ICP-MS和原子熒光光譜測定油脂中總砷的關(guān)鍵點控制和差異性研究

周世龍，張榴萍，錢國平，周 洲，張 成，羅世龍

(中儲糧鎮(zhèn)江糧油質(zhì)量檢測中心有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212006)

砷元素廣泛存在于自然界，因其化合物毒性較大，而被人所熟知。植物油脂加工和儲藏過程中，接觸的機(jī)械設(shè)備、管道，使用的潤滑油等，以及加工助劑如正己烷、磷酸、檸檬酸、氫氧化鈉、活性白土、硅藻土等，均可能將砷元素帶入食用油脂[1-4]。近年來含砷及其化合物的農(nóng)藥、除草劑、殺蟲劑的大量使用，使得糧食、油脂及植物油料在加工、運(yùn)輸中的污染風(fēng)險加重，總砷含量的檢測也一直作為食品安全控制重要指標(biāo)之一[5]。GB 2762—2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》強(qiáng)制要求油脂及其制品總砷含量小于等于0.1 mg/kg。目前現(xiàn)行GB 5009.11—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測定》規(guī)定總砷的測定方法主要有電感耦合等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)、氫化物原子熒光光譜法(AFS)、銀鹽法。其中AFS由于投入成本低、靈敏度適宜以及操作相對簡單，在我國被廣泛應(yīng)用[6]。隨著技術(shù)的進(jìn)步ICP-MS應(yīng)用也日益增多[7-10]。當(dāng)前針對礦物質(zhì)元素的檢測，通常采用的前處理消解方法包括微波消解、濕法消解、干法灰化和高壓消解罐消解[11-12]。由于考慮到檢測方法的原理以及所有種類食品的普遍適用性，AFS方法GB 5009.11—2014中只給出了濕法消解和干法灰化，但事實上由于油脂中砷的存在形式簡單，除了規(guī)定的方法外，還可以使用微波消解[11-13]。

本文選用葵花籽油(一級)、大豆油(原油)、油茶籽油(壓榨)、玉米油(一級)、花生油(一級)5種油脂及其加標(biāo)樣，結(jié)合前期的檢測實踐積累，對于微波消解后采用ICP-MS和AFS兩種檢測方法測定油脂中總砷的關(guān)鍵點控制和差異性進(jìn)行研究。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

1.1.1 原料與試劑

葵花籽油(一級)，大豆油(原油)，油茶籽油(壓榨)，玉米油(一級)，花生油(一級)。

硝酸1、鹽酸、硫脲、抗壞血酸(VC)均為優(yōu)級純，國藥集團(tuán)；硝酸2，分析純，默克公司；硝酸3，UP級，蘇州景瑞化學(xué)股份有限公司；氫氧化鉀、硼氫化鉀為分析純，國藥集團(tuán)；一級水，實驗室西門子純水機(jī)制得。

5 g/L氫氧化鉀溶液，100 g/L硫脲+VC溶液。

20 g/L硼氫化鉀溶液：稱取硼氫化鉀20.0 g，溶于5 g/L氫氧化鉀溶液1 000 mL中，混勻。

砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液：1 000 mg/L砷標(biāo)準(zhǔn)溶液(有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)溶液，中國計量科學(xué)研究院)。

ICP-MS檢測用砷標(biāo)準(zhǔn)使用液：將砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液用2%硝酸逐級稀釋至質(zhì)量濃度分別為2、4、6、8、10 μg/L。AFS檢測用砷標(biāo)準(zhǔn)使用液：將砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液逐級稀釋至1 mg/L，移取1 mL至100 mL容量瓶中加入100 g/L硫脲+VC溶液10 mL，用5%鹽酸稀釋至刻度，反應(yīng)60 min，混勻獲得10 μg/L砷標(biāo)準(zhǔn)使用液。

1.1.2 儀器與設(shè)備

NexION 300ICP-MS，美國PE公司；AFS-933原子熒光光度計，北京吉天儀器有限公司；Multiwave PRO高性能微波消解系統(tǒng)，奧地利安東帕(中國)有限公司；CPA224S分析天平；BHW-09A恒溫消解儀(趕酸儀)。

