氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定大米粉中的砷元素

田 翠，徐水蓮，楊雪連

（慶城縣食品藥品檢驗檢測中心，甘肅慶城 745100）

砷是一種重要的非金屬元素，砷及其化合物在自然界分布廣泛，對人體有極強的致癌作用，中毒劑量是0.010～0.052 g·kg-1，致死量為0.06～0.20 g·kg-1[1]。慢性砷中毒會引起皮膚角質(zhì)化過度、肢體色素沉著、肝臟損傷、神經(jīng)系統(tǒng)病變等癥狀，疾病潛伏期為數(shù)年甚至數(shù)十年，嚴重時可導致肝硬化、肢體運動障礙、皮膚癌等[2]。其污染物的主要來源是一些冶金企業(yè)的非法排污、化工企業(yè)的違規(guī)排放以及科研場所、學校等實驗室的傾倒。被砷污染的土壤和水體可能影響農(nóng)產(chǎn)品的質(zhì)量和安全，因此砷作為一種有毒元素已被列為食品安全監(jiān)督抽檢的重點檢驗項目。食品中總砷的常用測定方法包括電感耦合等離子體質(zhì)譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）、氫化物發(fā)生原子熒光光譜法和銀鹽法。其中，氫化物發(fā)生原子熒光光譜法具有一次性消化樣品、操作簡便快捷、干擾少、靈敏度高、分析成本低及精密度和準確性好等特點[3]。本實驗使用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定大米粉中的總砷含量，確定了樣品預處理及儀器測定的最佳條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品是來自華測檢測認證集團股份有限公司的標準物質(zhì)（BW-21118），特性值為0.647 mg·kg-1，特性值區(qū)間為0.543～0.751 mg·kg-1，基質(zhì)為大米粉；0.5%氫氧化鉀溶液；硼氫化鉀溶液，10 g·L-1，分析純；10%硫脲+抗壞血酸溶液，現(xiàn)配現(xiàn)用；5%鹽酸溶液；2%硝酸溶液；高氯酸；硫酸；硝酸鎂溶液，150 g·L-1，分析純；氧化鎂，分析純；50%鹽酸溶液；水中總砷標準物質(zhì)，100 mg·L-1（按As計），壇墨質(zhì)檢；砷標準使用液，1.00 mg·L-1，現(xiàn)用現(xiàn)配；實驗用水質(zhì)量符合GB/T 6682—2008一級水規(guī)格。除特殊標明外，實驗所用試劑均為優(yōu)級純。

1.2 儀器與設(shè)備

原子熒光光度計：AFS-922，配有計算機處理系統(tǒng)，北京吉天；微波消解儀，MD8H，奧普樂儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 儀器條件

載氣：氬氣（純度99.99%）；載氣流速：400 mL·min-1；屏蔽氣流速：800 mL·min-1；光電倍增管負高壓：270 V；燈電流：60 mA；測量方式：熒光強度；讀數(shù)方式：峰面積；原子化器高度：8 mm；讀數(shù)延遲時間：1.0 s[4]。

1.3.2 樣品預處理

（1）微波消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，各加入硝酸7.0 mL，置于趕酸器上120 ℃預消解20 min。旋緊罐蓋，按照表1條件進行微波消解，冷卻后取出消解罐，慢慢旋轉(zhuǎn)外罐罐蓋釋放罐內(nèi)壓力，緩慢打開內(nèi)罐蓋子，排放至無黃煙，用少量水沖洗內(nèi)蓋，將內(nèi)罐置于趕酸器上135 ℃進行趕酸，直至消解液處理至1.0～2.0 mL取出冷卻。轉(zhuǎn)移消解液至25 mL比色管中，用少量水洗滌數(shù)次，洗滌液合并至比色管中，各加鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，補加水至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后測定。同時按同一操作方法做空白實驗。

表1 微波消解參數(shù)

（2）濕法消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，置于50 mL三角燒瓶中，加入硝酸20 mL、高氯酸4 mL、硫酸1.25 mL，過夜后放在電熱板上加熱消化，溫度呈梯度上升，不易過高，使瓶內(nèi)液體保持微沸狀態(tài)（消化過程中如果消化液變?yōu)樽睾稚?，則需要取下放冷后補加5～10 mL硝酸）。首先110 ℃加熱至消化液澄清，升溫至160 ℃進行消化，直至高氯酸的白煙消散，再升溫到240 ℃消化，直至硫酸的白煙開始冒出，取出冷卻，加入25 mL水，在240 ℃下繼續(xù)消化，直到出現(xiàn)硫酸的白煙，冷卻，將消化液轉(zhuǎn)移到25 mL比色管中，用少量水洗滌三角燒瓶數(shù)次，將洗滌液合并到比色管內(nèi)，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸2.5 mL，用水定容至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后測定。按同一操作方法做空白實驗[5]。

（3）干法消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，置于50 mL瓷坩堝中。加入10 mL 150 g·L-1的硝酸鎂溶液，混勻，低熱蒸干（需蒸干徹底，蒸干終點為樣品全部呈焦黃色，否則在炭化時會鼓包，產(chǎn)生的氣體會將表面覆蓋的氧化鎂吹出去，造成損失而影響結(jié)果），將1 g（精確至0.001 g）氧化鎂盡可能均勻地覆蓋在干渣上，于電熱板上炭化至無黑煙后，移入馬弗爐550 ℃灰化4 h，灰化結(jié)束后待馬弗爐爐溫降低后再打開，取出放冷，緩慢加入10 mL 50%的鹽酸溶液，中和氧化鎂并溶解灰分，將內(nèi)溶物轉(zhuǎn)移至25 mL比色管中，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，另用水分次洗滌坩堝后合并洗滌液至25 mL刻度，混勻，45 ℃水浴30 min，待測。按同一操作方法做空白實驗[6]。

