原子熒光光譜法同時測定糧食中砷汞總量的條件選擇及干擾控制

姚 晶 任 蓉 樊 婷 蘇春燕 汪海峰

(1 蘇州市吳中區糧油質量監測中心，江蘇 蘇州 215156；2 南京財經大學食品科學與工程學院，南京 210003)

前言

目前，砷汞總量測定方法為現行國家標準方法GB 5009.17—2014和GB 5009.11—2014，均為原子熒光光譜法[1-2]，其原理是在一級反應器中，被測金屬元素與初生態氫H*反應生成氣態的氫化物，在氣液分離器內，氣態氫化物逸出，在原子化器被檢測器檢測到產生信號[3]，此方法操作簡便、干擾少、檢出限低、靈敏度高，已被廣泛使用[4-6]。雖然儀器推薦的使用條件相似，但是，在實際測定過程中，針對不同的測定要求，應選擇最適的工作條件，同時，還應充分考慮到干擾對儀器的穩定性和靈敏度的影響，特別是在檢測過程中氣相干擾和液相干擾因素帶來的影響，而國內關于干擾因素的研究少有報道。因此，本文通過考察不同工作條件，對儀器工作條件進行優化，同時研究對儀器穩定性和靈敏度的影響，分析歸納相關規律，以期通過有效控制，獲得更好的穩定性和靈敏度，保證測試結果的準確。

1 實驗部分

1.1 儀器與試劑

6500型雙通道原子熒光光度計(北京海光儀器有限公司)，Topex微波消解平臺(上海屹堯儀器科技發展有限公司)，明澈超純水機(美國默克密理博)，FA2004電子天平(上海衡平儀器儀表廠)，空調(廣州美的集團)，HTC-1型溫濕度計(得力集團)。

鹽酸(GR)，硝酸(GR)，氫氧化鉀(GR)，硼氫化鉀(99%，天津南開允公合成技術有限公司)。

汞標準儲備溶液(1 000 mg/mL，5%硝酸，GBW(E)083186)、BW30018-1000-N-50砷標準溶液(1 000 mg/mL，2%硝酸)均購自壇墨質檢標準物質中心；高純氬(ωAr≥99.99%，蘇州金宏氣體有限公司)；其余試劑均為分析純，所有試劑均現配現用，實驗用水為二次去離子水。

檢測樣品為稻谷，由蘇州市吳中區糧食購銷總公司提供。

1.2 實驗方法

1.2.1 檢出限和重復性的測定

1.2.2 儀器條件的選擇

分別考察原子熒光光譜儀的儀器條件原子化高度(8、9、10、11 mm)，負高壓(250、260、270、280、290、300 V)，燈電流(As燈30、40、50、60、70 mA、Hg燈10、15、20、25、30 mA)，載氣流量(200、300、400、500、600 mL/min)等4個主要因素對儀器的影響，對同一標準溶液進行自動稀釋，自動進樣，延遲時間1 s，讀數時間19 s，峰面積定量，穩定性和靈敏度測試方法同1.2.1，選擇最佳儀器工作參數。

1.2.3 干擾因素的控制

環境溫度干擾：在最佳的儀器工作條件下，考察不同環境溫度對測定的影響。通過空調設定溫度，以溫度計數值為確定測試溫度，待室溫到達設定值后，恒溫平衡30 min后開始測試，保持室溫波動在設定值±0.5 ℃以內，依次設定不同溫度(16、18、20、22、24、26 ℃)對穩定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

光源穩定性干擾：在最佳的儀器工作條件下，考察不同預熱時間測定的影響，依次考察不同預熱時間(10～50 min)對穩定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

試劑干擾：在最佳儀器工作條件下，相同環境最溫度預熱30 min后，依次考察5%(V/V)不同種類酸(HCl、HNO3、H2SO4、HAc)、不同濃度(V/V)酸(1%、3%、5%、7%、9%)、不同濃度KBH4(5、10、15、20、25、30 g/L)對穩定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

1.2.4 樣品測試

樣品經清理混勻后，經實驗磨碎過篩后放入廣口瓶備用。稱取粉碎制樣0.5 g(精確到0.001 g)至消解內管，加入5.0 mL硝酸后進行微波消解，微波消解條件為10 ℃/min升溫至120 ℃，保溫5 min；5 ℃/min升溫至160 ℃，保持5 min；5 ℃/min升溫至180 ℃，保持20 min，消解液冷卻后加超純水定容至10 mL，搖勻待測。加標試樣在加入硝酸后加入一定體積標準溶液達到目標濃度，對樣品按最佳儀器條件，控制干擾因素穩定情況下進行測定，同時做空白實驗和平行實驗，加標回收率實驗的加標量如表1所示。

