分析不同的消解方法對原子熒光光譜法測定小麥粉中砷含量的影響*

李文綺，陳 璐，李自芹，賈文婷

（1.石河子質(zhì)量與計量檢測所，新疆 石河子 832000；2.北京北分瑞利分析儀器（集團）有限責任公司；3.新疆農(nóng)墾科學院農(nóng)產(chǎn)品加工研究所）

小麥是我國的主要糧食作物。當前土壤重金屬污染嚴重，不僅影響小麥的產(chǎn)量，而且有毒重金屬元素在農(nóng)作物中富集，通過食物鏈進入人體，危及人類健康，且不易被人察覺，具有潛在的危害[1-5]。

研究人員將有毒性的重金屬分為強毒性元素和中等毒性元素兩類，其中As是強毒性的元素[1，6]。不同形態(tài)的砷，毒性不同，對人體有毒性的主要是砷的化合物[7-8]。As3+毒性大于As5+，As2O3是毒性最強的化合物，有研究表明，口服As2O3（5～50）mg劑量可中毒，（60～100）mg劑量可致死[1，7，9]。同時，砷是國際腫瘤機構(gòu)和世界衛(wèi)生組織確認的人類致癌物之一，最常見的是皮膚癌，其次是肺癌、腎癌等多種癌癥[2，7-8]。

張楠在重金屬健康風險監(jiān)控研究中發(fā)現(xiàn)，大米、醬油、醋、蜂蜜、蘋果、鮑魚6類食品中，同等劑量水平下，致癌物質(zhì)砷所引起的健康風險遠遠大于其他金屬元素，小麥粉中砷的風險排在第二，僅次于鋅[2]。GB 2762-2017《食品安全國家標準食品中污染物限量（含第1號修改單）》規(guī)定：谷物碾磨加工品中總砷的限量為0.5 mg/kg[10]。綜上所述，對小麥粉中的砷含量進行監(jiān)測具有重要的現(xiàn)實意義，有效的監(jiān)測手段就是依托于相關(guān)的檢驗技術(shù)。

氫化物發(fā)生原子熒光光譜法是國標規(guī)定的總砷的測定方法之一，其因操作簡便，靈敏度高，被廣泛應用。采用該法之前，通常需要對試樣進行前處理。GB 5009.11-2014《食品安全國家標準食品中總砷及無機砷的測定》中氫化物發(fā)生原子熒光光譜法規(guī)定的小麥粉的消解方法有濕法和干法兩種[11]。干法消解，樣品消解量大，耗時較長，測試樣品局限性大；濕法消解在實際應用中，存在消耗試劑量大、樣品易被污染等問題。本文探索研究將微波消解結(jié)合原子熒光應用到小麥粉砷含量的檢測中，比較微波和濕法兩種消解方法的優(yōu)缺點，為各實驗室建立適合的樣品消解方法提供參考和指導。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

小麥粉盲樣（新疆農(nóng)墾科學院提供），標準值為（0.05±0.005）mg/kg。

1.2 儀器設備

AF-2200全自動固液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀（北京北分瑞利分析儀器（集團）有限責任公司）、Touchwin4.0微波消解儀（成都奧普樂儀器有限公司）、DB-2B不銹鋼電熱板（常州中光儀器有限公司）、ME204電子天平（分辯力0.1 mg，梅特勒-托利多儀器上海有限公司）、JE3002電子天平（分辯力0.01 g，上海浦春計量儀器有限公司）。

1.3 試劑

砷標準溶液：1 000 μg/mL（GBW086II中國計量科學研究院）、鹽酸（優(yōu)級純，成都市科隆化學品有限公司）、硝酸（優(yōu)級純，F(xiàn)isher Chemical）、氫氧化鉀（分析純天津市北方化玻購銷中心）、硼氫化鉀（優(yōu)級純,天津市風船化學試劑科技有限公司）、硫脲（分析純,天津市北聯(lián)精細化學品開發(fā)有限公司）、30%過氧化氫（分析純,上海凌峰化學試劑有限公司）。

