電熱消解-原子熒光法同時測定海產品中砷、汞

李文文 朱濛 孟菁

摘 要：建立一種普遍適用于各類動、植物海產品的電熱消解-原子熒光同時測定砷、汞的分析方法，砷的檢出限為0.0631μg/L，汞的檢出限為0.0207μg/L。選擇紫菜、海帶、黃魚、三文魚、秋刀魚、鯧魚、對蝦作為試驗的實際樣品，結果表明，樣品中砷遠高于汞含量，最大可達2000倍且無干擾。海生植物中有顯著的砷元素暴露，采用傅立葉紅外光譜（FTIR）證實了紫菜和海帶樣品中在波數為1056cm-1和775cm-1有As-O伸縮振動譜帶的特征吸收峰，進一步說明了市售海帶與紫菜可能受有機砷的顯著污染。

關鍵詞：砷;汞;海產品;原子熒光;FTIR

中圖分類號：O657 ?文獻標識碼：A ?文章編號：1673-260X（2022）01-0005-03

長周期過渡金屬砷、汞元素具有特殊的物理和化學性質，兩種元素的自然背景濃度普遍極低，且二者均以不同的形態參與地球化學循環。20世紀中期，砷、汞類化合物被發現不僅具有刺激生物生長以及抗球蟲功效，還具備防腐和除草等功能而被廣泛使用[1]，砷、汞及其化合物在生態系統中的遷移、轉換，對水圈、土壤圈、大氣圈以及生物圈產生嚴重的威脅，近海水體以及海產品往往首當其沖。近年來，隨著水產養殖業集約化發展，為了追求更高的養殖效率，養殖場投入過量的飼料和農藥，累積了大量對健康不利的有毒元素[2]。長期以來，關于砷、汞及其環境與食品安全的問題一直是研究的熱點問題之一[3]。砷、汞的定量測定方法主要有冷原子吸收、雙色熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法和原子熒光法，其中原子熒光法測定砷、汞，具有低成本，易操作，選擇性高，檢出限低，靈敏度高等優點被國內外學者廣泛采用[4]。

近年來，國內外學者對砷、汞的研究持續增加[5，6]。愈發嚴峻的食品安全問題呼吁更多有力的監測手段。首先，實現雙道原子熒光光度法可高效同時測定海產品中的砷、汞總量;其次，優化的消解過程使其不因消解酸和消解溫度影響引起樣品中砷、汞的損失;再次，在對魚肉標準物質的準確測定前提下，該方法應用于實際樣品中的砷、總汞分析;最后，利用FTIR手段再次驗證有機砷在海產品中存在。

1 材料與方法

1.1 實驗材料與設備

海產品除紫菜外均為生鮮，采購自大型超市;砷（As）元素標準儲備液（1000mg/L）德國默克公司;汞（Hg）元素標準儲備液（100mg/L）中國計量科學研究院;魚肉中微量元素標準物質編號為ERM-BB422，購自歐盟委員會;雙道原子熒光光度計北京海光儀器有限公司AFS9700型;傅立葉紅外光譜儀日本島津FTIR-8400S型;電熱消解儀奧普勒儀器有限公司ED15型;微波消解儀上海新儀微波化學科技有限公司MDS-6G型。

1.2 實驗方法

1.2.1 樣品采集與保存。從超市購買的生鮮動物海產品黃魚、三文魚、秋刀魚、鯧魚、對蝦洗凈-搗碎-烘干-粉碎-過篩后所有樣品均保存在聚乙烯塑料瓶中，備用。

1.2.2 消解方式一——微波消解法。稱取0.3g左右的食品樣品，置于聚四氟乙烯的溶液杯中，加3mL硝酸浸泡過夜后依次補加5mL硝酸和2mL過氧化氫，混合后密封消解罐，設置微波程序升溫，最高溫度為170℃，在微波輻射下消化30min，將溶液轉移至容量瓶中定容。該方法節能、消化時間短，消化液不易損失。缺點是有大量的酸會造成測定背景值較高，且不適合大量樣品處理。

1.2.3 消解方式二——電熱回流消解法。稱取0.5g左右的樣品置于玻璃消化管中，依次加入8mL硝酸和2mL硫酸或過氧化氫，充分搖勻后放置在電熱回流消解儀上，首先消化至上清液澄清，冷卻后加入20mL去離子水繼續消化30min，趕除過量的硝酸。該方法為開放式消化容易趕酸，缺點是消化液易損失，需要嚴格控制消化溫度。

1.2.4 消解方式三——王水沸水浴消解法。稱取0.3g左右的樣品置于50mL比色管中，加入10mL王水溶液，蓋上瓶塞，中途有發泡情況時，暫停加熱取下瓶塞，樣品在沸水浴中消化約2h后定容到50mL刻度線，用玻璃纖維過濾油脂后，取濾液測定。該方法無須轉移消化液，適用于大量易消化樣品的前處理，缺點是消化不夠徹底，消化液需過濾。