表1 加標回收實驗的加標量

2 結果與討論

2.1 儀器條件的選擇

為了獲得穩定可靠的測定結果，必須對儀器的測定條件進行優化選擇。

2.1.1 原子化器高度

表2給出了不同的原子化器高度對測定元素的精密度和檢出限的影響。

從表2數據可知，隨著原子化器高度的增加，As的穩定性和靈敏度均漸下降，可知As的最佳原子化器高度為8 mm；Hg的穩定性先降后升，靈敏度均漸下降，當原子化器高度為10 mm時，Hg的穩定性和靈敏度最佳。在雙通道同時測定時，僅可設置同一高度，因此，選擇10 mm作為設定值，此時Hg已為最佳，As的穩定性和靈敏度較最佳時亦下降較小。

表2 原子化器高度的選擇

Table 2 Selection of atomizer height

原子化器高度/mmAsRSD/%DL/(ng·mL-1)HgRSD /%DL/(ng·mL-1)80.530.008 31.40.007 290.540.008 01.10.004 7100.770.009 00.440.003 5111.10.009 01.30.003 5

2.1.2 負高壓

負高壓是施加在陽極和陰極間的電壓，直接決定光電倍增管的放大倍數，負高壓增大，靈敏度隨之提高，但負高壓增大的同時，信號噪聲增大，穩定性降低，因此，測定時須選擇最合適的負高壓，見表3。

表3 負高壓的選擇

從表3可以得出，負高壓由250至300 V時，As和Hg的穩定性均先升后降，靈敏度均隨著電壓增加，不斷提高，每增加20 V，靈敏度約提高一倍。在雙通道同時測定時，僅可設置同一負高壓，實驗選擇270 V作為設定值，此時As、Hg穩定性均為最佳，靈敏度亦較好。

2.1.3 燈電流

燈電流在一定范圍內與產生熒光強度存在線性關系，隨著燈電流的增加，熒光強度逐漸增強，但電流增大，噪聲增大，穩定性下降。因此要根據測定要求，選擇合適的燈電流，見表4。

從表4可以得出，隨著燈電流增大，As、Hg的檢出限不斷提高，但穩定性不斷下降，當As燈電流60 mA，Hg燈電流15 mA時，靈敏度分別為0.010 9、0.002 6 ng/mL，已滿足檢測要求，且穩定性較好，燈電流繼續提高，雖然靈敏度仍有所提高，但穩定性顯著下降，在滿足分析靈敏度的要求下，應盡量選擇較小的燈電流作為工作電流，以延長燈的使用壽命，因此，As、Hg燈電流分別設置為60、15 mA。

2.1.4 載氣流量

由于載氣流量的大小直接影響Ar-H2火焰的形狀、大小，對儀器的靈敏度和穩定性均有較大的影響，因此，在測定時應選擇合適測定的載氣流量，見表5。

從表5數據可知，載氣從200 逐漸增大至600 mL/min時,穩定性和靈敏度均呈現先升后降的趨勢，載氣流量小時，火焰焰型圓矮，穩定性和靈敏度均較低，隨著載氣增大，火焰焰型逐漸變直變高，穩定性和靈敏度提高，在載氣流速為300 mL/min，As、Hg的穩定性和靈敏度均為最佳，載氣流量繼續增大，穩定性和靈敏度又開始下降。

表4 燈電流的選擇

表5 載氣流量的選擇

2.2 干擾因素的控制

2.2.1 環境溫度的干擾控制

根據原子熒光光譜儀工作原理可知，環境溫度在測定過程中，主要影響氫化物的發生效率，氫化物的逸出、傳輸及其熱穩定性，會同時引起液相干擾和氣相干擾，因此，測定時應對環境溫度要嚴格控制，避免引起干擾，見表6。

表6 環境溫度的干擾

從表6可知，當環境溫度低于20 ℃時，反應不充分，氫化物發生效率偏低，穩定性較差，靈敏度不高，線性達不到測定要求；當環境溫度達到20 ℃以上時，穩定性、靈敏度較好，且線性符合測定要求；當環境溫度達到26 ℃時，空白熒光強度增高，噪聲增大，靈敏度和標準曲線線性較好，但穩定性已有所下降，雖然目前國內儀器標識的工作環境溫度范圍較寬，在實際測定中，應控制在20～25 ℃為宜。

2.2.2 光源穩定性

光源的穩定性對原子熒光光譜會產生一定影響，這是原子光度光譜儀的光學結構所決定的，由于國產的儀器光路系統是無色散系統，一般采用日盲光電倍增管檢測熒光信號，當光源不夠穩定，熒光信號比發射和吸收信號更弱，此時檢測器則容易受到散射光的干擾，因此，可通過提前預熱，使工作燈穩定來避免干擾，見表7。

表7 光源穩定性的干擾

從表7可知，當預熱時間不足時，穩定性較差，靈敏度不高，線性系數低，儀器達不到測定要求，經過30 min預熱后，各項指標均得到了明顯的改善，此時，穩定性、靈敏度、線性相關系數均較好，符合測定要求。因此，在操作時，為了保證光源穩定性，至少使儀器穩定30 min再開始測定，可以有效避免光源不穩定帶來的干擾。

