基于原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷及形態(tài)砷的研究與分析

趙素勤，馮培培，任露露，王 露，李曉偉

（河南中標(biāo)檢測(cè)服務(wù)有限公司，河南鄭州 450044）

砷元素被認(rèn)為是一種對(duì)人體健康有負(fù)面影響的元素，國際癌癥組織早已把砷及其化合物列為致癌物，其中亞砷酸和砷酸的毒性遠(yuǎn)大于其他形態(tài)的砷。稻谷作為主要的糧食作物，其質(zhì)量直接關(guān)系到糧食安全。為保障稻谷類食品的安全性，對(duì)稻谷中的總砷及形態(tài)砷含量進(jìn)行檢測(cè)十分有必要，可避免砷含量超標(biāo)的稻谷流入市場(chǎng)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

稻谷樣品10份；大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)；砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（批號(hào)：18021，濃度：1 000 μg/mL）、亞砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（批號(hào)：1902，濃度：以亞砷酸根計(jì) 124.3 μg/g±2.0 μg/g）、砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（批號(hào)：1804，濃度：以砷酸根計(jì) 32.4 μg/g±0.7 μg/g）、一甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（批號(hào)：1907，濃度：以砷計(jì)25.1 μg/g）、二甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（批號(hào)：1804，濃度：以二甲基砷計(jì) 97.4 μg/g±3.3 μg/g），以上標(biāo)品均來自中國計(jì)量科學(xué)研究院；優(yōu)級(jí)純硝酸、分析純雙氧水、優(yōu)級(jí)純鹽酸、分析純硫脲、分析純抗壞血酸、分析純氫氧化鈉、分析純硫酸二氫鉀、分析純磷酸氫二鈉和優(yōu)級(jí)純硼氫化鉀，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

原子熒光光度計(jì)（北京吉天儀器AFS-8220）、原子熒光形態(tài)分析儀（北京吉天儀器SA-20）、超純水機(jī)（長沙沃恩環(huán)保科技有限公司Perfect-20VF）、微波消解儀（CEM MARS5）、水浴恒溫振蕩器（上海博訊實(shí)業(yè)SHZ-C）、趕酸儀（北京萊伯泰科儀器股份有限公司VB24UP）。此外還需要對(duì)稻谷進(jìn)行處理的礱谷機(jī)和錘式旋風(fēng)磨[1]。

1.3 儀器條件

測(cè)定總砷時(shí)儀器條件：光電倍增管負(fù)高壓為290 V，燈電流為70 mA，原子化器高度為8 mm，Ar為載氣，流量和屏蔽氣流量參數(shù)分別為400 mL/min、800 mL/min，讀數(shù)時(shí)間為7 s，延遲時(shí)間為1.5 s。載液是體積分?jǐn)?shù)為5%的氯化氫溶液，還原劑是質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.5%的硼氫化鉀和0.5%的氫氧化鈉溶液。

測(cè)定形態(tài)砷時(shí)儀器條件：光電倍增管負(fù)高壓為280 V，砷燈總電流為60 mA，輔電流為30 mA，原子化器高度、載氣相同，流量和屏蔽氣流量分別為300 mL/min和500 mL/min。載液是體積分?jǐn)?shù)為10%的氯化氫，還原劑仍選用硼氫化鉀和氫氧化鈉，質(zhì)量分?jǐn)?shù)變?yōu)?.5%和0.5%。等度洗脫流動(dòng)相：酸堿值控制在5.9，使用45 mmol/L的KH2PO4+5 mmol/L的Na2HPO4，流速參數(shù)為1.0 mL/min。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 樣品前處理

實(shí)驗(yàn)前先使用礱谷機(jī)對(duì)原始樣品進(jìn)行脫殼處理，再使用錘式旋風(fēng)磨將去殼稻谷磨成粉狀，得到糙米粉[2]。

（1）測(cè)定總砷時(shí)樣品的前處理。準(zhǔn)確稱取0.35 g糙米粉，將其放置于消解罐，并向其中加入5 mL硝酸和2 mL雙氧水，將安全閥蓋好后放入微波消解儀進(jìn)行消解處理[3]。消解過程主要分為4個(gè)階段：①儀器內(nèi)部溫度從室溫提升至120 ℃，功率為1 600 W，升溫5 min，恒溫5 min；②功率不變、溫度提升至150 ℃，升溫5 min，恒溫10 min；③在功率參數(shù)不變的前提下提高溫度至180 ℃，升溫10 min，恒溫30 min；④儀器設(shè)備和系統(tǒng)溫度逐漸冷卻至室溫。直到系統(tǒng)溫度降至室溫方可打開消解罐，之后放入趕酸儀中，開展趕酸作業(yè)。其中，趕酸儀溫度設(shè)置為160 ℃，時(shí)間參數(shù)為100 min，液體剩余1 mL左右，可取下，冷卻。完成趕酸后，使用5%的氯化氫溶液對(duì)消解罐進(jìn)行洗涮，將所得溶液放置在10 mL比色管中，加入1 mL 100 g/L硫脲+100 g/L抗壞血酸混合液，再用體積分?jǐn)?shù)為5%的氯化氫定容，同時(shí)做試劑空白試驗(yàn)，反應(yīng)時(shí)間控制在30 min，最后上機(jī)測(cè)定。

