氫化物發生-原子熒光光譜法聯合測定海米的砷和汞含量

趙軍星，張玉娜，王倩文*

（1.青島市排水運營服務中心，山東 青島 266000；2.青島農業大學中心實驗室，山東 青島 266109）

海海品含有人體必需的蛋白質、不飽和脂肪酸等營養元素，對人類健康非常有益[1]。但是，隨著經濟的快速發展，港口吞吐量不斷增大，加上海洋資源的過度開發，致使海洋污染明顯加重[2，3]，這一問題已經引起世界各國的高度關注。海洋環境中的重金屬元素除對海洋生物造成直接毒害外，還可通過生物體富集和食物鏈傳遞，經由海產品進入人體而造成危害[4，5]，因此對海產品進行重金屬含量分析檢測非常重要。其中，砷（As）和汞（Hg）具有難降解性、生物蓄積性和生物毒性，在海產品食品衛生監督檢驗中經常被列為重點檢測對象[6～8]。

海產品中As 和Hg 含量的分析方法種類繁多，其中《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》（GB 5009.11—2014）[9]和《食品安全國家標準 食品中總汞及有機汞的測定》（GB 5009.17—2014）[10]中As 和Hg 的含量測定均采用原子熒光光譜法。原子熒光光譜法是在原子發射光譜法和原子吸收光譜法的基礎上綜合發展起來的一種光譜分析技術，由Winefordner在1964 年首次作為分析方法的概念提出，之后在分析測試領域得到了長足發展[11]。其中，氫化物發生-原子熒光光譜法克服了傳統分析方法存在的操作復雜、分析時間長、靈敏度低等問題，是近年來發展較快的一種分析技術[12]。在海產品As 含量測定過程中需要加入還原試劑，在Hg 含量測定過程中需要加入保護試劑，要實現As 和Hg 的聯合測定就要同時添加還原試劑和保護試劑，而還原試劑與保護試劑同時存在會相互干擾，進而導致測試結果產生偏差，因此很難實現As 和Hg 的同時檢測?；诖耍狙芯客ㄟ^優化海產品前處理條件，降低As 和Hg 元素分析的相互影響，實現As 和Hg 元素的聯合測定。以海米為試材，建立氫化物發生-原子熒光光譜法聯合測定海米As 和Hg含量的方法，可為海米以及其他海產品As 和Hg 含量的聯合測定提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試樣品為不同品牌的海米，編號A1～A5，購于青島市大潤發、利群、利達等各大商超。

試驗儀器有原子熒光分光光度計（AFS-933，北京吉天儀器有限公司）、重金屬消解儀（SH230N，濟南海能儀器股份有限公司）、粉碎機（FW100，天津市泰斯特儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（龍口市先科儀器有限公司） 和去離子水發生器（Milli-Q，美國Millipore 公司）等。

所用試劑中，Hg（GSB04-1729-2004，1000 μg/mL）和As（GSB04-1714-2004，1 000 μg/mL）標準試劑均購于自國家有色金屬及電子材料分析測試中心；HCl、HNO3和HClO4為優級純，K2Cr2O7、硫脲和抗壞血酸為分析純，均購自中國醫藥集團。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 采用濕消解法，制備海米樣品測試液。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g 左右（精確到0.000 1 g），用硝酸和高氯酸作為消解體系將樣品消化完全；之后，完全轉移至50 mL 容量瓶中，用去離子水定容至刻度，得到消解液。吸取消解液20 mL于25mL 比色管中，加入10%硫脲2.5mL 和鹽酸1.25mL，用去離子水定容至刻度，得到As 元素測試液。吸取消解液20 mL 于25 mL 比色管中，加入鹽酸和10 g/L 的K2Cr2O7各0.5 mL，用去離子水定容至刻度，得到Hg元素測試液。