2.2.3 試劑的干擾

酸和硼氫化鉀是反應體系重要的試劑，不同的試劑在反應過程中會影響還原態氫的生成速率、氫化物的逸出等，易造成氣相干擾和液相干擾，因此，根據測定元素，應選擇合適的試劑，并確定最佳的反應濃度。

2.2.3.1 酸種類的選擇

不同酸種類對測定的影響見表8。

表8 酸種類的干擾

Table 8 Disturbance of acid types

酸As空白 IFRSD/%DL/(ng·mL-1)r空白 IFHg空白 IFRSD/%DL(ng·mL-1)rHCl154.0981.50.006 41.000 0966.5430.420.003 50.999 9HNO370.5191.50.006 50.999 9494.2731.00.003 20.999 8H2SO482.2841.90.007 60.999 7433.7411.80.003 70.999 7HAc56.3212.60.008 30.999 6317.982.40.005 50.999 7

2.2.3.2 HCl濃度的選擇

不同HCl濃度對測定的影響見表9。

表9 HCl濃度的干擾

從表9可知，不同HCl濃度對As、Hg測定的干擾不同。隨著HCl濃度的增加，測As時，空白熒光強度、RSD、DL和線性相關系數r逐漸提高，在濃度達到5%(V/V)時開始趨于穩定；而測Hg時，各項指標并未有較大波動，可見HCl濃度變化對測Hg帶來的干擾不大。因此，在反應時，濃度應不低于5%(V/V)的HCl濃度，此時As、Hg的穩定性、靈敏度和線性相關系數都較好，特別是當反應體系中存在過渡金屬元素干擾時，可選用較高的酸濃度，以克服液相干擾。

2.2.3.3 KBH4濃度選擇

不同濃度KBH4對測定的影響見表10。

表10 KBH4濃度的干擾

從表10可知，還原劑KBH4濃度對As的影響較Hg的影響大，當KBH4濃度為5.0 g/L時，As的穩定性、靈敏度和線性相關系數均無法測得，但Hg已可以穩定測得，且滿足測定要求，隨著KBH4濃度的增大至15～20 g/L范圍內時，As、Hg的穩定性、靈敏度和線性相關系數為最佳，當還原劑濃度繼續增大，靈敏度較為穩定，但穩定性和線性系數開始下降。還原劑的作用是與酸反應后提供初生態的H*和被測元素形成金屬氫化物，還原劑的濃度過大會帶來液相干擾，容易引起過渡元素的干擾，同時還原劑濃度過高，生成的大量氫，熒光強度變幅增大，導致穩定性下降，靈敏度變差，因此，還原劑KBH4濃度較低為宜，應控制在15～20 g /L。

2.3 樣品精密度和加標回收實驗

國家標準[7]中規定，雙道儀器的線性相關系數不小于0.997，As、Hg的重復性指標小于2%，檢出限分別為0.06、0.005 ng/mL[4]，稻谷樣品在最佳儀器條件、控制干擾因素穩定情況下進行測定，As的濃度為0.20 ng/mL，檢出限為0.004 7 ng/mL，RSD為0.37%，線性相關系數r=0.999 9；Hg的濃度為0.023 ng/mL，檢出限為0.001 5 ng/mL，RSD為0.44%，線性回歸系數r=0.999 9，各項指標均優于標準規定，見表11。

表11 精密度和加標回收實驗結果

糧食中As、Hg的測定，屬于痕量分析，一般情況下被測物質含量小于0.1 μg/kg，國家標準[8]規定，變異系數應小于43%，加標回收率范圍滿足60%～120%，如表11顯示，三組實驗的變異系數均小于1.00%，滿足標準要求。As加標回收率為95%～105%，Hg的回收率為80%～110%，均高于標準規定。

3 結論

通過考察主要工作條件對儀器穩定性和靈敏度的影響，研究分析歸納相關規律，并進行了優化，得出最佳工作條件為：原子化高度10 mm，負高壓270 V、As燈電流60 mA、Hg燈電流15 mA、載氣流量300 mL/min。在此基礎上對產生干擾因素進行了研究，研究結果表明：環境溫度應控制在20～25 ℃、至少預熱30 min、首選HCl作為反應用酸，濃度應不低于5%(V/V)，還原劑濃度應控制在15～20 g/L，可獲得更好的儀器測試效果；最后進行了三水平加標回收實驗，結果顯示，儀器經條件優化后，干擾因素在有效控制下，As的濃度為0.20 ng/mL，檢出限為0.024 7 ng/mL，RSD為0.37%，線性相關系數r=0.999 9；Hg的濃度為0.023 ng/mL，檢出限為0.001 5 ng/mL，RSD為0.44%，線性相關系數r=0.999 9，且穩定性好，靈敏度高，各項指標均優于標準規定。