簡述氫化物發(fā)生原子熒光法在糧油檢測中的應(yīng)用

文 胡文博 大連市檢驗檢測認(rèn)證技術(shù)服務(wù)中心

我國科學(xué)技術(shù)水平逐漸提高，在社會居民關(guān)注飲食健康背景下，食品安全問題愈加嚴(yán)重，針對食品安全檢測問題，我國提出多項研究技術(shù)，常見食品安全檢測技術(shù)包括氫化物發(fā)生技術(shù)和原子熒光法。氫化物發(fā)生原子熒光法對食品中元素鑒定存在重要作用，本文主要以糧油檢測為例，簡述氫化物發(fā)生原子熒光法概念等相關(guān)內(nèi)容，分析氫化物發(fā)生原子熒光法在食物檢測中元素測定方法和相關(guān)注意事項，分析氫化物發(fā)生原子熒光法在糧油檢測中具體應(yīng)用方法。

一、氫化物發(fā)生原子熒光法簡述

（一）氫化物發(fā)生原子熒光法簡述

氫化物發(fā)生原子熒光法（hydride generation-atomic fluorescence spectrometry，簡稱為HG-AFS），開發(fā)于1970年，英國一位科學(xué)家提出此技術(shù)，但沒有將其進(jìn)行推廣宣傳，在我國將其應(yīng)用在食物元素檢測活動中，氫化物發(fā)生原子熒光法被廣泛應(yīng)用。在氫化物發(fā)生原子熒光法中，需要將待測食物放入原子化器中，將其轉(zhuǎn)化為低能級原子蒸氣，在原子化器中，原子蒸氣吸收同類原子特征光輻射后，一部分原子被激發(fā)，轉(zhuǎn)化為高能級原子蒸氣，以輻射形式釋放能量，形成原子熒光，經(jīng)過光電檢測系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為電信號并被記錄下來，在整個實驗流程中，原子熒光強度與激發(fā)態(tài)原子數(shù)存在重要關(guān)聯(lián)，與試驗中分析元素濃度成正比。在應(yīng)用氫化物發(fā)生原子熒光法過程中，實驗者可以同時測定多種元素，具有簡便性。

（二）氫化物發(fā)生原子熒光法重要價值

氫化物發(fā)生原子熒光法具有重要價值，在食物中包括多種微量元素，有利于身體健康，可以有效提升生物體免疫力，在過量補充元素背景下，對人體造成不良影響，在長期食用超量元素后，容易發(fā)生中毒問題。在經(jīng)濟(jì)市場中，出現(xiàn)多種含有微量元素食物，需要對微量元素食物進(jìn)行檢測，達(dá)到保障人們身體健康目的。氫化物發(fā)生原子熒光法屬于一種新型測定技術(shù)，在測定過程中消耗能量較低，靈敏度較高，干擾能力較小，屬于一種理想測定技術(shù)。氫化物發(fā)生原子熒光法利用物理光譜原理測定食物中的微量元素，有利于健康飲食，為人體補充營養(yǎng)，發(fā)揮飲食主動性，避免出現(xiàn)食物中毒問題。

二、氫化物發(fā)生原子熒光法在食物檢測中元素測定

（一）鉛

鉛屬于柔軟、延展性較強的弱金屬，是有毒物質(zhì)，將其放置在空氣中，容易被一層暗灰色氧化物覆蓋，鉛是金屬元素，在食物中，鉛元素含量較高，人體過多食用將出現(xiàn)中毒，影響身體健康。鉛元素在氫化物中主要以PbH形式存在，鉛在溶液中主要以二價鉛離子形式存在，為將二價鉛離子轉(zhuǎn)化為PbH，可以在溶液中加入氧化劑，為避免影響其他金屬元素，可以在溶液中加入干擾抑制劑，消除其他金屬元素干擾性。在反應(yīng)過程中，溶液中產(chǎn)生PbH，其對酸度要求較高，反應(yīng)后溶液PH值需要控制在8-9之間，若溶液呈現(xiàn)酸性狀態(tài)，PbH將會繼續(xù)與酸性溶液反應(yīng)形成沉淀，為檢測結(jié)果帶去不良影響，無法獲得準(zhǔn)確鉛元素含量相關(guān)數(shù)據(jù)。通過氫化物發(fā)生原子熒光法，試驗人員將測試結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，在正常情況下，食物中鉛元素含量應(yīng)為0.4-2.7ng/ml，超量和少量均不符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（二）砷

砷元素是一個廣泛存在且具有金屬特性的元素類型，具有金屬光澤，無法溶于水和酸性溶液中，屬于非人體必需元素，砷元素具有毒性，其毒性和其化學(xué)性質(zhì)和價態(tài)相關(guān)，長期食用含砷元素的食品，將出現(xiàn)中毒，在嚴(yán)重情況下，將引發(fā)心臟病等惡性疾病，影響身體健康。利用氫化物發(fā)生原子熒光法檢測食品中砷元素屬于成熟行為，砷元素在氫化物中主要以AsH形式存在。在檢測砷元素含量過程匯總，需要引入硫脲和抗壞血酸混合液，其溶液配比情況如表1所示。