1.2 實驗方法

1.2.1 油脂的微波消解

稱取試樣0.5 g左右加入消解管中，加入5 mL硝酸浸泡過夜，補(bǔ)加1 mL硝酸(注：也可以進(jìn)行120℃預(yù)消解10 min)，蓋好內(nèi)蓋及消解管套后，放入微波消解儀內(nèi)，選擇16個消解罐進(jìn)行樣品消解，設(shè)置微波消解程序(見表1)，消解完成后趕酸定容至25 mL后進(jìn)行測定。

表1 微波消解程序(16個消解罐)

1.2.2 ICP-MS檢測條件

將消解樣品轉(zhuǎn)移(多次清洗)、一級水定容至25 mL后上ICP-MS檢測。ICP-MS儀器條件見表2。

表2 ICP-MS儀器條件

設(shè)定分析砷元素，選擇特定同位素(質(zhì)量數(shù)74.921 6)，標(biāo)準(zhǔn)(STD)模式；選用外標(biāo)法；標(biāo)準(zhǔn)曲線選權(quán)重線性。

1.2.3 AFS檢測條件

將消解樣品轉(zhuǎn)移(多次清洗)至25 mL容量瓶中，加入100 g/L硫脲+VC溶液2.5 mL，補(bǔ)加水至刻度，混勻，放置反應(yīng)60 min，待AFS檢測。

AFS儀器條件：光電倍增管電壓270 V；砷空心陰極燈電流60 mA，高度8 mm；載氣(氬氣)流速400 mL/min；屏蔽氣流速800～400 mL/min。測量方式，熒光強(qiáng)度或濃度直讀，讀數(shù)方式為峰面積，讀數(shù)延遲時間1 s；讀數(shù)時間15 s；硼氫化鉀溶液加入時間5 s，進(jìn)樣量2 mL。制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，外標(biāo)法定量。

1.2.4 ICP-MS和AFS檢測關(guān)鍵點優(yōu)化

(1)硝酸的選擇。選擇3種硝酸產(chǎn)品，測定其總砷含量，從而確定適合的硝酸進(jìn)行樣品的消解。

(2)趕酸溫度、趕酸時間和趕酸后余量控制。研究趕酸溫度在100、120、140、180℃，以及趕酸時間1、2、3、4 h，趕酸余量1、0.5、0 mL下對總砷檢測的影響，以獲得適宜的趕酸條件保證檢測結(jié)果準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。

(3)AFS檢測反應(yīng)條件的優(yōu)化。研究硫脲+VC溶液質(zhì)量濃度、用量、反應(yīng)時間對檢測結(jié)果的影響，以確定最佳的參數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 ICP-MS和AFS檢測關(guān)鍵點控制

2.1.1 試樣消解條件優(yōu)化

(1)硝酸的選擇。分別采用AFS和ICP-MS兩種方法測定3種硝酸總砷含量，結(jié)果表明硝酸1總砷含量分別為0.516 μg/L和0.465 μg/L；硝酸2總砷含量分別為0.496 μg/L和0.425 μg/L；硝酸3總砷含量分別為0.322 μg/L和0.215 μg/L。分析表明，國產(chǎn)優(yōu)級純硝酸與默克分析純硝酸均能滿足檢測需求，但結(jié)合前期大量實驗經(jīng)驗來看，默克分析純硝酸要比國產(chǎn)優(yōu)級純硝酸穩(wěn)定；而國產(chǎn)UP級硝酸要優(yōu)于前二者。另外，由于ICP-MS和AFS屬于痕量檢測儀器，其所用到的酸(不同種類、不同廠家、不同批次)均不同程度地含有可檢測的元素，會產(chǎn)生背景干擾。因此，盡可能地選用正規(guī)廠家生產(chǎn)的高純硝酸，并進(jìn)行試劑驗證，且所有玻璃器皿均用硝酸(20%)浸泡24 h后用去離子水清洗干凈，烘干后使用，以免造成污染，從而降低試劑空白值，提高檢測的穩(wěn)定性[11]。