1.4 樣品處理

濕法消解：稱取樣品約0.1 g 3份、0.2 g 3份（精確至0.000 1 g）于100 mL高腳燒杯中，并依次加入10 mL硝酸、2 mL高氯酸、1 mL硫酸。加蓋放置過夜后于電熱板上加熱消解，直至消解液澄清透明或有淡淡的黃色，余1 mL左右消解液時，從電熱板上取下放置冷卻，同時潤洗蓋玻片，一并轉(zhuǎn)入燒杯中，再加10 mL去離子水繼續(xù)加熱蒸發(fā)，將殘留的酸趕凈，整個過程在通風處中操作。最后冷卻，用去離子水少量多次潤洗燒杯，將內(nèi)容物轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，加入鹽酸5 mL、10%硫脲5mL，用水定容至刻度，充分混勻，至少放置30 min后待測。同上法設置2份試劑空白。

微波消解：稱取樣品約0.1 g2份、0.2 g2份（精確至0.000 1 g）于微波消解罐內(nèi)?？紤]面粉試樣中含有有機質(zhì)，先在通風櫥中進行預處理：加入5 mL硝酸，將消解罐（取下蓋子）放入微波消解儀配套的趕酸器中，溫度設置（130～140）℃，加熱30 min，待黃煙冒盡后，從消解罐中取出冷卻至室溫，再加4 mL硝酸和2 mL雙氧水，混勻后靜置10 min，放入微波消解儀開始消解。消解程序見表1。

表1 微波消解儀消解小麥粉程序

待消解結(jié)束，取出消解罐，在電熱板上于160 ℃趕酸至1 mL左右。取下消解罐恢復至室溫后，將內(nèi)容物轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中，再用去離子水少量多次清洗消化罐內(nèi)壁和管蓋，將清洗液一并轉(zhuǎn)入容量瓶中，加入鹽酸5 mL、10%硫脲5 mL，用水定容至刻度，充分混勻，至少放置30 min待測。同上法設置2份試劑空白。

1.5 測定條件

光電倍增管負高壓：280 V；原子化器溫度：200 ℃；原子化器高度：8 mm；燈電流：70 mA；載氣流量：400 mL/min；屏蔽氣流量：800 mL/min。讀數(shù)時間：7 s；測量方式：標準曲線法；延遲時間：0.5 s；讀數(shù)方式：峰面積；注入量：1 mL；分析液單位：μg/L。載流：鹽酸溶液（5+95）；還原劑[（硼氫化鉀10 g/L+氫氧化鉀5 g/L），先溶解氫氧化鉀，再溶解硼氫化鉀]。

所的器皿及微波消解罐均在（1+5）硝酸溶液中浸泡過夜，再用自來水反復沖洗，最后用去離子沖洗干凈，晾干待用。

2 結(jié)果與分析

2.1 標準曲線的制作及測定結(jié)果

將1 000 μg/mL的砷標準溶液稀釋為10 μg/L的砷標準使用溶液，采用儀器自動稀釋裝置，將其依次設置成0 μg/L、1.0 μg/L、2.0 μg/L、4.0 μg/L、8.0 μg/L、10.0 μg/L標準系列進行檢測，得到的標準曲線方程為I=110.964 9×C-9.147 4，曲線的擬合度為0.999 9。

2.2 兩種前處理方法消解試樣和空白的結(jié)果

采用微波消解和濕法消解分別對小麥粉盲樣進行處理后，濕法消解的6個樣品，0.1 g和0.2 g樣品中各有1份樣品消解液顏色偏深，舍棄，保留余下的4份樣品。微波消解的4個樣品均澄清透明。兩種方法消解的樣品結(jié)果見表2。

