原子熒光測定食品中總砷方法的改進與探討＊

趙海峰，胡彥兵，汝少國＊＊

（1.中國海洋大學海洋生命學院，山東 青島266003；2.青島市商務局菜籃子商品質量監督檢測中心，山東 青島266071）

食品中總砷的測定方法有砷斑法、銀鹽法、氫化物原子吸收光譜法、氫化物原子熒光光譜法、ICP－MS等多種方法[1－3]，氫化物原子熒光光譜法由于靈敏度高、干擾少、操作簡單等特點，在食品領域應用廣泛[4]。然而，使用原子熒光光譜儀測定總砷對樣品前處理的要求很高，檢測結果的好壞取決于能否將樣品中的砷經過消解和還原完全轉化為三價無機砷，并能保證前處理過程中砷的損失量少。常用的樣品前處理方法有濕法消解、干法消解、微波消解及其相互結合的方法[1－3]。濕法消解具有靈活可調的特點，普遍應用于元素分析，可是，濕法消解－原子熒光測定總砷的結果易受人為操作影響，而且酸消耗量大；干法消解能有效破壞有機物，但干法消解－原子熒光測定總砷應選擇最佳灰化溫度和時間，并需加入硝酸鎂助熔，覆蓋氧化鎂吸收高溫逸出的砷[5－6]，否則都有可能導致檢測結果偏低[7]；微波消解具有操作簡單、方便快捷的特點，但是受到酸種類、酸用量和最高溫度的限制，很難完全消解含有砷甜菜堿和砷糖的樣品[8]。本文利用濃硫酸能脫水碳化有機物的特性，改進了國標《GB 5009.11—2003食品中總砷及無機砷的測定》中原子熒光－濕法消解測定總砷的方法，并利用改進方法，測定了菠菜粉（GBW10015）、海帶粉（GBW08517）和蝦粉（CNAS能力驗證樣品T0442）中的總砷含量，均獲得了滿意的結果，為海洋食品總砷的測定奠定了方法基礎。

1 材料和方法

1.1 儀器和試劑

AF－610A原子熒光光度計（北京瑞利）。砷標液GBW08611 8114（中國計量科學研究院），1 000μg/mL；菠菜粉GBW10015生物成分分析標準物質、海帶粉GBW08517海帶成分分析標準物質，均購自國家標物中心；蝦粉CNAS T0442為能力驗證樣品。所用酸均為優級純，實驗用水均為超純水，其他試劑均為分析純。

1.2 實驗方法

1.2.1 原方法 詳見國標《GB 5009.11—2003食品中總砷及無機砷的測定》中原子熒光－濕法消解測定總砷的方法[1]。不少于6個平行樣，以下相同。

1.2.2 原方法中不加硫酸的試驗 只去除原方法中加入硫酸1.25mL的步驟，其他步驟同原方法。

1.2.3 原方法補加硫酸繼續消解的試驗 按原方法處理樣品至冒硫酸白煙時，冷卻，補加硫酸10mL，電爐低溫加熱，可重復加入硫酸，處理至溶液澄清透明無變化，蒸發至近干，冷卻，再補加硫酸1.25mL用于定容，其他步驟同原方法。

1.2.4 一次碳化改進方法 按原方法稱量樣品，干粉標準物質稱取0.5g（精確到0.000 1g）做質控，置于50 mL錐形瓶中，同時做2份空白，加硝酸5mL，蓋小漏斗，置于80℃電熱板預消解30min，以此替代原方法加入硝酸20mL和硫酸1.25mL浸泡過夜。取下稍冷，加硫酸2mL，增加130℃電熱板上加熱15～20min的低溫消解步驟。設置電熱板溫度為340℃，升溫過程中可觀察到棕煙冒盡，溶液變少，為防止發生碳化，趕盡硝酸，提高硫酸的濃度和溫度，脫水碳化破壞樣品中的有機物，使溶液顏色逐漸變深至黑色，關閉電熱板電源，利用余溫繼續加熱1～2min，使樣品碳化較完全。取下錐形瓶放至室溫，加硝酸2mL，高氯酸1mL，搖勻后，重新開啟電熱板加熱，氧化生成的碳，待高氯酸白煙冒盡，觀察溶液是否澄清透明，可重復加入硝酸2mL，高氯酸1mL；待溶液澄清透明無變化后，取下錐形瓶稍冷，輕輕抬起小漏斗再放下，讓殘存在錐形瓶瓶口和小漏斗交接處的液體回流到錐形瓶中，電熱板加熱至白煙冒盡，重復至不再有白煙生成。取下錐形瓶放至室溫，用水將內容物轉至25mL比色管中，加入50 g/L硫脲＋50g/L L－抗壞血酸2.5mL，補水至刻度并混勻，放置30min，備測。

