解和微波消解由于消解溫度低而不能消解的砷存在形態(tài)可以有效地進(jìn)行無機(jī)化處理。該方法操作簡便快捷，用酸種類少、用量少，時間短，不過對實驗的空白要求高，低熱蒸干、碳化對溫度要求相對高，空白做出往往較高。因此對實驗中的操作步驟要謹(jǐn)慎、注意。

表5 干灰化結(jié)果Tab.5 The results of dry ash

3.4 三種消解方法的試劑消耗及時間消耗

由表6可知，三種消解方法中濕法消解消耗酸試劑最多，消耗時間最長，干灰化次之，微波消解用酸量最少，時間最短。

表6 試劑消耗及時間消耗Tab.6 Reagent and time consumption

4 小結(jié)

由以上結(jié)果數(shù)據(jù)可知，對水產(chǎn)品的前處理，酸和溫度是消解徹底與否的關(guān)鍵因素。

三種消解方法，濕法消解耗費(fèi)時間最長，用酸種類多，用量大，但數(shù)據(jù)穩(wěn)定，對實驗操作要求較低，依據(jù)溶液的顏色可判斷消解的程度且同時可處理大批量樣品，是目前實驗室使用最多的消解方法。微波消解（A），操作最簡單，所用溶液最少，但是由于微波消解儀自身原因，使其對酸和溫度的控制達(dá)不到徹底消解的條件，所測結(jié)果偏低，均不符合要求。微波消解（B），實際上是微波消解（A）和濕法消解的共同處理，相比濕法消解時間少，溶液用量少，結(jié)果符合要求。對于干灰化，溫度過高會造成元素的損失，過低會導(dǎo)致無法徹底消解，而且受馬弗爐空間要求的影響，一批測量的樣品，數(shù)量相對較少，對空白要求高，現(xiàn)在大多實驗室未采用此方法測量水產(chǎn)品。

因此，從對儀器的要求，對實驗樣品數(shù)量的要求，濕法消解是最易達(dá)到的條件，對大批量樣品使用適宜。較少量樣品且揮發(fā)溫度高或油脂含量高的樣品可采用干灰化處理，而微波消解可處理砷的存在形態(tài)結(jié)構(gòu)相對簡單的樣品。

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