1.2.2 海米樣品前處理條件的優化

1.2.2.1 消解體系的選擇。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，在100 ℃水浴條件下用硝酸和高氯酸作為消解體系進行樣品的消解，試驗消解體系設濃硝酸22 mL-高氯酸2.2 mL（體積比10 ∶1）、濃硝酸20 mL-高氯酸4 mL（體積比5 ∶1）、濃硝酸16 mL-高氯酸8 mL（體積比2 ∶1）、濃硝酸12 mL-高氯酸12 mL（體積比1 ∶1）4 個處理。觀察消解液至近干（如果此時溶液呈深褐色，應再加入硝酸5～10 mL，繼續加熱蒸干），加純水再蒸至無黃色氣體（NO2）產生。整個消解過程要注意防止碳化。測定樣品完全消解所需的時長，選擇用時最短的消解體系作為最優。

1.2.2.2 消解溫度的選擇。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入濃硝酸20 mL 和高氯酸4 mL，程序設定消解過程中消解溫度緩慢升高，在不同的水浴溫度下進行樣品消解，試驗消解溫度設70、80、90、100、110、120、110、130、140 和150 ℃計10 個處理。測定樣品完全消解所需的時長，根據消解時效確定最優消解溫度。

1.2.3 標準曲線的繪制 將As 標準試劑分別配制成0.000、0.500、1.000、2.000、4.000、8.000、12.000 μg/L的系列梯度溶液；將Hg 標準試劑分別配制成0.000、0.040、0.080、0.160、0.320、0.400、0.640、0.800、1.000 μg/L 的系列梯度溶液。得到As 和Hg 的系列標準試樣，上機分析。每組標準試樣重復測試5次，驗證儀器的穩定性。

1.2.4 加標回收試驗 在2.00 μg/L 的As 標準溶液中分別加入8.00 μg/L（高）、4.00 μg/L（中）、1.00 μg/L（低）的As 標準物質，在0.20 μg/L 的Hg 標準溶液中分別加入0.80 μg/L（高）、0.40 μg/L（中）、0.10 μg/L低（濃度）的Hg 標準物質，分別進行As 和Hg 元素的加標回收試驗。每組樣品重復10 次試驗。

1.2.5 上機測試方法 采用原子熒光光譜法進行As和Hg 元素的聯合分析。先將汞燈和砷燈安裝好，開啟儀器電源及氬氣閥門，設定儀器參數，將爐溫升至所需要溫度后穩定20 min 再開始測量。儀器設定參數：載氣流量400 mL/min；屏蔽氣流量800 mL/min；負高壓280 V；汞燈電流30 mA，砷燈電流60 mA，輔陰極30 mA。每次測試開始時，先連續用載流進樣，待讀數穩定后，用標準系列零管進樣，確定空白值，然后轉入標準系列測量，繪制標準曲線。

1.2.6 海米中As 和Hg 含量聯合測定 稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g），采用優化的前處理條件將樣品消化完全，分別制備As 和Hg 元素測試液。按照1.2.5 上機測試方法，依次進行各海米樣品溶液測定。在儀器操作軟件的“樣品參數”欄目中輸入每個樣品的質量（精確到0.000 1 g）和定容體積25 mL，儀器會在所有試樣測定結束后自動計算出每個試樣的測定結果，得到樣品中As 和Hg 的含量。測定過程中注意記錄相關數據，測定結束后要用去離子水反復清洗儀器。

2 結果與分析

2.1 海產品樣品前處理條件的優化

2.1.1 消解體系 隨著消解體系中高氯酸用量的增大，海米完全消解所需時長呈先降低后升高的變化，其中硝酸與高氯酸體積比為5 ∶1 時所需時間最短，為3 h （圖1）。因此，確定最優的消解體系為硝酸20 mL-高氯酸4 mL。

圖1 消解體系對消解時長的影響Fig.1 Effect of digestion system on digestion time

2.1.2 消解溫度 隨著水浴溫度的升高，海米完全消解所需時長呈逐漸降低趨勢，其中消解溫度為70～100 ℃時指標值降低明顯，但消解溫度高于100 ℃后降低趨勢明顯變緩（圖2）。樣品消解完全是保證目標物含量測試準確的基本條件。額定消解溫度過低、消解時間過長，有可能造成消解液干掉或樣品消解不完全，影響試驗結果的準確性；額定消解溫度上升過快、溫度過高，會導致消解液沸溢，也會大大影響試驗結果的準確性。綜合考慮消解溫度和消解時長后，確定最優的消解溫度為100 ℃，消解溫度達到額定溫度后消解3 h 是最合理的時長。

