簡述氫化物發生原子熒光法在糧油檢測中的應用

文 胡文博 大連市檢驗檢測認證技術服務中心

我國科學技術水平逐漸提高，在社會居民關注飲食健康背景下，食品安全問題愈加嚴重，針對食品安全檢測問題，我國提出多項研究技術，常見食品安全檢測技術包括氫化物發生技術和原子熒光法。氫化物發生原子熒光法對食品中元素鑒定存在重要作用，本文主要以糧油檢測為例，簡述氫化物發生原子熒光法概念等相關內容，分析氫化物發生原子熒光法在食物檢測中元素測定方法和相關注意事項，分析氫化物發生原子熒光法在糧油檢測中具體應用方法。

一、氫化物發生原子熒光法簡述

（一）氫化物發生原子熒光法簡述

氫化物發生原子熒光法（hydride generation-atomic fluorescence spectrometry，簡稱為HG-AFS），開發于1970年，英國一位科學家提出此技術，但沒有將其進行推廣宣傳，在我國將其應用在食物元素檢測活動中，氫化物發生原子熒光法被廣泛應用。在氫化物發生原子熒光法中，需要將待測食物放入原子化器中，將其轉化為低能級原子蒸氣，在原子化器中，原子蒸氣吸收同類原子特征光輻射后，一部分原子被激發，轉化為高能級原子蒸氣，以輻射形式釋放能量，形成原子熒光，經過光電檢測系統轉換為電信號并被記錄下來，在整個實驗流程中，原子熒光強度與激發態原子數存在重要關聯，與試驗中分析元素濃度成正比。在應用氫化物發生原子熒光法過程中，實驗者可以同時測定多種元素，具有簡便性。

（二）氫化物發生原子熒光法重要價值

氫化物發生原子熒光法具有重要價值，在食物中包括多種微量元素，有利于身體健康，可以有效提升生物體免疫力，在過量補充元素背景下，對人體造成不良影響，在長期食用超量元素后，容易發生中毒問題。在經濟市場中，出現多種含有微量元素食物，需要對微量元素食物進行檢測，達到保障人們身體健康目的。氫化物發生原子熒光法屬于一種新型測定技術，在測定過程中消耗能量較低，靈敏度較高，干擾能力較小，屬于一種理想測定技術。氫化物發生原子熒光法利用物理光譜原理測定食物中的微量元素，有利于健康飲食，為人體補充營養，發揮飲食主動性，避免出現食物中毒問題。

二、氫化物發生原子熒光法在食物檢測中元素測定

（一）鉛

鉛屬于柔軟、延展性較強的弱金屬，是有毒物質，將其放置在空氣中，容易被一層暗灰色氧化物覆蓋，鉛是金屬元素，在食物中，鉛元素含量較高，人體過多食用將出現中毒，影響身體健康。鉛元素在氫化物中主要以PbH形式存在，鉛在溶液中主要以二價鉛離子形式存在，為將二價鉛離子轉化為PbH，可以在溶液中加入氧化劑，為避免影響其他金屬元素，可以在溶液中加入干擾抑制劑，消除其他金屬元素干擾性。在反應過程中，溶液中產生PbH，其對酸度要求較高，反應后溶液PH值需要控制在8-9之間，若溶液呈現酸性狀態，PbH將會繼續與酸性溶液反應形成沉淀，為檢測結果帶去不良影響，無法獲得準確鉛元素含量相關數據。通過氫化物發生原子熒光法，試驗人員將測試結果和標準數據進行對比，在正常情況下，食物中鉛元素含量應為0.4-2.7ng/ml，超量和少量均不符合標準要求。

（二）砷

砷元素是一個廣泛存在且具有金屬特性的元素類型，具有金屬光澤，無法溶于水和酸性溶液中，屬于非人體必需元素，砷元素具有毒性，其毒性和其化學性質和價態相關，長期食用含砷元素的食品，將出現中毒，在嚴重情況下，將引發心臟病等惡性疾病，影響身體健康。利用氫化物發生原子熒光法檢測食品中砷元素屬于成熟行為，砷元素在氫化物中主要以AsH形式存在。在檢測砷元素含量過程匯總，需要引入硫脲和抗壞血酸混合液，其溶液配比情況如表1所示。

