ICP-MS和AFS測(cè)定紅糖總砷的方法比較

陸劍華，鐘宏星，張 琳，余希文，郭劍雄

(1廣東省生物工程研究所(廣州甘蔗糖業(yè)研究所) 廣東省甘蔗改良與生物煉制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510316；2國(guó)家糖業(yè)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，廣東廣州510316)

0 前言

砷是一種非金屬元素，在自然界中普遍存在，隨著環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，其通過(guò)污染的水體、食物和空氣經(jīng)食物鏈進(jìn)入人體后，對(duì)紅血球生成有刺激影響，長(zhǎng)期接觸砷會(huì)引發(fā)細(xì)胞和毛細(xì)管等慢性砷中毒，甚至可致皮膚癌和肺癌[1-3]。近年來(lái)，在食品安全風(fēng)險(xiǎn)監(jiān)測(cè)有害元素檢驗(yàn)中，總砷已被列為重點(diǎn)檢測(cè)項(xiàng)目[4-5]。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)食品中的總砷含量對(duì)于有效防控食品中的重金屬污染、維護(hù)國(guó)家食品安全、保障人類健康具有十分重要的意義。

糖是人體主要營(yíng)養(yǎng)來(lái)源之一，人體活動(dòng)所需的能量有70%是靠糖供給的，而紅糖是糖的重要一類，是時(shí)下一種熱門的保健養(yǎng)生食品。總砷是紅糖一項(xiàng)重要的重金屬污染物指標(biāo)。對(duì)于紅糖總砷的限量要求，GB 2762-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物的限量》[6]中就明確規(guī)定了總砷含量最高為 0.5 mg/kg，且標(biāo)準(zhǔn)中指明了對(duì)應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)為 GB 5009.11-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》[7]。但檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中第一法電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法(ICP-MS)的前處理中沒(méi)有濕法消解而第二法氫化物發(fā)生原子熒光光譜法(AFS)的前處理沒(méi)有微波消解。本文結(jié)合紅糖的自身特點(diǎn)及其總砷在其內(nèi)部的形態(tài)，采用微波消解和改進(jìn)國(guó)標(biāo)的濕法消解對(duì)其進(jìn)行前處理，再分別使用ICP-MS和AFS對(duì)其總砷進(jìn)行測(cè)定，分析比較2種方法的檢出限、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、加標(biāo)回收率、準(zhǔn)確度及精密度等技術(shù)指標(biāo)，為紅糖食品中總砷測(cè)定的前處理和檢測(cè)儀器選擇提供相關(guān)數(shù)據(jù)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 原料與試劑

市售紅糖；砷標(biāo)準(zhǔn)溶液：1000 mg/L，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；調(diào)諧液：1 μg/L，安捷倫科技有限公司；混合內(nèi)標(biāo)溶液(含Bi、Ge、In、Lu、Rh、Sc、Tb元素)：100 mg/L，美國(guó)安捷倫科技有限公司；硝酸：級(jí)別為Trace Metal，F(xiàn)isher；過(guò)氧化氫：分析純，廣州化學(xué)試劑廠；高氯酸：優(yōu)級(jí)純，廣州化學(xué)試劑廠；硫酸：優(yōu)級(jí)純，廣州化學(xué)試劑廠；硼氫化鉀：優(yōu)級(jí)純，天津南開(kāi)允公合成技術(shù)有限公司；氫氧化鉀：分析純，廣州化學(xué)試劑廠；硫脲：分析純，廣州化學(xué)試劑廠；超純水：電阻18.0 MΩ/cm，Milli-Q超純水機(jī)(美國(guó)Millipore公司)制備。

1.2 試驗(yàn)儀器

ICP-MS-7800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)安捷倫科技有限公司；AFS-9530雙通道原子熒光分光光度計(jì)，北京海光儀器有限公司；ETHOS-ONE微波消解儀，意大利麥爾斯通公司；SQP36391165萬(wàn)分之一電子天平，德國(guó)Sartorius集團(tuán)；加熱板：0～250℃，北京萊伯泰科儀器有限公司。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