圖2 水浴溫度對消解時長的影響Fig.2 Effect of digestion temperature on digestion time

2.2 標準曲線的繪制

根據不同As 濃度的熒光強度，得到As 元素熒光強度—濃度的線性回歸方程為Y=68.97X-14.63（R2=0.999 5），線性范圍為0 ～12 μg/L，最低定量限為0.074 μg/L（圖3）；根據不同Hg 濃度的熒光強度，得到Hg 元素熒光強度—濃度的線性回歸方程為Y=178.5X-0.99（R2=0.999 7），線性范圍為0～1 μg/L，最低定量限為0.032 μg/L（圖4）。表明As 和Hg 元素含量分別為0～12 μg/L 和0～1 μg/L 時，方法性能良好，檢出限較低。

圖3 As 元素熒光強度—濃度標準曲線Fig.3 Standard work curve of As

圖4 Hg 元素熒光強度—濃度標準曲線Fig.4 Standard work curve of Hg

2.3 加標回收試驗

As、Hg 元素的回收率分別為97.7%～98.4%和97.2%～97.6%，相對標準偏差分別為2.97%～4.78%和2.77%～6.25%（表1）。表明優化后的方法測試性能穩定，精度良好。

表1 加標回收試驗結果（n=10）Table 1 Recovery results of the experiments（n=10）

2.4 海米中As 和Hg 含量的聯合分析

采用優化后的條件對海米樣品的As 和Hg 含量進行聯合測定，結果（表2） 顯示，As 含量為705.86～752.95 μg/kg，Hg 含量為131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017 允許范圍，青島市售海米質量安全。海米的As 含量明顯高于Hg 含量，可能與海米對As元素的吸附或富集能力更強有關，同時產品的生長環境也會對檢測結果造成較大影響。

表2 市售海米的As 和Hg 含量Table 2 Contents of As and Hg in commercial dried shrimp （μg/kg）

3 結論與討論

傳統的As、Hg 含量分析方法存在消解體系酸用量多、測定結果重復性差等問題。通過查閱文獻，結合多年元素分析經驗，我們采用硝酸-高氯酸消解體系用于海米As 和Hg 含量測定的樣品前處理。消解體系中的高氯酸，一方面可以加強氧化作用，另一方面其沸點（130 ℃）略高于硝酸（120 ℃），有利于后期趕盡硝酸，排除硝酸對As 含量測定的干擾。

在樣品消解過程中，還有幾個非常重要的注意事項：首先，將準確稱重后的樣品加入消解體系后蓋上消化管的蓋子放置過夜，是保證樣品消化完全的重要步驟；第二，消化管的蓋子應在程序升溫前打開，否則很容易導致消解液沸溢，造成目標物損失；第三，搖動消化管是消化過程中必不可少的一步，以保證樣品消化完全；第四，在消化液中添加還原劑以保持As元素的還原態（As3+），本研究以硫脲作為還原劑；第五，Hg 測試液需要加入一定量的K2Cr2O7，以保證Hg元素的穩定并排除其他元素的干擾。

優化建立了基于氫化物發生-原子熒光光譜法聯合測定海米As 和Hg 含量的方法。最優的樣品前處理方案為采用硝酸-高氯酸體積比5 ∶1 消解體系，100 ℃水浴溫度下消解3 h；儀器設定參數為載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，負高壓280 V，Hg 燈電流30 mA，As 燈電流60 mA。該方法性能良好，As、Hg 元素的最低定量限分別為0.032 和0.074 μg/L，回收率均在97%以上，相對標準偏差范圍為2.77%～6.25%。采用該方法對青島市售海米的As 和Hg 含量進行聯合分析，結果顯示，As 含量為705.86～752.95μg/kg，Hg 含量為131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017允許范圍，產品質量安全。