1.3.3 標準曲線的繪制

吸取0.50 mL 1.00 mg·L-1的砷標準使用液于25 mL容量瓶中，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，補加水至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后，儀器設(shè)置自動稀釋（砷濃度依次為0 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1和20.0 ng·mL-1）進行原子熒光強度的測定，繪制標準曲線。

2 結(jié)果與分析

2.1 預處理方法比較

不同樣品預處理方法測定結(jié)果見表2。3種消解方法的實驗結(jié)果都在允差范圍內(nèi)[（0.647±0.104）mg·kg-1]，濕法消解法實驗結(jié)果偏高，干法消解法實驗結(jié)果偏低，微波消解法實驗結(jié)果十分接近標值。濕法消解法實驗過程比較復雜，從安全方面考慮，高氯酸易爆，需嚴格控制消解溫度、趕酸溫度、添加消解液的時機，并要防止樣品損失；干法消解法耗時較長，樣品易損失，氧化鎂的含砷量關(guān)系到空白值的高低，如果試劑本底值高，空白值就會偏高，從而影響到最終測定結(jié)果的準確度。相對而言，微波消解法實驗過程更容易操作控制，實驗結(jié)果更加滿意。

表2 不同樣品預處理方法砷元素的測定值（單位：mg·kg-1）

2.2 硼氫化鉀濃度的選擇

硼氫化鉀是氫化反應(yīng)的還原劑，其濃度對熒光信號強度、測定的準確度和穩(wěn)定性有重要影響。硼氫化鉀濃度過低時，還原能力差，氣態(tài)物難以形成，熒光信號強度弱；硼氫化鉀濃度過高時，會有大量氫氣產(chǎn)生，稀釋樣品，引起干擾[7]。因此，要選擇合適濃度的硼氫化鉀溶液。將濃度為10.0 ng·mL-1砷標準溶液在0.5%、1.0%、2.0%和3.0%的硼氫化鉀濃度下分別進行測定，結(jié)果見表3。當硼氫化鉀濃度為1.0%時砷測定值最接近真實濃度，因此本文還原劑選用1.0%硼氫化鉀。

表3 不同硼氫化鉀濃度時的測定值

2.3 酸的用量

用國藥集團化學試劑有限公司提供的硝酸消解樣品，加入7.0 mL硝酸即可將樣品消解完全，繼續(xù)增大硝酸用量時砷測定值變化不大，故本實驗選用7.0 mL硝酸消解樣品[8]。

2.4 反應(yīng)介質(zhì)與酸濃度的選擇

以鹽酸、硝酸及高氯酸為反應(yīng)介質(zhì)，分別觀察其對測定結(jié)果的影響。以鹽酸為反應(yīng)介質(zhì)時靈敏度最高，當酸度在5%～10%時，熒光信號較為穩(wěn)定?？紤]到降低試劑空白和減少酸用量等因素，本實驗選擇濃度較低的鹽酸（5%鹽酸）作為反應(yīng)介質(zhì)。硝酸和高氯酸具有強氧化性，不適合用于測定砷元素，是因為只有三價砷才能和新生態(tài)氫生成砷化氫氣體，而硝酸和高氯酸易將三價砷氧化成五價砷。

2.5 線性方程與檢出限

調(diào)整儀器參數(shù)至最佳工作狀態(tài)，以1%硼氫化鉀溶液作還原劑，5%的鹽酸作載流，測定砷的熒光強度，繪制標準曲線。砷含量在0～20.0 ng·mL-1時熒光值（I）與濃度（C）呈線性關(guān)系，回歸方程為I=11.098 2C-4.244 4，相關(guān)系數(shù)r=0.999 2。對空白溶液原子熒光強度連續(xù)測定11次，計算出儀器的檢出限為0.18 ng[9]。

2.6 回收率實驗

取1份不含砷元素的試樣按微波消解法進行預處理，分別加入高、中、低3個濃度的砷標準使用液，每個濃度水平平行測定5次[10]，回收率結(jié)果見表4。按照GB/T 27404—2008附錄F.1技術(shù)要求，被測組分的含量在1～100 mg·L-1時，回收率的允許限為90%～110%，本實驗回收率為93%～106%，在允許限內(nèi)。

表4 回收率實驗結(jié)果

2.7 精密度實驗

對質(zhì)量濃度為10.0 ng·mL-1的砷標準溶液連續(xù)進行7次熒光強度的測定[11]，測定值分別為131.38、130.88、127.95、131.53、133.02、133.12和134.19，相對標準偏差為1.5%。

2.8 準確度實驗

取2份質(zhì)控樣（1號質(zhì)控樣來自華測檢測認證集團股份有限公司；2號質(zhì)控樣來自糧科院）按微波消解法預處理后進行測定。由表5結(jié)果可知，本方法準確、可靠。

表5 準確度實驗結(jié)果

3 結(jié)論

本研究使用微波消解法處理樣品、氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測定大米粉中的砷元素，方法具有線性良好、檢出限低、重現(xiàn)性好、準確度高、減少樣品污染和砷元素損失等優(yōu)點，而且操作簡便快速，檢測成本相對較低，適用于大米粉中的砷元素的測定。