氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定原糧中總硒的含量

楊志羨

(內(nèi)蒙古綜合疾病預(yù)防控制中心,呼和浩特 100301)

硒元素是人體必需的微量元素,可廣泛參與人體物質(zhì)代謝、能量代謝,在生長發(fā)育中起著重要作用[1]。有研究表明,克山病區(qū)患者的頭發(fā)、血清中硒含量低于非病區(qū)人員[1-2],而且當(dāng)?shù)赝寥篮彤a(chǎn)出的原糧、農(nóng)作物中的硒含量也低于非病區(qū)[3],懷疑二者有一定關(guān)聯(lián)。中國營養(yǎng)學(xué)會推介成人膳食硒的日攝入量為50～150μg,而人體中的硒元素全部來源于日常飲食,如原糧、蔬菜、水果和肉食品[4]。蔬菜、水果中的硒含量低于原糧和肉食品[5],肉食品含硒量雖然高,但不能作為主食大量食用,而原糧作為人類主食,是人體攝入硒元素的主要來源。食品中總硒的檢測方法有多種,常見的有二氨基聯(lián)苯胺分光光度法[6]、離子色譜法[7]、石墨爐原子吸收光譜法[8]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法[9]等。分光光度法在分析低含量樣品時的準(zhǔn)確度、精密度差,前處理繁瑣,不利于批量樣品分析,且試驗(yàn)過程中會使用毒性較強(qiáng)的有機(jī)試劑,不利于檢驗(yàn)人員的身體健康。離子色譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法檢測成本較高。氫化物發(fā)生原子吸收光譜法因原子化條件較難控制,在分析低含硒量樣品時準(zhǔn)確度、精密度不夠理想。相比較而言,氫化物發(fā)生原子熒光光譜法[10-11]精密度好、準(zhǔn)確度高、檢出限低,樣品前處理相對簡單,儀器普及率較高。

樣品的前處理方法會很大程度地影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確度。原子熒光光譜法測定原糧中硒含量常見的前處理方法有微波消解法和濕法消解法。微波消解法處理樣品徹底、快速,但微波消解儀配備的消解罐數(shù)量有限,消解完成后仍需加熱趕酸,不利于批量樣品分析。濕法消解法常用電熱板加熱趕酸,由于只有底部受熱,如果升溫過快,會導(dǎo)致樣品碳化,需要進(jìn)一步降低溫度,重新滴加消解用酸硝酸去除碳化物,這不僅會拖慢試驗(yàn)進(jìn)度,還會因消解酸用量增加引起空白值增加,進(jìn)而導(dǎo)致待測物測定值偏高。相關(guān)文獻(xiàn)研究結(jié)果顯示,加入氯化鈣溶液可以避免硒元素?fù)p失[12]。

鑒于此,本工作將原糧樣品置于硬質(zhì)玻璃試管中,加入混酸消解,通過管式爐加熱趕酸,可保證試管周圍受熱均勻,避免碳化現(xiàn)象。通過6 mol·L-1鹽酸溶液還原后,用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定原糧樣品中微量硒元素[13]。本方法具有準(zhǔn)確、快速、簡單、可大批量檢測等優(yōu)點(diǎn),可為原糧樣品中微量硒的測定提供技術(shù)支撐。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

AFS-230E 型雙道原子熒光光譜儀,配硒元素特種空心陰極燈;5B-1C型管式爐。

硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液:1 000 mg·L-1,編號為BW 30026-1000-NC-50。

硒元素標(biāo)準(zhǔn)使用液:取硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液1.00 mL于100 mL 容量瓶中,以10%(體積分?jǐn)?shù),下同)鹽酸溶液稀釋至刻度,搖勻后分取1.00 mL于另一個100 mL容量瓶中,以10%鹽酸溶液稀釋至刻度,配制成質(zhì)量濃度為100μg·L-1的硒元素標(biāo)準(zhǔn)使用液。其他質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液均由此溶液用10%鹽酸溶液稀釋制得。

還原劑:20 g·L-1硼氫化鈉溶液,其中氫氧化鈉質(zhì)量濃度為5 g·L-1。

大米總硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-1;小麥總硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-2;玉米總硒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-3;鹽酸、高氯酸、硝酸、氫氧化鈉均為優(yōu)級純;試驗(yàn)用水為超純水。

1.2 儀器工作條件

燈電流80 m A;負(fù)高壓300 V;載氣為純度99.99%氬氣,流量500 mL·min-1;屏蔽氣為純度99.999 9%氬氣,流量1 000 mL·min-1;讀數(shù)方式峰面積法;原子化器高度10 mm;載流為10%鹽酸溶液;載流和還原劑均在線加入。