表2 兩種前處理方法消解試樣和空白的結(jié)果

2.3 兩種前處理方法測得空白熒光值

分別測濕法消解和微波消解的空白樣品11次，發(fā)現(xiàn)濕法消解的空白熒光值較微波消解的高。兩種前處理法測得的空白熒光值見表3。

表3 兩種前處理方法測定的空白熒光值

2.4 兩種前處理方法測得砷的檢出限

連續(xù)測定不同前處理方法的空白熒光值11次，求得空白值的標準偏差，代入公式QL ＝3S0/K（其中：S0為標準偏差，K為工作曲線的斜率）計算得到濕法消解砷的最低檢出限為0.077 6 μg/L（約為0.08 μg/L）；微波消解砷的最低檢出限為0.011 5 μg/L（約為0.01 μg/L）。兩種消解方法相比，微波消解具有更低的檢出限，對于痕量分析儀器來說，檢出限越低，靈敏度越高，更利于獲得準確可靠的實驗結(jié)果。

2.5 兩種前處理方法測得消解樣中砷的濃度

分別測定兩種消解方式得到的小麥粉試樣。濕法消解4個試樣，其中0.1 g的2個平行樣6次測的砷的平均濃度分別為0.282 7 μg/L和0.285 3 μg/L，均值為0.284 0 μg/L。0.2 g的2個平行樣6次測的砷的平均濃度分別為0.427 2 μg/L和0.345 8 μg/L，均值為0.386 5 μg/L。

微波消解4個試樣，其中0.1 g的2個平行樣6次測的砷的平均濃度分別為0.170 8 μg/L和0.170 3μg/L，均值為0.170 6 μg/L。0.2 g的2個平行樣6次測的砷的平均濃度分別為0.191 8 μg/L和0.188 7 μg/L，均值為0.190 2 μg/L。

2.6 兩種前處理方法測得小麥粉盲樣中砷的含量

由原子熒光光譜儀測得的試樣中砷的濃度，帶入公式（1）計算砷的含量。

式中：X為小麥粉中砷的含量（mg/kg）；C為消解液中測得砷的濃度（μg/L）；V為消解液定容體積（mL），本實驗定容體積為50 mL；m為小麥粉的質(zhì)量（g）；1 000為單位換算系數(shù)。

結(jié)果顯示：濕法消解4個試樣，其中0.1 g的2個平行樣6次測定砷的平均含量分別為0.119 3 mg/kg和0.118 9 mg/kg，標準偏差為0.014 3 mg/kg和0.011 7 mg/kg，相對標準偏差為11.99%和9.84%。2個平行樣的均值為0.119 mg/kg。0.2 g的2平行樣6次測定砷的平均含量分別0.096 4 mg/kg和0.081 2 mg/kg，標準偏差為0.009 4 mg/kg和0.008 6 mg/kg，相對標準偏差為9.75%和10.49%。2個平行樣的均值為0.089 mg/kg。微波消解4個試樣，其中0.1 g的2個平行樣6 次測定砷的平均含量分別為0.055 1 mg/kg 和0.055 7 mg/kg，標準偏差均為0.002 6 mg/kg，相對標準偏差為4.72%和4.67%。2 個平行樣的均值為0.055 mg/kg。0.2 g的2個平行樣6次測定砷的平均含量分別為0.043 8 mg/kg和0.046 2 mg/kg，標準偏差為0.001 9 mg/kg 和0.001 5 mg/kg，相對標準偏差為4.34%和3.25%。2個平行樣的均值為0.045 mg/kg。

微波消解的4個試樣相對標準偏差（RSD）%均小于濕法消解的4個試樣，微波消解的試樣RSD在5%以下，而濕法消解的試樣RSD均在10%左右，表明微波消解的試樣測定結(jié)果重復性更好。

2.7 兩種前處理方法的比較

濕法消解是傳統(tǒng)的樣品處理方法，因所需儀器與耗材簡單，又是GB 5009.11-2014指定的用于原子熒光檢測試樣消解的方法，被實驗室廣泛采用。而微波消解法則是近些年來興起的一種樣品消解方法，所用的儀器設備昂貴，具有一定的局限性?，F(xiàn)將兩種方法綜合比較，結(jié)果見表4，以便實驗室根據(jù)情況選擇相應的樣品前處理方法。