1.2.5 不同消解方法獲得的消化液直接或者經過5%硝酸稀釋后，通過蠕動泵連續流動自動進樣，在優化的儀器條件下，進行同時或者分別測定。所有實驗測定重復至少3次。

1.2.6 分別準確稱取所有粉末樣品（1.0mg）混合（10.0mg）溴化鉀晶體粉末，在瑪瑙碾缽中碾磨均勻并制成壓片，進行紅外光譜測定。

2 結果與討論

2.1 消解方法的優化

為了提高樣品普遍適用性和消化效率，采取電熱回流消解法，該方法中硝酸——硫酸組合濕法消化優于硝酸——過氧化氫組合，這是因為加入過氧化氫會導致消化液劇烈發泡，結果偏低。當消化溫度高于160℃，樣品回收率低于50%，實驗將消化溫度控制在160℃可獲得良好回收率，見圖1A，B;水浴消解法也是十分高效且常用的植物和土壤消化方法，但對于脂類有機質含量較高的樣品不適用，砷、汞元素的回收率均低于80%，原因有二：（1）鹽酸試劑的加入導致樣品空白值高。（2）沸水水浴消化溫度過低，樣品消化不徹底。故以下實驗選擇優化的硝酸——硫酸電熱回流消解法。

2.2 方法檢出限與測定范圍

在同時測定的最佳儀器優化條件下，分別對空白溶液連續11次測定。選擇適合的校準曲線的線性范圍，砷的線性范圍是0～25.00μg/L，線性相關系數r2為0.9980;汞的線性范圍為0～5.00μg/L，線性相關系數r2為0.9993，檢出限DL=3SD/k，SD為空白測定的相對標準偏差，k值為線性曲線的斜率，由儀器自動計算得出，砷的檢出限DL=0.0631μg/L，汞的檢出限DL=0.0207μg/L。

2.3 標準樣品測定

選擇魚肉中微量元素有證參考物質No.0591的作為待測樣品，該有證參考物（魚肉樣品）中砷含量為12.7mg/kg，不確定度為0.7mg/kg，汞含量為0.601mg/kg，不確定度為0.030mg/kg。比較砷、汞的同時測定與分別測定的結果如表3，準確稱取0.3g的標準樣品，分別在最佳的同時測定和分別測定條件下進行測定，重復次數為10次。有證物質實驗證明，電熱回流消化以及優化的儀器條件可以準確測定魚肉樣品中的砷、汞元素總量。

2.4 實際樣品分析

海帶、黃魚、對蝦、鯧魚、秋刀魚、三文魚、紫菜樣品的雙元素同時測定結果見表4，結果表明：首先，樣品中砷含量遠高于汞含量，最大可達2000倍左右且無干擾，體現了原子熒光法同時測定的抗干擾性。其次，樣品中砷元素均有檢出結果，砷元素在海生生物體內的暴露值較高。再次，紫菜和海帶樣品中的總砷含量顯著高于其他樣品，而總汞的含量均較低且無顯著性差異，一方面與人為因素有關，另一方面是由于汞元素容易遷移擴散。

2.5 FTIR表征

我國在2019年已禁止將有機砷作為飼料和殺菌劑的原料，但在養殖場周圍土壤和水體中普遍存在有機砷，其中使用最多的是洛克沙砷（3-硝基-4-羥基苯腫酸）。圖2可見，海帶與紫菜樣品在波數為1056cm-1和775cm-1有As-O伸縮振動，與文獻中洛克沙砷的特征峰一致[7]。對蝦樣品也有微弱的As-O特征峰，黃魚、鯧魚、秋刀魚、三文魚中沒有As-O的特征吸收，可進一步推測紫菜和海帶受到顯著的有機砷污染，有機砷的種類繁多，需借助高效液相色譜聯用儀進一步分析其環境行為。

3 結論

采用硫酸-硝酸的混酸在160℃下電熱回流消解法可用于各類海產品砷、汞的雙原子熒光同時測定分析的預處理。海產品中的砷含量相比于過去研究者的數據有了明顯的增加，紫菜與海帶中總砷含量分別為25.0mg/kg和18.5mg/kg，紅外光譜分析判斷可能是有機砷污染，需要進一步研究砷元素在海生植物中的累積以及抽樣樣品地域本底值和近海人工養殖等人為因素影響。

參考文獻：

〔1〕Ricardo Furtado， Maria Eduarda Pereira， José Pedro Granadeiro， et al. Body feather mercury and arsenic concentrations in five species of seabirds from Falkland Islands [J]. Marine Pollution Bulletin， 2019， 149： 110574.

〔2〕唐鵬，李義連，徐佳麗，等.王水水浴消解-原子熒光法測定土壤中的砷和汞[J].安全與環境工程，2019，26（04）：50-55.

〔3〕王林裴，周迎春，鄭亞哲，等.液相色譜—原子熒光光譜法分析測定水產動物及其制品中不同形態汞的含量[J].食品工業科技，2018，39（02）：267-271.

〔4〕張敏，劉文靜.雙通道原子熒光光譜法同時測定土壤中的砷和汞[J].化學分析計量，2020，29（03）：81-84.

〔5〕Tommaso Filippini， Marcella Malavolti， Silvia Cilloni， et al. Intake of arsenic and mercury from fish and seafood in a Northern Italy community [J]. Food and Chemical Toxicology， 2018， 116： 20-26.

〔6〕楊如意，楊程，石曉菁等.硒鎘高背景區茶葉中硒和砷、汞、鎘的積累與浸出特征研究[J].農業環境科學學報，2019，38（09）：2023-2030.

〔7〕Swasmi Purwajanti， Hongwei Zhang， Xiaodan Huang， et al. Mesoporous magnesium oxide hollow spheres as superior arsenite adsorbent： synthesis and adsorption behavior[J]. Appl. Mater. Interfaces. 2016（08）：25306-25312.