1.3 試驗(yàn)方法

將原糧樣品用水洗凈,于50℃烘箱中烘干。干燥后的樣品經(jīng)粉碎、混勻后,過0.42 mm(40目)篩。分取0.1 g(精確至0.000 1 g)樣品于硬質(zhì)玻璃試管中,加入體積比1∶4 的高氯酸-硝酸混合溶液3 mL、80 g·L-1氯化鈣溶液1 mL,放置過夜。第2天將其置于管式爐中,按照以下升溫程序消解、趕酸:升溫至100 ℃加熱1 h,繼續(xù)升溫至120 ℃加熱20 min,再升溫至140 ℃加熱20 min,此時試管開始冒出白霧,繼續(xù)升溫至160 ℃至白霧散盡。趕酸結(jié)束后,取出樣品并冷卻至室溫,加入6 mol·L-1鹽酸溶液1 mL,繼續(xù)于100 ℃管式爐中加熱10 min。待有白霧冒出后取出,冷卻至室溫,轉(zhuǎn)移至10 mL容量瓶中,加入鹽酸1 mL,用水稀釋至刻度,冷卻后上機(jī)測定。

2 結(jié)果與討論

2.1 燈電流的選擇

元素?zé)魺綦娏髟酱?熒光強(qiáng)度越強(qiáng),靈敏度越高,但過大的燈電流會引起自吸效應(yīng),導(dǎo)致熒光強(qiáng)度不穩(wěn)定、燈壽命縮短。分別調(diào)節(jié)燈電流為70,80,90,100 m A,每種燈電流下均重復(fù)分析1.0μg·L-1硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液10次,計算硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)。結(jié)果顯示,燈電流越大,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度越大,當(dāng)燈電流為80 m A 時,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的RSD 較小(1.6%)。因此,試驗(yàn)選擇的燈電流為80 m A。

2.2 負(fù)高壓的選擇

儀器負(fù)高壓增加時,檢測器靈敏度增加,但噪聲也隨之增加,測定結(jié)果穩(wěn)定性降低。分別調(diào)整負(fù)高壓為270,280,290,300,310 V,每個負(fù)高壓下均重復(fù)測定1.0μg·L-1硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液10次,計算硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的RSD。結(jié)果顯示,負(fù)高壓越大,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度也越大,當(dāng)負(fù)高壓為300 V 時,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的RSD 較小(1.2%)。因此,試驗(yàn)選擇的負(fù)高壓為300 V。

2.3 還原劑中各成分質(zhì)量濃度的選擇

硼氫化鈉是一種極易分解的物質(zhì),只能在堿性環(huán)境下穩(wěn)定存在,故在配制還原劑時,應(yīng)將硼氫化鈉分散在堿溶液中。堿溶液堿度不宜過大,否則會影響方法的重復(fù)性,一般應(yīng)控制在5 g·L-1內(nèi),本試驗(yàn)也按此要求配制還原劑。

硼氫化鈉的質(zhì)量濃度也應(yīng)控制在合理的范圍內(nèi),質(zhì)量濃度過大時會與鹽酸劇烈反應(yīng),導(dǎo)致原子熒光光譜儀中二級氣液分離器積水過多;過小時會使氫化反應(yīng)不完全,靈敏度降低。因此,試驗(yàn)比較了硼氫化鈉質(zhì)量濃度分別為10,15,20,25,30 g·L-1時,1.0μg·L-1硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液中硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的變化,結(jié)果見圖1。

由圖1可知,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度隨硼氫化鈉溶液質(zhì)量濃度的增加而增加,當(dāng)硼氫化鈉溶液的質(zhì)量濃度不小于20 g·L-1時,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度趨于穩(wěn)定。因此,試驗(yàn)選擇的硼氫化鈉溶液的質(zhì)量濃度為20 g·L-1。

圖1 硼氫化鈉質(zhì)量濃度對硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的影響Fig.1 Effect of mass concentration of sodium borohydride on the fluorescence intensity of selenium element

2.4 載流鹽酸溶液體積分?jǐn)?shù)的選擇

載流鹽酸溶液的體積分?jǐn)?shù)直接影響硒的測定,因此,試驗(yàn)考察了鹽酸溶液體積分?jǐn)?shù)分別為2.0%,5.0%,10%,15%,20%時,對1.0μg·L-1硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液中硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的影響,結(jié)果見圖2。