1.2.5 兩次碳化改進方法 按照1.2.4的方法操作，當溶液澄清透明無變化后，并不是消解終點，而是要繼續消解，增加硫酸回流碳化消解30min的步驟，其他操作同1.2.4。

1.3 檢測方法的評定

1.3.1 評定方法 使用有證標準物質和能力驗證樣品進行方法測試，計算測定結果的Z比分數進行評定[9－10]。

其中：Z為Z比分數；x為測定值；X為指定值，標準物質參考值或能力驗證結果中間值；s為滿足計劃要求的變動性合適估計值/度量，不確定度或標準偏差。為Z比分數絕對值；表示滿意結果；表示可疑結果；表示離群結果。

1.3.2 CNAS T0442的中間值及合適估計值 根據CNAS公布的T0442蝦粉能力驗證實驗室名稱、檢測結果和Z比分數匯總表，總砷測定結果為28.9mg/kg的Z比分數為0，表明28.9mg/kg為CNAS T0442的能力驗證結果中間值；測定結果為30.3mg/kg的Z比分數為1.91，測定結果為30.5mg/kg的Z比分數為2.19，推算合適估計值為0.73mg/kg。

2 結果與討論

2.1 原方法測定的結果

使用原方法測定GBW10015、GBW08517和CNAS T0442的總砷含量，結果見表1。由表1可見GBW10015的測定結果范圍為0.161～0.202mg/kg，范圍為1.07～2.10，屬于滿意結果及可疑結果。GBW08517的總砷測定結果范圍為12.1～17.0mg/kg，均小于2，為滿意結果；CNAS T0442的總砷測定結果范圍為18.4～21.9mg/kg，均大于3，為負偏離較大的離群結果。結果表明，原方法能夠用于測定菠菜粉和海帶粉中的總砷，但不適宜蝦粉中總砷的測定。

海帶和蝦雖同屬于海產品，但是海帶粉和蝦粉中砷存在的形態是有所區別的。張文德等研究發現海帶中的有機砷以砷糖（Arsenosugars）為主，蝦中總砷的80%屬砷甜菜堿（AsB）[13]。砷糖類和砷甜菜堿非常穩定，200℃強酸條件下也難于使它們分解，尤其是砷甜菜堿，250℃混合酸條件下才能將其分解[8]。原方法測定GBW08517的總砷含量結果是滿意結果，說明砷糖類物質在200℃硝酸、硫酸和高氯酸的混合強酸作用下，就可以較好的消解；CNAS T0442的測定結果在18.4～21.9mg/kg之間，與參考中間值28.9mg/kg相比，約占63.7%～75.8%，雖然是離群結果，但是遠高于20%的非砷甜菜堿含量，說明蝦粉中的砷甜菜堿也有部分被消解，表明200℃硝酸、硫酸和高氯酸的混合酸就可以分解砷甜菜堿[8]。因此，擬解決蝦粉中總砷測定結果負離群較大的問題，需要使樣品消解更完全，并進一步降低消解過程中砷的損失。

表1 不同方法對GBW10015、GBW08517和CNAST0442總砷含量的測定結果Table 1 The amounts of total arsenic in GBW10015，GBW08517and CNAS T0442determined by different methods