表1 硫脲和抗壞血酸混合液濃度分配表

利用硫脲和抗壞血酸混合液將溶液中五鉀砷離子轉化為三價砷離子，此過程屬于還原反應，受到溫度因素影響，溫度越低，還原反應速度越慢。溶液酸度在2%-30%之間，砷元素范圍較大。利用氫化物發生原子熒光法檢測食物中砷元素，可以有效節省檢測分析時間，降低分析成本，提高分析效率，為食品安全提供保障。

（三）汞

汞元素形成的化合物毒性較高，食用汞元素超量的食品容易對人體腦部和肝部造成不良影響，在標準氣壓和溫度下，純汞容易被氧化形成氧化汞，屬于危險的污染物，一方面給人體健康帶去不良影響，另一方面給環境帶去不良影響，汞元素在生物體內容易形成有機化合物，對生物體帶去不良影響。通過氫化物發生原子熒光法檢測汞元素含量，容易受到多種不可控因素影響，具體操作步驟需要在溶液中加入保護劑，將溶液中二價汞離子實施保護，避免其在還原過程中被器皿吸附而損失。在檢測過程中，容易出現硼氫化鉀物質，其含量較高對測量結果產生不良影響，檢測人員需要重點關注反應變化情況。

（四）硒

硒元素屬于營養微量元素，是一種非金屬元素，動物體和植物體有益的營養元素，在自然界中，硒元素分為無機硒和植物活性硒兩種表現形式，無機硒主要從金屬礦藏副產品中獲得，植物活性硒主要通過生物轉化和氨基酸結合形成，以硒蛋氨酸形式存在。硒元素具有抗氧化、抗衰老、保護和修復細胞、提高紅細胞攜氧能力、增強人體免疫力和解毒等功能，是人體內必需微量元素，有效防止有害元素入侵。利用氫化物發生原子熒光法測定硒元素含量，需要將溶液進行加熱，將其還原為低價態的硒，在此過程中，需要將鹽酸溶液將濃度控制在1.0-5.0mol/L范圍內，在測試硒元素時，需要加入鐵鹽，其具有消除銅元素和其他元素金屬離子干擾作用。

（五）鍺

鍺元素屬于營養元素，對人體健康有著重要良性支持。從人體角度講，鍺元素可以消除疲勞，防止人體貧血，幫助人體新陳代謝，刺激人體造血系統發揮重要功能，抑制細胞生長促進抗菌消失，維持人體系統平衡和穩定狀態。從植物體角度，鍺元素可以促進植物生長。在應用氫化物發生原子熒光法過程中，需要嚴格控制反應介質酸度，樣品在消解過程中需要控制溫度，避免出現鍺元素揮發問題。在含有鍺元素堿性溶液中，需要加入硼氫化鉀溶液，檢測反應結果，其他金屬離子在溶液中容易形成沉淀，減小對鍺元素含量檢測不良影響程度。

三、氫化物發生原子熒光法測定糧油檢測中硒成分試驗分析

（一）準備工作

在準備工作中，所用設備包括AFS-930雙道原子熒光譜儀和MARS6微波消解儀，食物主要包括玉米、稻谷和大米，在開始試驗之前，需要保證食物純正質量，試驗所用玻璃儀器，需要在洗滌干凈后，在硝酸溶液中浸泡24小時，然后用清水清洗，清洗干凈后，將玻璃儀器晾干，為后續試驗排除玻璃儀器基質干擾，針對試驗中采用的水，需要使用超純水。在選擇儀器過程中，光電倍增管負高壓為300V，載氣流量為50mL/min，總燈電流為100mA，輔助燈電流為50mA，對于還原劑，將10g/L KBH與5g/L NaOH溶液混合，載流采用5%HCl溶液。試驗準備工作屬于基礎工作內容，需要嚴格按照要求完成準備工作。