由圖2可知,1.0μg·L-1硒元素標(biāo)準(zhǔn)溶液中硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度隨鹽酸溶液體積分?jǐn)?shù)的增加而增加,當(dāng)鹽酸溶液的體積分?jǐn)?shù)不小于10%時,硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度趨于穩(wěn)定。因此,試驗(yàn)選擇載流鹽酸溶液的體積分?jǐn)?shù)為10%。

圖2 載流鹽酸溶液體積分?jǐn)?shù)對硒元素?zé)晒鈴?qiáng)度的影響Fig.2 Effect of volume fraction of current carrying of hydrochloric acid solution on the fluorescence intensity of selenium element

2.5 氯化鈣溶液質(zhì)量濃度的選擇

以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-1、GSB-2和GSB-3為待測對象,考察了氯化鈣溶液質(zhì)量濃度分別為0,20,40,60,80,100 g·L-1時,對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中硒元素測定的影響,每種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)平行測定5次,結(jié)果見表1。

由表1可知:不加氯化鈣溶液時,硒元素測定值較低且其RSD 較大;添加氯化鈣溶液后,硒元素測定值隨氯化鈣溶液質(zhì)量濃度的增加而增加,且均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi),但大多測定值的RSD 在氯化鈣溶液質(zhì)量濃度為80 g·L-1時較小。因此,試驗(yàn)選擇的氯化鈣溶液質(zhì)量濃度為80 g·L-1。

表1 不同質(zhì)量濃度氯化鈣溶液下標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中硒元素的測定結(jié)果(n＝5)Tab.1 Determination results of selenium element in the reference materials with different mass concentrations of calcium chloride(n＝5)

2.6 前處理中鹽酸溶液濃度的選擇

在原糧的前處理過程中,硒元素在消解后呈正六價,可被鹽酸溶液還原為正四價硒,進(jìn)而與原子熒光光譜儀中的初生態(tài)氫(由硼氫化鈉和載流鹽酸溶液生成[14])反應(yīng)生成四氫化硒而被檢測。因此,前處理過程中的鹽酸溶液濃度的選擇很關(guān)鍵,濃度過大,樣品空白值較大,影響測定結(jié)果;濃度過小,正六價硒還原不完全,測量結(jié)果偏低[15]。以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-1、GSB-2和GSB-3為待測對象,考察了鹽酸溶液濃度為1,2,6,12 mol·L-1時對樣品中硒元素測定的影響,結(jié)果見圖3。

由圖3可知,硒元素測定值隨鹽酸溶液濃度的增加先增加后降低,當(dāng)鹽酸溶液濃度為6 mol·L-1時,硒元素測定值較高。因此,試驗(yàn)選擇以6 mol·L-1鹽酸溶液還原消解液中的正六價硒。

圖3 鹽酸溶液濃度對硒元素測定的影響Fig.3 Effect of concentration of hydrochloric acid on the determination of selenium element

2.7 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按照儀器工作條件分別對質(zhì)量濃度分別為0,1.0,2.0,4.0,8.0,10.0,15.0,20.0μg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行測定,以硒元素的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),其對應(yīng)的熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示,線性范圍在20.0μg·L-1以內(nèi),線性回歸方程為y＝215.9x+25.50,相關(guān)系數(shù)為0.999 9。

按照試驗(yàn)方法連續(xù)測量11次樣品空白溶液的熒光強(qiáng)度[16],計算11次測量結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s),以3s與標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率(k)的比值計算檢出限(3s/k),所得結(jié)果為0.024 1μg·L-1。

2.8 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

分別按照本法和GB 5009.93-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中硒的測定》中的第一法分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GSB-1、GSB-2和GSB-3,每種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均平行測定5次,結(jié)果見表2。

表2 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)結(jié)果(n＝5)Tab.2 Results of tests for precision and accuracy(n＝5)

由表2可知:本法和GB 5009.93-2017的測定值均在認(rèn)定值的不確定度范圍內(nèi),但本法的測定值更接近認(rèn)定值,說明本法的準(zhǔn)確度更高;本法測定值的RSD 均小于GB 5009.93-2017的,說明本法的重復(fù)性更好。

本工作以受熱更均勻的管式爐消解原糧樣品,以氯化鈣溶液抑制消解過程中硒元素的揮發(fā),以氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定硒含量,方法的準(zhǔn)確度和精密度均優(yōu)于國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.93-2017第一法的,且具有稱樣量小、混酸用量少等優(yōu)點(diǎn),具有一定應(yīng)用推廣價值。