表1 硫脲和抗壞血酸混合液濃度分配表

利用硫脲和抗壞血酸混合液將溶液中五鉀砷離子轉(zhuǎn)化為三價砷離子，此過程屬于還原反應(yīng)，受到溫度因素影響，溫度越低，還原反應(yīng)速度越慢。溶液酸度在2%-30%之間，砷元素范圍較大。利用氫化物發(fā)生原子熒光法檢測食物中砷元素，可以有效節(jié)省檢測分析時間，降低分析成本，提高分析效率，為食品安全提供保障。

（三）汞

汞元素形成的化合物毒性較高，食用汞元素超量的食品容易對人體腦部和肝部造成不良影響，在標(biāo)準(zhǔn)氣壓和溫度下，純汞容易被氧化形成氧化汞，屬于危險的污染物，一方面給人體健康帶去不良影響，另一方面給環(huán)境帶去不良影響，汞元素在生物體內(nèi)容易形成有機(jī)化合物，對生物體帶去不良影響。通過氫化物發(fā)生原子熒光法檢測汞元素含量，容易受到多種不可控因素影響，具體操作步驟需要在溶液中加入保護(hù)劑，將溶液中二價汞離子實施保護(hù)，避免其在還原過程中被器皿吸附而損失。在檢測過程中，容易出現(xiàn)硼氫化鉀物質(zhì)，其含量較高對測量結(jié)果產(chǎn)生不良影響，檢測人員需要重點關(guān)注反應(yīng)變化情況。

（四）硒

硒元素屬于營養(yǎng)微量元素，是一種非金屬元素，動物體和植物體有益的營養(yǎng)元素，在自然界中，硒元素分為無機(jī)硒和植物活性硒兩種表現(xiàn)形式，無機(jī)硒主要從金屬礦藏副產(chǎn)品中獲得，植物活性硒主要通過生物轉(zhuǎn)化和氨基酸結(jié)合形成，以硒蛋氨酸形式存在。硒元素具有抗氧化、抗衰老、保護(hù)和修復(fù)細(xì)胞、提高紅細(xì)胞攜氧能力、增強人體免疫力和解毒等功能，是人體內(nèi)必需微量元素，有效防止有害元素入侵。利用氫化物發(fā)生原子熒光法測定硒元素含量，需要將溶液進(jìn)行加熱，將其還原為低價態(tài)的硒，在此過程中，需要將鹽酸溶液將濃度控制在1.0-5.0mol/L范圍內(nèi)，在測試硒元素時，需要加入鐵鹽，其具有消除銅元素和其他元素金屬離子干擾作用。

（五）鍺

鍺元素屬于營養(yǎng)元素，對人體健康有著重要良性支持。從人體角度講，鍺元素可以消除疲勞，防止人體貧血，幫助人體新陳代謝，刺激人體造血系統(tǒng)發(fā)揮重要功能，抑制細(xì)胞生長促進(jìn)抗菌消失，維持人體系統(tǒng)平衡和穩(wěn)定狀態(tài)。從植物體角度，鍺元素可以促進(jìn)植物生長。在應(yīng)用氫化物發(fā)生原子熒光法過程中，需要嚴(yán)格控制反應(yīng)介質(zhì)酸度，樣品在消解過程中需要控制溫度，避免出現(xiàn)鍺元素?fù)]發(fā)問題。在含有鍺元素堿性溶液中，需要加入硼氫化鉀溶液，檢測反應(yīng)結(jié)果，其他金屬離子在溶液中容易形成沉淀，減小對鍺元素含量檢測不良影響程度。

三、氫化物發(fā)生原子熒光法測定糧油檢測中硒成分試驗分析

（一）準(zhǔn)備工作

在準(zhǔn)備工作中，所用設(shè)備包括AFS-930雙道原子熒光譜儀和MARS6微波消解儀，食物主要包括玉米、稻谷和大米，在開始試驗之前，需要保證食物純正質(zhì)量，試驗所用玻璃儀器，需要在洗滌干凈后，在硝酸溶液中浸泡24小時，然后用清水清洗，清洗干凈后，將玻璃儀器晾干，為后續(xù)試驗排除玻璃儀器基質(zhì)干擾，針對試驗中采用的水，需要使用超純水。在選擇儀器過程中，光電倍增管負(fù)高壓為300V，載氣流量為50mL/min，總燈電流為100mA，輔助燈電流為50mA，對于還原劑，將10g/L KBH與5g/L NaOH溶液混合，載流采用5%HCl溶液。試驗準(zhǔn)備工作屬于基礎(chǔ)工作內(nèi)容，需要嚴(yán)格按照要求完成準(zhǔn)備工作。