1.3.1.1 微波消解

準(zhǔn)確稱取0.5 g左右(精確到0.001 g)試樣于聚四氟乙烯消解罐中，加入6 mL濃硝酸和1 mL雙氧水，靜置15 min，加蓋密封后放進(jìn)微波消解。消解完畢后，冷卻至室溫，打開(kāi)密閉消解罐，趕酸至1～2 mL，將樣品消解液轉(zhuǎn)移至干凈的25 mL容量瓶，以少量超純水洗滌消解罐與蓋子3～4次，洗液合并至容量瓶中，定容至刻度(AFS測(cè)定的要加入10%硫脲2 mL后定容，放置30 min)，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.1.2 濕法消解

準(zhǔn)確稱取1.0 g左右(精確到0.001 g)試樣氟乙烯消解罐中，加入10 mL濃硝酸，靜置30 min，至于電熱板上加熱消解，消解程序?yàn)?20℃ 120 min，165℃ 90 min，180℃趕酸至1～2 mL，冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL容量瓶，以少量超純水洗滌消解罐，洗液合并至容量瓶中，定容至刻度(AFS測(cè)定的要加入10%硫脲2 mL后定容，放置30 min)，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

1.3.2 ICP-MS測(cè)定總砷

儀器開(kāi)機(jī)點(diǎn)火預(yù)熱 20 min后，設(shè)置參數(shù)，RF功率1550 W，載氣流速0.60 L/min，稀釋氣體0.55 L/min，采樣深度8 mm，采樣/截取錐均為鎳錐，分析模式碰撞反應(yīng)池，用1 μg/L調(diào)諧液調(diào)整儀器靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項(xiàng)指標(biāo)，使儀器各項(xiàng)指標(biāo)達(dá)到測(cè)定要求，砷采集質(zhì)量數(shù)為75，內(nèi)標(biāo)為鍺，采集質(zhì)量數(shù)為72。

用 2%硝酸溶液將總砷標(biāo)準(zhǔn)貯備液逐級(jí)稀釋為1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、空白、樣品溶液分別引入儀器進(jìn)行測(cè)定，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，由儀器直讀，得到樣品溶液中總砷的濃度。

1.3.3 AFS測(cè)定總砷

儀器開(kāi)機(jī)點(diǎn)火預(yù)熱20 min后，設(shè)置參數(shù)燈電流60 mA，負(fù)高壓270 V，載氣為氬氣，載氣流速400 mL/min，屏蔽氣流速800 mL/min；測(cè)量方式：熒光強(qiáng)度；讀數(shù)方式：峰面積，觀測(cè)高度8 mm。

用 2%硝酸溶液將總砷標(biāo)準(zhǔn)貯備液逐級(jí)稀釋為1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 μg/L 的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液，定容前每個(gè)系列溶液分別加入2 mL 10%硫脲溶液。混勻后，放置30 min，將標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、空白、樣品溶液分別引入儀器進(jìn)行測(cè)定，采用標(biāo)準(zhǔn)曲線法，由儀器直讀，得出樣品溶液中總砷的含量。

2 結(jié)果分析與討論

2.1 消解方式的選擇

砷的檢測(cè)分析前處理常用的是濕法消解和微波消解，但國(guó)標(biāo)中ICP-MS法的前處理沒(méi)有濕法消解，而AFS法的前處理沒(méi)有微波消解，原因分別為：微波消解溫度一般＜200℃，不能把有機(jī)形態(tài)的砷無(wú)機(jī)化，從而導(dǎo)致總砷含量測(cè)定偏低；濕法消解采用硝酸、高氯酸、硫酸3種混合強(qiáng)酸進(jìn)行消解，能提高消解溫度和消解效率，但因?yàn)橐肓寺入x子和硫離子，會(huì)干擾ICP-MS的測(cè)定。紅糖是以甘蔗為原料，經(jīng)提取糖汁，清凈處理后，直接煮煉不經(jīng)分蜜制煉而成的，其砷主要來(lái)源于甘蔗，形態(tài)比較簡(jiǎn)單，一般以無(wú)機(jī)砷的形式存在。綜合砷在紅糖中的形態(tài)，本試驗(yàn)采用微波并改進(jìn)了濕法消解方法后，分別在ICP-MS和 AFS測(cè)定，加標(biāo)回收率均在 93.5%～103.3%之間。因此采用ICP-MS或者AFS測(cè)定紅糖總砷2種前處理方法均能使用。