表4 兩種前處理方法比較

3 結(jié)論與討論

3.1 兩種前處理方法實驗結(jié)果的比較分析

砷盲樣的標準值為（0.05±0.005）mg/kg。濕法消解測定的結(jié)果分別為0.089 mg/kg和0.119 mg/kg，均值為0.104 mg/kg。偏離目標值；濕法消解測定的結(jié)果分別為0.045 mg/kg和0.055 mg/kg，均值為0.05，在目標值的范圍內(nèi)。濕法消解的結(jié)果遠遠大于標準值，微波消解的結(jié)果在標準值規(guī)定的誤差范圍內(nèi)。濕法消解偏離目標值可能存在的原因有以下幾個方面：（1）消解用的燒杯、蓋玻片可能沒有處理干凈，造成污染；（2）加入的混合酸沒有充分將酸趕凈，影響了檢測結(jié)果，同時也不排除混酸中含有砷元素；（3）開放式的消解環(huán)境，易造成污染。在日常檢驗中發(fā)現(xiàn)，濕法消解的樣品檢測結(jié)果常常忽高忽低、穩(wěn)定性差。正是由于濕法消解存在的影響因素太多，當實驗結(jié)果出現(xiàn)偏離時，很難查找出問題出現(xiàn)在哪個環(huán)節(jié)，檢驗員找不到具體的問題所在，難以分析原因，采取相應的糾正措施，這是該法最大的弊端之處。

3.2 兩種前處理方法綜合計較分析

濕法消解因是國標指定的方法，在原子熒光檢測重金屬樣品前處理中經(jīng)常使用，但是該消解方法在運用過程中存在很多問題，例如：操作復雜繁瑣、耗時較長、試劑消耗量大、空白背景高、不易消解完全、試樣間易交叉污染、敞開式消解產(chǎn)生的大量酸霧不但污染環(huán)境，且操作人員長期吸入會危害健康[3，9，12-14]。由于上述原因，濕法消解的試樣對后續(xù)原子熒光檢測的結(jié)果有較大的影響。

微波消解是在一個密閉的環(huán)境中，通過高溫高壓加速試樣與酸的反應。具有密閉、高效、空白背景低、環(huán)境污染少、操作快速安全、樣品獨立密封不易污染、待測元素不易損失[尤其適合一些易揮發(fā)的元素（如砷、汞）]等優(yōu)點[3，5，9，12-14]。楊小俊指出前處理的數(shù)量有限是微波消解的局限之處[15]。目前，有許多改良的微波消解儀，可同時消解處理幾十份樣品，完全能夠滿足日常大批量檢驗的需求。某種程度上，濕法消解一旦消解試樣過多，因很難一次消解徹底，通常中途需要補加酸，還要隨時觀察防止試樣炭化，實驗人員完全操作不過來，相較于微波消解，濕法消解更不適于批量檢驗。與此同時，微波消解所需試樣量小、試劑消耗少、自動化程度高，不需要像微波消解一樣時刻監(jiān)控消化進程，大大解放了勞動力。唯一不足就是相較于濕法消解，微波消解的儀器設備昂貴，成本較高。

本實驗使用的APL特氟龍（TFM）微波消解館罐，由抗酸（鹽酸、硝酸、王水、氟氫酸等）、抗堿的全聚四氟乙烯制作，化學穩(wěn)定性好，能抗300 ℃以下的溫度。材料純凈，不會給痕量元素的測定帶來污染。TFM微波消解罐可用于各類試樣的消解，特別適用于原子光譜，如原子熒光儀檢測重金屬。

綜上所述，微波消解具有高效快捷、消解液澄清透明、環(huán)境友好、省時省力、安全可靠等優(yōu)點，其處理試樣測得結(jié)果的重復性、準確度、精密度均優(yōu)于濕法消解。各實驗室可根據(jù)各自的情況選擇相應的樣品前處理方法，在有能力的范圍內(nèi)，優(yōu)先選擇微波消解。沒有配備微波消解儀的實驗室，建議嘗試配置。