原子熒光法測定食品總砷的前處理方法探討

屈明華，湯富彬，倪張林

(中國林業科學研究院亞熱帶林業研究所，國家林業局經濟林產品質量檢驗檢測中心(杭州)，浙江 富陽 311400)

砷在自然界中以亞砷酸鹽、砷酸鹽、單甲基胂酸、二甲基胂酸、砷甜菜堿、砷膽堿等多種化合物形式存在[1-3]。食品中的砷以無機態砷和有機態砷兩種形態存在，以無機態砷毒性較大。藻類植物通常具有富集海水中砷的作用[4-6]。不同種類樣品砷的化學組成不同，我國測定食品中總砷國標方法主要為氫化物原子熒光光度法[7]。采用氫化物發生原子熒光光度法測定不同樣品中總砷含量，關鍵在于選擇正確的樣品前處理方法，即有機砷是否徹底轉化為無機砷是影響檢測結果的關鍵因素[8]。

不同樣品總砷測定，文獻報道前處理方法也不盡相同，例如姜杰[9]、王遠征[10]等對大米、面粉總砷測定采用硝酸前處理-氫化物發生原子熒光光光度法測定；周海[11]對小麥粉中總砷測定采用硝酸-高氯酸-硫酸前處理-氫化物發生原子熒光光光度法和硝酸微波消解-氫化物發生原子熒光光光度法測定；林磊[12]測定蝦粉中砷采用硝酸-高氯酸-硫酸前處理-氫化物發生原子熒光光光度法測定；方軍等[13]測定紫菜中總砷采用硝酸-雙氧水前處理-ICP-MS測定；宋洪強等[14]對水產品中總砷測定采用了不同酸體系多種前處理手段-氫化物發生原子熒光光光度法測定，該方法全面系統的介紹了不同酸、不同消化方式測試總砷的研究結果。

同一類樣品總砷的測定文獻報道的前處理方法不一，本實驗通過參加2011年歐洲比利時國際能力驗證IMEP-112小麥粉、蔬菜粉和海藻粉中總砷測定時發現：針對小麥、蔬菜、海藻不同類型的樣品，采用酸解方式不同，測定結果會有差別，這對具有富集砷特性的藻類來說差別更大。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉、蔬菜粉、海藻粉為比利時歐洲聯合中心委員會發樣(2011年國際能力驗證IMEP-112)。

硝酸(超凈高純)、高氯酸(優級純)、硫酸(MOS級)、鹽酸(優級純)、硫脲和抗壞血酸溶液(50g/L)；還原劑硼氫化鉀(10g/L)：稱取2.5g氫氧化鈉(優級純)溶解于500mL超純水中，另稱取5.0g硼氫化鉀溶解于氫氧化鈉堿液中；載流液(0.6mol/L鹽酸)：量取50mL鹽酸定容至1000mL；100mg/L砷標準溶液(GSB07-1275-2000，使用5%鹽酸逐級稀釋至所需標準使用液質量濃度) 國家環境保護總局標準物質研究所。

1.2 儀器與設備

原子熒光光譜儀 北京吉天儀器公司；電熱板；梨形消煮瓶。所用玻璃器皿均在30%硝酸溶液中浸泡24h，超聲清洗。

1.3 儀器條件

小麥粉、蔬菜粉測試條件：光電倍增管負高壓270V、燈電流60mA、原子化器高度10mm、載氣為氬氣、載氣流量400mL/min、屏蔽氣流量800mL/min、讀數時間7s、延遲時間1.5s。線性系列1、2、3、4、5μg/L。

海藻粉測試條件：光電倍增管負高壓260V、燈電流50mA、原子化器高度10mm、載氣為氬氣，載氣流量400mL/min、屏蔽氣流量800mL/min、讀數時間7s、延遲時間1.5s。線性系列5、10、20、30、40、50μg/L。

1.4 前處理方法

硝酸-高氯酸法：稱取一定量小麥粉、蔬菜粉、海藻粉(精確至0.0001g)于梨形消煮瓶中，加入硝酸15mL、高氯酸2mL由低溫逐漸升至高溫消解至高氯酸白煙冒出，大量白煙散盡，冷卻后加水10mL再煮至冒白煙，冷卻后移液，定量向處理好的樣品中加入50g/L硫脲和50g/L抗壞血酸使樣液中硫脲和抗壞血酸分別為10g/L，加入一定量濃鹽酸使樣液鹽酸濃度為0.6mol/L，從而還原五價砷至三價，分別定容為25mL和50mL。搖勻，還原30min后進行測定。

硝酸-高氯酸-硫酸法：稱取一定量小麥粉、蔬菜粉、海藻粉(精確至0.0001g)于梨形消煮瓶中，加入硝酸15mL、高氯酸2mL、濃硫酸1.25mL由低溫逐漸升至高溫至濃硫酸白煙冒出，大量白煙散盡，冷卻后加水10mL再煮至冒白煙，冷卻后移液，定量向處理好的樣品中加入50g/L硫脲和50g/L抗壞血酸使樣液中硫脲和抗壞血酸分別為10g/L，加入一定量濃鹽酸使樣液鹽酸濃度為0.6mol/L，從而還原五價砷至三價，分別定容為25mL和100mL。搖勻，還原30min后進行測定。

2 結果與分析

2.1 兩種前處理方法測試樣品總砷比較

對小麥粉、蔬菜粉、海藻粉分別用不同的混酸進行濕法處理-原子熒光光度法檢測總砷含量，結果見表1。小麥粉、蔬菜粉采用硝酸-高氯酸或硝酸-高氯酸-硫酸前處理測定結果與能力驗證比對結果中位值吻合，而海藻粉兩種前處理方法所得結果相差甚遠，硝酸-高氯酸-硫酸前處理法測定總砷結果為60.6mg/kg，在比對中位值范圍之內；硝酸-高氯酸前處理法測定總砷結果為10.1mg/kg，較比對中位值偏差過大，數據不能采信。