2.2 工作曲線擬合線性

2種方法工作曲線的詳細(xì)信息見(jiàn)表 1。由表 1可知，2種方法的曲線相關(guān)系數(shù) R2＞0.9995，滿足一般儀器檢測(cè)R2＞0.995的要求。

2.3 方法檢出限

表1 工作曲線

將 2種前處理方法的 11個(gè)空白溶液分別在 2種儀器上測(cè)定，算出標(biāo)準(zhǔn)偏差 Si，根據(jù)公式CL=3Si/a(CL為方法檢出限，3為置信因子，Si為標(biāo)準(zhǔn)偏差，a為曲線方程斜率)，計(jì)算出2種方法的檢出限，具體的數(shù)值見(jiàn)表2。由表2數(shù)據(jù)可知，2種方法的檢出限，均滿足總砷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.11-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》對(duì)于方法檢出限的要求，其中 ICP-MS法要求檢出限小于0.003 mg/kg，而AFS法要求檢出限小于0.010 mg/kg。

表2 方法檢出限比較

2.4 測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確度及精密度

用2種前處理方法對(duì)紅糖樣品進(jìn)行了5次平行實(shí)驗(yàn)，再分別用ICP-MS和AFS測(cè)定，詳細(xì)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。由表3數(shù)據(jù)可知，采用2種前處理方式，2種測(cè)定方法對(duì)應(yīng)的 4次測(cè)定結(jié)果基本一致，相對(duì)偏差只有2.4%，每種方法的RSD均小于5%，滿足檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定小于20%的要求。

為驗(yàn)證方法準(zhǔn)確度，分別進(jìn)行了低、中、高（樣品含量1、5、10倍）三水平，每個(gè)水平兩平行的試驗(yàn)，具體詳細(xì)的數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，由表4數(shù)據(jù)可知，2種消解方法在不同的儀器上檢測(cè)回收率均在 93.0%～99.6%之間。可見(jiàn)對(duì)于紅糖總砷的測(cè)定，使用微波消解或者改進(jìn)的濕法消解后，再使用ICP-MS或者AFS測(cè)定，均能取得良好的準(zhǔn)確度。

表3 紅糖總砷測(cè)定結(jié)果比較

表4 準(zhǔn)確度（加標(biāo)回收試驗(yàn)比較）

3 結(jié)論

分別使用微波消解和改進(jìn)的濕法消解對(duì)紅糖樣品進(jìn)行處理，再采用了電感耦合等離子體質(zhì)譜儀法(ICP-MS)和氫化物發(fā)生原子熒光光譜法(AFS)對(duì)樣品進(jìn)行多平行和三水平的加標(biāo)試驗(yàn)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比分析。比較最終結(jié)果，2種儀器檢測(cè)方法曲線擬合相關(guān)性較好，R2均大于0.9995，檢出限、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差、加標(biāo)回收率、精密度及準(zhǔn)確度等技術(shù)指標(biāo)均滿足總砷檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn) GB 5009.11-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》的要求。其中無(wú)論是采用ICP-MS還是AFS檢測(cè)，微波消解的回收率基本優(yōu)于濕法消解的回收率，而ICP-MS線性相關(guān)系數(shù)和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差較好、檢測(cè)限更低，可以準(zhǔn)確測(cè)定含量低的樣品。但 ICP-MS和微波消解儀的價(jià)錢較貴，在一般企業(yè)的普及率較低。因此，日常檢測(cè)中可以根據(jù)單位的實(shí)際情況和樣品總砷的含量等，選擇合適的前處理方法和相應(yīng)的儀器進(jìn)行測(cè)定。