（二）試驗過程

在試驗過程中，分別取玉米、稻谷和大米，選用0.5g作為樣品，在樣品中加入5mL HNO溶液和將3mLHO，浸泡約12個小時，在浸泡之后，利用微波消解處理方式，在12min之內(nèi)將溫度升高至120℃，靜置10min，在10min之內(nèi)將溫度升高至200℃，靜置30min。將三種溶液轉(zhuǎn)移到25mL容量瓶中定容，形成消解液，并做好空白試驗。

在完成上述內(nèi)容后，對消解液進(jìn)行預(yù)還原處理，可以選擇三種處理方式：第一種處理方式，將消解液稀釋2倍，直接進(jìn)入測定環(huán)節(jié)；第二個處理方式，將10mL消解液分離在其他容器中，加入3mL 6mol /L的HCl溶液，在100℃溫度條件下，將加入HCl溶液后的消解液加熱30min，定容至20mL后，進(jìn)入測定環(huán)節(jié)；第三個處理方式，將10mL消解液分離在其他容器中，趕酸至約1mL，加入3mL HCl溶液，在100℃溫度條件下，將加入HCl溶液后的消解液加熱10min，定容至20mL后，進(jìn)入測定環(huán)節(jié)。在試驗過程中，根據(jù)試驗不同情形可以選擇合適預(yù)還原處理方式。

（三）優(yōu)化條件

在試驗過程中，結(jié)果受到部分因素影響，主要包括負(fù)高壓、燈電流、還原劑濃度等。針對此問題，需要進(jìn)行試驗優(yōu)化工作，探究不同指標(biāo)影響程度，以下內(nèi)容以糧油為研究對象。

第一個影響因素是負(fù)高壓，隨著負(fù)高壓逐漸增加，熒光強度和靈敏度處于持續(xù)增長狀態(tài)，暗電流噪聲越來越大，對儀器穩(wěn)定性產(chǎn)生不良影響，在此過程中，需要嚴(yán)格控制光電將倍增管負(fù)高壓，將負(fù)高壓設(shè)置為300V，其試驗結(jié)果如圖1所示：

圖1 負(fù)高壓對熒光信號影響分析圖

其中，A代表空白試驗，B代表1ug/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，橫軸代表負(fù)高壓變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。從圖中可以看出，1ug/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液具有代表性，負(fù)高壓逐漸升高，熒光信號逐漸增強。

第二個影響因素是燈電流，隨著燈電流持續(xù)增加，熒光強度和靈敏度處于持續(xù)增長狀態(tài)，隨著電流保持持續(xù)增長狀態(tài)，溶液容易產(chǎn)生自吸現(xiàn)象，在試驗過程中，將受到噪聲影響，其試驗結(jié)果如圖2所示：

圖2 燈電流對熒光信號影響分析圖

其中，A代表空白試驗，B代表1ug/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，橫軸代表燈電流變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。從圖中可以看出，燈光流強度越大，熒光信號逐漸增強。

第三個影響因素是還原劑濃度，在對比試驗中，選擇將KBH作為還原劑，其在水溶液中容易發(fā)生分解反應(yīng)，為解決還原劑在水中分解問題，需要在溶液中加入0.5%的NaOH溶液，其試驗結(jié)果如下所示：

其中，C代表加入KBH作為還原劑溶液，B代表1ug/L硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，橫軸代表KBH濃度變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。通過上圖發(fā)現(xiàn)，KBH濃度越高，熒光強度越大，當(dāng)其達(dá)到某一個最高點時，出現(xiàn)下降趨勢。除以上影響因素外，試驗影響因素還包括載流濃度、樣品還原方法等內(nèi)容，對試驗存在影響。

（四）檢測結(jié)果

針對三種對消解液進(jìn)行預(yù)還原處理方式，其檢測結(jié)果如表2所示：

表2 不同預(yù)還原處理方式檢測結(jié)果調(diào)查表

從表中可以看出，針對不同預(yù)還原方法測定結(jié)果，利用第三種方法其測定情況與推薦值相似，可以有效提升還原效率。在此次試驗中，以玉米、稻谷和大米作為樣品，保證試驗具有有效性，在氫化物發(fā)生原子熒光法中，需要進(jìn)行消解、還原等處理方式，保證檢測結(jié)果具有準(zhǔn)確性，說明氫化物發(fā)生原子熒光法具有研究價值。

結(jié)束語

綜上所述，氫化物發(fā)生原子熒光法被應(yīng)用在元素檢測活動中，取得良好效果，在試驗過程中，需要控制不良影響因素，控制溫度等變化因素，分析試驗因素對試驗結(jié)果的影響程度，使檢測結(jié)果具有準(zhǔn)確性，保證試驗穩(wěn)定性，通過試驗證明，氫化物發(fā)生原子熒光法對人體健康存在重要作用。