2.2 原方法不加硫酸測定的結果

原方法中特別強調樣品處理過程中要避免碳化[1]，一旦發生碳化，可能會造成砷的損失[7]，硫酸可能是造成碳化的主要原因。因此，在原方法操作過程中，去除加入硫酸1.25mL的步驟，以避免碳化造成砷損失，GBW08517和CNAS T0442總砷測定結果范圍分別為3.81～5.66mg/kg和0.063～1.47mg/kg，均大于3，為負偏離較大的離群結果（見表1）。GBW08517的結果與參考值13.9mg/kg相比，約占27.4% ～40.7%，說明高溫的硝酸和高氯酸也可以消解砷糖類物質，但要消解完全可能需要較長的時間和大量的試劑；CNAS T0442的結果與參考值28.9mg/kg相比，約僅占0.2%～5.1%，遠低于20%的非砷甜菜堿，說明高溫的硝酸和高氯酸可能對砷甜菜堿的消解作用較差。由此可見，在原方法中加入硫酸1.25mL的步驟對樣品的消解非常重要，但是硫酸脫水碳化是否會造成砷的損失尚不能證明。

2.3 原方法補加硫酸繼續消解測定的結果

為證明硫酸脫水碳化是否會造成砷的損失，在原方法消解CNAS T0442的消解液中，再補加硫酸持續消解，總砷含量測定結果范圍為28.0～30.4mg/kg，基本小于2，大多是滿意結果（見表1），表明高溫硫酸對樣品的消解能力很強，可有效消解砷甜菜堿，驗證了濃硫酸幾乎可以消解破壞所有的有機物[11]。而且在補加硫酸持續消解蝦粉的過程中，發現樣液的顏色先逐漸變深，后變至澄清透明，說明消解過程中發生了硫酸的脫水碳化現象，可見硫酸脫水碳化可能造成的砷損失并不是蝦粉中總砷測定結果偏低的主要原因，其主要原因還是消解不完全。另外，由于該方法是敞口式消解，試劑用量較大，而且可能造成砷損失較多，加蓋小漏斗制造回流，或許可以節省試劑，減少砷損失。

2.4 一次碳化改進方法測定的結果

在改進方法的過程中，溶液澄清透明后，直接取下，未再加熱硫酸回流消解30min，測定結果見表2，GBW10015、GBW08517的總砷測定結果范圍分別為0.206～0.213mg/kg和11.5～12.8mg/kg，均小于2，均為滿意結果。但CNAS T0442的總砷測定結果范圍為26.1～27.0mg/kg，范圍為2.60～3.84，為負偏離的可疑結果和離群結果。說明該方法還需在如何將樣品消解完全方面做進一步的探討與改進。

2.4.1 80℃預消解替代浸泡過夜 原方法加入硝酸至少20mL和硫酸1.25mL浸泡樣品過夜進行預消解。而該方法加入硝酸5mL，加蓋小漏斗，直接放置在80℃電熱板上加熱30min，消解易分解的有機物，就可以使溶液澄清，不僅達到了原方法浸泡過夜的預消解目的，而且縮短了樣品前處理時間、減少了硝酸分解產物NO2的自由擴散對周邊儀器設備的腐蝕和實驗人員的危害。

表2 2種改進方法對GBW10015、GBW08517和CNAS T0442的總砷測定結果Table 2 The amounts of total arsenic in GBW10015，GBW08517and CNAS T0442determined by two improved methods

2.4.2 增加130℃低溫回流消解 該方法增加了130℃低溫回流消解15～20min，可以減緩易揮發化合物二甲基胂化合物[8]的揮發速度和硝酸的蒸發速度，減緩對小漏斗的加熱升溫，小漏斗和蒸汽的溫差較大，能夠充分冷凝回流易揮發砷化合物和硝酸，減少損失，使測定結果更準確，且節省試劑。

2.4.3 高溫濃縮硫酸脫水碳化 2.2和2.3研究結果已證明硫酸脫水碳化造成的砷損失并不是結果偏低的主要原因。因此，在130℃低溫消解后，將電熱板溫度設置為硫酸沸點，加快樣液中低溫液體的蒸發速度，加速小漏斗升溫，縮小小漏斗與蒸汽的溫差，減緩冷凝回流，加速硫酸濃縮，從而使樣品脫水碳化，再加入少量的硝酸和高氯酸幫助硫酸氧化碳化成CO[14]2。該方法與原方法相比，增加了小漏斗回流和溫度控制，減少了易揮發性砷化合物的損失，節省了三分之二的試劑。