（二）試驗過程

在試驗過程中，分別取玉米、稻谷和大米，選用0.5g作為樣品，在樣品中加入5mL HNO溶液和將3mLHO，浸泡約12個小時，在浸泡之后，利用微波消解處理方式，在12min之內將溫度升高至120℃，靜置10min，在10min之內將溫度升高至200℃，靜置30min。將三種溶液轉移到25mL容量瓶中定容，形成消解液，并做好空白試驗。

在完成上述內容后，對消解液進行預還原處理，可以選擇三種處理方式：第一種處理方式，將消解液稀釋2倍，直接進入測定環節；第二個處理方式，將10mL消解液分離在其他容器中，加入3mL 6mol /L的HCl溶液，在100℃溫度條件下，將加入HCl溶液后的消解液加熱30min，定容至20mL后，進入測定環節；第三個處理方式，將10mL消解液分離在其他容器中，趕酸至約1mL，加入3mL HCl溶液，在100℃溫度條件下，將加入HCl溶液后的消解液加熱10min，定容至20mL后，進入測定環節。在試驗過程中，根據試驗不同情形可以選擇合適預還原處理方式。

（三）優化條件

在試驗過程中，結果受到部分因素影響，主要包括負高壓、燈電流、還原劑濃度等。針對此問題，需要進行試驗優化工作，探究不同指標影響程度，以下內容以糧油為研究對象。

第一個影響因素是負高壓，隨著負高壓逐漸增加，熒光強度和靈敏度處于持續增長狀態，暗電流噪聲越來越大，對儀器穩定性產生不良影響，在此過程中，需要嚴格控制光電將倍增管負高壓，將負高壓設置為300V，其試驗結果如圖1所示：

圖1 負高壓對熒光信號影響分析圖

其中，A代表空白試驗，B代表1ug/L硒標準溶液，橫軸代表負高壓變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。從圖中可以看出，1ug/L硒標準溶液具有代表性，負高壓逐漸升高，熒光信號逐漸增強。

第二個影響因素是燈電流，隨著燈電流持續增加，熒光強度和靈敏度處于持續增長狀態，隨著電流保持持續增長狀態，溶液容易產生自吸現象，在試驗過程中，將受到噪聲影響，其試驗結果如圖2所示：

圖2 燈電流對熒光信號影響分析圖

其中，A代表空白試驗，B代表1ug/L硒標準溶液，橫軸代表燈電流變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。從圖中可以看出，燈光流強度越大，熒光信號逐漸增強。

第三個影響因素是還原劑濃度，在對比試驗中，選擇將KBH作為還原劑，其在水溶液中容易發生分解反應，為解決還原劑在水中分解問題，需要在溶液中加入0.5%的NaOH溶液，其試驗結果如下所示：

其中，C代表加入KBH作為還原劑溶液，B代表1ug/L硒標準溶液，橫軸代表KBH濃度變化情況，縱軸代表熒光信號變化情況。通過上圖發現，KBH濃度越高，熒光強度越大，當其達到某一個最高點時，出現下降趨勢。除以上影響因素外，試驗影響因素還包括載流濃度、樣品還原方法等內容，對試驗存在影響。

（四）檢測結果

針對三種對消解液進行預還原處理方式，其檢測結果如表2所示：

表2 不同預還原處理方式檢測結果調查表

從表中可以看出，針對不同預還原方法測定結果，利用第三種方法其測定情況與推薦值相似，可以有效提升還原效率。在此次試驗中，以玉米、稻谷和大米作為樣品，保證試驗具有有效性，在氫化物發生原子熒光法中，需要進行消解、還原等處理方式，保證檢測結果具有準確性，說明氫化物發生原子熒光法具有研究價值。

結束語

綜上所述，氫化物發生原子熒光法被應用在元素檢測活動中，取得良好效果，在試驗過程中，需要控制不良影響因素，控制溫度等變化因素，分析試驗因素對試驗結果的影響程度，使檢測結果具有準確性，保證試驗穩定性，通過試驗證明，氫化物發生原子熒光法對人體健康存在重要作用。