表1 不同前處理方法樣品總砷結果Table 1 Total arsenic contents of samples with different pretreatments

2.2 兩種前處理方法回收率比較

表2 不同前處理方法檢測總砷回收率結果Table 2 Recovery of total arsenic with different pretreatments

由表2得出，兩種前處理方法對3種樣品測定回收率均符合檢測要求，但由于本實驗加入的標準物質的形態為無機砷形態，小麥粉、蔬菜粉樣品中砷主要以無機形態為主，加標回收可以反映方法的準確性，但海藻粉中砷的形態主要以有機砷形態存在，常壓下，硝酸的沸點為120℃，高氯酸沸點為203℃，硫酸沸點為339℃。硝酸-高氯酸消化溫度達不到分解海藻粉有機砷的作用，盡管加標回收率符合檢測要求，但不能正確的反映方法的準確性；硫酸的加入，提高了海藻粉消化溫度，硝酸-高氯酸-硫酸體系能夠很好的分解海藻粉中有機砷，從而準確測定水產品藻類中總砷含量。

由表3可見，做檢測方法的準確性檢驗，結果表明兩種前處理方法測試茶葉中總砷均符合保證值的結果，這說明茶葉中的總砷存在形式比較簡單，低沸點酸能夠消化完全。

由此可以說明兩種前處理方法對大部分砷存在形式比較簡單的樣品能夠滿足總砷的測定，但對于砷存在形態復雜的樣品導致結果偏低，最主要的原因是消化溫度過低，有些穩定的有機砷不能被完全分解為無機形態，從而在低溫的原子熒光石英爐芯中不能被原子化，響應低，從而難以準確定量。

表3 標準樣品檢測結果Table 3 Determination of standard reference materials

2.3 小麥、蔬菜、海藻類產品中砷的存在形態

國際能力驗證參加實驗室進行了總砷和無機砷的測定，無機砷檢測結果統計見表4，由表1和表4比較得出，小麥粉、蔬菜粉總砷和無機砷結果相近，說明小麥粉、蔬菜粉中砷主要以無機形態存在；海藻總砷和無機砷量相差甚遠，無機砷只占一小部分。這表明海藻中砷的存在形態要復雜得多，前處理是決定原子熒光儀器檢測結果正確與否的關鍵因素。

表4 IMEP-112 無機砷比對結果 Table 4 Comparison of IMEP-112 results of inorganic arsenic in wheat, vegetable and algae

3 討 論

不同樣品檢測目標物質所含元素形態和基質成分不同，不同的前處理條件方法直接影響測定結果的準確性。對于水產品，海藻類樣品砷主要以有機砷形態存在。采用原子熒光光譜法測定總砷，前處理消解是否徹底，即有機砷是否徹底轉化為無機砷是影響檢測結果的關鍵因素。針對水產品，使用濕法消化原子熒光法測定，硫酸的加入是必要的，硫酸可提高消化溫度，徹底分解破壞有機砷化合物，從而準確測定水產品總砷；單純的以回收率判斷分析方法的準確與否是不可取的，需要了解目標元素在樣品中存在形態，加標需要所加形態與目標元素一致，才能正確反應結果的準確性。

[1] 李海敏, 張勇. 砷的形態分析方法研究進展[J]. 理化檢驗： 化學分冊, 2006, 42(4)： 315-320.

[2] 劉演兵, 韓恒斌. 砷形態分析方法研究進展[J]. 環境科學進展, 1994, 2(4)： 1-14.

[3] 吳成業, 王奇欣, 劉智宇, 等. 海藻中無機砷超標問題研究[J]. 水產學報, 2008, 32(4)： 644-650.

[4] LUNDE G. Occurrence and transformation of arsenic in the marine environment[J]. Environ Health Perspect, 1977, 19： 47-52.

[5] SCHROEDER H A, BALASSA J J, NASON A P, et a1. Essential trace metals in man： copper[J]. J Chron Dis, 1966, 199： 85-l06.

[6] 朱亞爾, 李俊, 李士敏. 不同產地的幾種海藻中砷的形態和含量分析[J]. 環境化學, 2005, 24(4)： 478-480.

[7] GB/T 5009.11—2003 食品中總砷及無機砷的測定[S]. 北京： 中國標準出版社, 2003.

[8] 吳艷, 帥文林, 陳大志. 不同前處理條件對水產品中總砷含量的影響[J]. 廣州化工, 2010, 38(8)： 206-207.

[9] 姜杰, 張慧敏, 黎雪慧, 等. 大米中總砷及無機砷含量分析[J]. 職業與健康, 2007, 23(16)： 1411-1412.

[10] 王遠征, 滕曼, 杜心, 等. 北京市場大米和小麥面粉中砷的含量及其形態分析[J]. 環境化學, 2007, 26(6)： 850-853.

[11] 周海. 食品中總砷測定前處理條件對結果的影響[J]. 中國食品衛生雜志, 2007, 19(1)： 54-55.

[12] 林磊. 蝦粉中總砷測定方法的研究[J]. 江西食品工業, 2011(2)： 30-32.

[13] 方軍, 陳建平, 舒永紅. ICP-MS測定紫菜中的總砷[J]. 廣東微量元素科學, 2006, 13(6)： 45-48.

[14] 宋洪強, 郝云彬, 吳益春, 等. 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品中總砷含量的比較[J]. 浙江海洋學院學報： 自然科學版, 2010, 29(4)： 367-372.