(2)趕酸條件優(yōu)化。結(jié)果表明在確定趕酸后余量為0.5 mL時，隨著溫度的升高趕酸時間縮短，當(dāng)設(shè)定180℃時雖然趕酸時間僅1 h，但檢測時發(fā)現(xiàn)總砷有所損失，造成結(jié)果偏低。雖然GB 5009.11—2014中關(guān)于微波消解法在趕酸溫度方面未作說明，而高壓消解罐法指出趕酸溫度120℃，但在實際操作中120℃趕酸需要4 h，而設(shè)定趕酸溫度140℃僅需2 h左右，且研究對比發(fā)現(xiàn)對檢測結(jié)果無影響，因此選擇趕酸溫度為140℃。另外在趕酸余量的研究中，發(fā)現(xiàn)趕酸余量1 mL時，檢測結(jié)果不穩(wěn)定且容易偏高；而趕酸至干枯，測定結(jié)果容易偏低。這是因為AFS檢測需在25 mL內(nèi)添加硫脲+VC溶液，所以洗滌用水只能控制在約20 mL，而20 mL水很難徹底把干枯在溶樣罐壁上消解物徹底洗凈，再者，蒸發(fā)至干枯也易導(dǎo)致被測成分的過量蒸發(fā)[14]，為此控制趕酸余量為0.5 mL(直觀控制量約黃豆或指甲蓋大小的量)。綜上所述，趕酸優(yōu)化條件為趕酸溫度140℃，趕酸余量0.5 mL，趕酸時間2 h左右。

2.1.2 消解試樣上機(jī)前條件控制

AFS方法需要考慮標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品的還原反應(yīng)：控制好硫脲+VC溶液的濃度、用量及反應(yīng)時間，是保證反應(yīng)完全的關(guān)鍵。GB/T 5009.11—2003要求硫脲+VC溶液的質(zhì)量濃度為50 g/L，而GB 5009.11—2014中調(diào)整為100 g/L，用量一般為樣品溶液體積的10%。從質(zhì)量濃度的調(diào)整可以看出，增加質(zhì)量濃度是為了促使溶液的充分反應(yīng)；該還原溶液過量即可，為此本實驗選擇100 g/L的硫脲+VC溶液用量為10%。但研究發(fā)現(xiàn)對于含有高濃度砷的消解樣品，標(biāo)準(zhǔn)要求的反應(yīng)時間并不是最優(yōu)的，為此實驗室依據(jù)砷的含量合理地調(diào)整反應(yīng)時間(標(biāo)準(zhǔn)溶液一般控制在2 h，低含量樣品一般控制在1 h)。同時發(fā)現(xiàn)實驗室溫度對反應(yīng)時間影響較大，低溫時還原速度慢，如果不考慮實驗室溫度仍然按要求反應(yīng)時間為30 min，標(biāo)準(zhǔn)曲線制作時造成還原不充分，從而造成結(jié)果偏高，這就需要注意如室溫低于15℃時應(yīng)延長反應(yīng)時間或置于60℃以上的水浴中適當(dāng)保溫以加速反應(yīng)，保證還原充分徹底[14-15]。綜上所述，實驗室溫度一般為20～25℃，為了保證反應(yīng)充分，標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品反應(yīng)時間控制在1 h左右。而對于ICP-MS需要準(zhǔn)確定容。

2.2 ICP-MS和AFS檢測結(jié)果的差異性

ICP-MS和AFS檢測5種油脂及限量點加標(biāo)樣品的總砷含量結(jié)果見表3。

由表3可以看出，ICP-MS法回收率為97.7%～104.2%，AFS法回收率為92.6%～105.0%，均能滿足檢測需求。另外從檢測結(jié)果來看二者沒有顯著性差異。

3 結(jié) 論

對葵花籽油、大豆油、油茶籽油、玉米油、花生油5種油脂及其加標(biāo)樣品進(jìn)行微波消解，并采用ICP-MS法和AFS法對油脂樣品中總砷含量進(jìn)行測定。研究結(jié)果表明，選擇國產(chǎn)UP級硝酸，控制趕酸溫度140℃，趕酸余量0.5 mL，趕酸時間2 h左右，以及AFS檢測時加入10%100 g/L硫脲+VC溶液延長反應(yīng)時間為1 h，可以保證檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。另外，研究發(fā)現(xiàn)兩種檢測方法檢測油脂中總砷的含量無顯著性差異。

表3 ICP-MS和AFS檢測5種油脂及限量點加標(biāo)樣品的總砷含量檢測結(jié)果