2.5 兩次碳化改進方法測定的結果

由表2可見 GBW10015、GBW08517、CNAS T0442的總砷測定結果范圍分別為0.202～0.254mg/kg、13.0～15.6mg/kg、28.5～29.4mg/kg，均小于2，為滿意結果，且R.S.D.值均小于7%。說明兩次碳化改進方法的準確性和穩定性都較高。

表2中兩次碳化改進方法測定結果的Z比分數基本都位于±1之間，表明測定結果基本都位于參考值范圍的中間位置。一次碳化改進方法測定結果Z比分數基本都小于－0.5，表明測定結果基本都比參考中間值小，這就表明，未回流硫酸消解30min的一次碳化改進方法仍不能將樣品消解完全；兩次碳化改進方法通過兩次硫酸脫水碳化樣品，可以將樣品消解的更完全。這與蘇軍等提出的，溶液澄清透明后硫酸持續消化30min可使樣品消解更完全的結果相一致[12]。

該方法與原方法相比，由于加蓋小漏斗，可以降低易揮發砷化合物的損失，使測定結果更準確、更穩定，還可以節省三分之二的試劑。當儀器設備、前處理樣品量和定容體積都相同時，該方法處理的樣液中砷濃度可能會比原方法更高，原方法不能檢出的低含量樣品可能就會被檢出，有可能降低總砷測定方法的檢出限。

實驗還發現，加蓋小漏斗的錐形瓶在高氯酸白煙冒盡后，觀察不到明顯的硫酸白煙；在硫酸白煙冒起的錐形瓶上加蓋小漏斗，硫酸白煙也會迅速消失。因此，加蓋小漏斗有利于識別高氯酸白煙冒盡、硫酸白煙冒起的操作中間節點，使方法更加簡單易操作。

3 結論

本文利用菠菜粉（GBW10015）、海帶粉（GBW08517）和蝦粉（CNAS T0442），探討、改進了 GB 5009.11—2003原子熒光－濕法消解測定總砷的方法。實驗中發現硫酸對測定總砷的結果有重要影響，如果不加入硫酸，測定的結果一般都是負偏離較大的離群結果；即使加入硫酸并得到了澄清透明的消解液，如果不進行較長時間的高溫硫酸消解，也很難完全消解含有砷甜菜堿的樣品。因此，本文在原方法的基礎上，進行了3點改進。一是利用濃硫酸沸點高，能脫水碳化破壞有機物的特性，通過高溫濃縮硫酸，實現對樣品的兩次脫水碳化消解，使樣品消解的更完全，且節省試劑；二是針對樣品中砷形態的多樣性，加強溫度控制，低溫降低易揮發砷化合物的損失，高溫加速樣品消解，縮短操作時間；三是加蓋小漏斗制造回流，減少易揮發砷化合物的損失，使方法簡單易操作，并可節省試劑。改進后的方法測定菠菜粉（GBW10015）、海帶粉（GBW08517）和蝦粉（CNAS T0442）中的總砷，不少于6個平行樣的測定結果均位于參考值范圍的中間部分，且RSD值均小于7%，表明方法準確性高，穩定。同時，本文實驗結果還表明200℃的硫酸、高氯酸的混合酸和高溫的濃硫酸都能消解砷甜菜堿和砷糖類化合物。

兩次碳化改進方法適宜于植物類樣品和蝦粉中總砷的測定，而且，使用該方法測定雞肉中總砷含量的結果為滿意結果（近期，參加山東省出入境檢驗檢疫局組織的測量審核，編號為FATAMAZ—003 2013的《“一對一”能力驗證結果通知單》，Z比分數為0.6），說明改進方法能用于雞肉中總砷的測定，能否用于其他動物樣品中總砷的測定，還需更多樣品進行驗證。

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