（2）測(cè)定形態(tài)砷時(shí)樣品的前處理。準(zhǔn)確稱取糙米粉1.0 g放置于50 mL塑料離心管中，加入20 mL 0.15 mol/L硝酸溶液，放置一夜。第2 d將塑料離心管放置在水浴恒溫振蕩器中，在90 ℃熱浸離心管2.5 h，每隔30 min振蕩1 min。完成提取后，將塑料離心管取出，直到其溫度降至室溫方可進(jìn)行離心處理。離心機(jī)轉(zhuǎn)速為8 000 r/min，離心15 min。離心后將上層清液取出，采用0.45 μm的有機(jī)濾膜過濾，最后上機(jī)測(cè)定[4]。

1.4.2 配制標(biāo)準(zhǔn)曲線

（1）總砷標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備。分別移取0 mL、0.05 mL、0.10 mL、0.15 mL、0.20 mL和0.25 mL的1 μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用液，并將其分別放置于規(guī)格為25 mL的容量瓶中，此時(shí)得到的溶液相當(dāng)于砷的質(zhì)量濃度分別為 0 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L和10 μg/L。再將2.5 mL 100 g/L硫脲+100 g/L抗壞血酸混合液分別加入容量瓶中，使用體積分?jǐn)?shù)為5%的氯化氫定容，靜置反應(yīng)30 min，最后上機(jī)測(cè)定[5]。

（2）形態(tài)砷標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備。分別移取0 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL 和 2.50 mL 1 μg/mL的4種形態(tài)砷的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，并將其分別放置于規(guī)格為25 mL的容量瓶中，此時(shí)得到的溶液濃度分別為 0 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、80 μg/L和100 μg/L。再加水定容，上機(jī)測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性范圍

制作總砷標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，以各質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，以各濃度對(duì)應(yīng)的熒光強(qiáng)度值為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到總砷的線性回歸方程為Y=135.452 2X-16.057 7，該方程下的相關(guān)系數(shù)為0.999 2，表明0～100 μg/L的砷具有良好的線性關(guān)系。

制作形態(tài)砷標(biāo)準(zhǔn)曲線時(shí)，以各質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，峰面積值為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到形態(tài)亞砷酸在0～100 μg/L的線性回歸方程為Y=392.862 5X+219.958 4，相關(guān)系數(shù)為0.999 4；得到形態(tài)二甲基砷在0～100 μg/L的線性回歸方程為Y=337.568 8X-63.020 3，相關(guān)系數(shù)為0.999 2；得到形態(tài)一甲基砷在0～100 μg/L的線性回歸方程為Y=354.614 0X-112.785 9，其相關(guān)系數(shù)是0.999 8；得到形態(tài)砷酸在0～100 μg/L的線性回歸方程為Y=263.798 0X-101.432 4，其相關(guān)系數(shù)是0.999 8。各形態(tài)砷在其濃度參數(shù)范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系。

2.2 總砷和無機(jī)砷的準(zhǔn)確度與精密度實(shí)驗(yàn)

取糙米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，總砷標(biāo)準(zhǔn)值為0.230，無機(jī)砷的標(biāo)準(zhǔn)值為0.180，按照對(duì)應(yīng)的方法分別對(duì)總砷和無機(jī)砷開展6次測(cè)定，所得結(jié)果為稻谷總砷6次測(cè)定的平均值為0.226，6次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為4.0%，稻谷無機(jī)砷6次測(cè)定的平均值為0.178，6次測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為5.2%，通過分析其絕對(duì)誤差，發(fā)現(xiàn)測(cè)定值在可信范圍內(nèi)，表明本次實(shí)驗(yàn)的結(jié)果準(zhǔn)確。這說明微波消解-原子熒光光譜法和液相色譜-原子熒光光譜法具有良好的精密度。

2.3 測(cè)定加標(biāo)回收率

測(cè)定稻谷總砷和形態(tài)砷的加標(biāo)回收率，具體流程為從20份樣品中隨機(jī)選擇10份樣品，5份樣品用于總砷加標(biāo)回收測(cè)定，另外5份樣品用于形態(tài)砷加標(biāo)回收測(cè)定，并向這10份樣品中分別添加砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，使用對(duì)應(yīng)的實(shí)驗(yàn)方法對(duì)總砷和形態(tài)砷進(jìn)行加標(biāo)回收測(cè)定，得到的數(shù)據(jù)結(jié)果如表1所示。由表1可知，樣品總砷測(cè)定的加標(biāo)回收率為98.7%～107.8%，樣品無機(jī)砷測(cè)定的加標(biāo)回收率為87.7%～100.8%，實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想。

表1 總砷和無機(jī)砷加標(biāo)回收測(cè)定結(jié)果

2.4 測(cè)定分析樣品中總砷及形態(tài)砷含量

取10份稻谷樣品，分別測(cè)其中的總砷含量和形態(tài)砷含量，所得結(jié)果如表2所示。無機(jī)砷在稻谷中的含量占比最大，無機(jī)砷酸含量在總砷酸含量中的占比數(shù)據(jù)在57.4%～71.3%。其中，占比最高的是亞砷酸，亞砷酸含量占總砷的含量為57.4%～65.8%；其次是形態(tài)二甲基砷和砷酸；最少的是一甲基砷。

表2 稻谷總砷和4種形態(tài)砷測(cè)定結(jié)果

3 結(jié)論

綜上所述，稻谷作為主要糧食，其安全質(zhì)量直接關(guān)系到人們身體健康。為快速、準(zhǔn)確地檢測(cè)稻谷中的總砷和形態(tài)砷含量，應(yīng)不斷對(duì)檢測(cè)技術(shù)進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，微波消解-原子熒光光譜法和液相色譜-原子熒光光譜法的檢測(cè)效果較為理想，整體簡單快速，且所得結(jié)果的準(zhǔn)確性有保障，可作為稻谷等食品中總砷和形態(tài)砷的檢測(cè)方法，能夠很好地滿足測(cè)定需要。