氫化物發生原子熒光光譜法測定大米粉中的砷元素

田 翠，徐水蓮，楊雪連

（慶城縣食品藥品檢驗檢測中心，甘肅慶城 745100）

砷是一種重要的非金屬元素，砷及其化合物在自然界分布廣泛，對人體有極強的致癌作用，中毒劑量是0.010～0.052 g·kg-1，致死量為0.06～0.20 g·kg-1[1]。慢性砷中毒會引起皮膚角質化過度、肢體色素沉著、肝臟損傷、神經系統病變等癥狀，疾病潛伏期為數年甚至數十年，嚴重時可導致肝硬化、肢體運動障礙、皮膚癌等[2]。其污染物的主要來源是一些冶金企業的非法排污、化工企業的違規排放以及科研場所、學校等實驗室的傾倒。被砷污染的土壤和水體可能影響農產品的質量和安全，因此砷作為一種有毒元素已被列為食品安全監督抽檢的重點檢驗項目。食品中總砷的常用測定方法包括電感耦合等離子體質譜法（Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry，ICP-MS）、氫化物發生原子熒光光譜法和銀鹽法。其中，氫化物發生原子熒光光譜法具有一次性消化樣品、操作簡便快捷、干擾少、靈敏度高、分析成本低及精密度和準確性好等特點[3]。本實驗使用氫化物發生原子熒光光譜法測定大米粉中的總砷含量，確定了樣品預處理及儀器測定的最佳條件。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

樣品是來自華測檢測認證集團股份有限公司的標準物質（BW-21118），特性值為0.647 mg·kg-1，特性值區間為0.543～0.751 mg·kg-1，基質為大米粉；0.5%氫氧化鉀溶液；硼氫化鉀溶液，10 g·L-1，分析純；10%硫脲+抗壞血酸溶液，現配現用；5%鹽酸溶液；2%硝酸溶液；高氯酸；硫酸；硝酸鎂溶液，150 g·L-1，分析純；氧化鎂，分析純；50%鹽酸溶液；水中總砷標準物質，100 mg·L-1（按As計），壇墨質檢；砷標準使用液，1.00 mg·L-1，現用現配；實驗用水質量符合GB/T 6682—2008一級水規格。除特殊標明外，實驗所用試劑均為優級純。

1.2 儀器與設備

原子熒光光度計：AFS-922，配有計算機處理系統，北京吉天；微波消解儀，MD8H，奧普樂儀器有限公司。

1.3 實驗方法

1.3.1 儀器條件

載氣：氬氣（純度99.99%）；載氣流速：400 mL·min-1；屏蔽氣流速：800 mL·min-1；光電倍增管負高壓：270 V；燈電流：60 mA；測量方式：熒光強度；讀數方式：峰面積；原子化器高度：8 mm；讀數延遲時間：1.0 s[4]。

1.3.2 樣品預處理

（1）微波消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，各加入硝酸7.0 mL，置于趕酸器上120 ℃預消解20 min。旋緊罐蓋，按照表1條件進行微波消解，冷卻后取出消解罐，慢慢旋轉外罐罐蓋釋放罐內壓力，緩慢打開內罐蓋子，排放至無黃煙，用少量水沖洗內蓋，將內罐置于趕酸器上135 ℃進行趕酸，直至消解液處理至1.0～2.0 mL取出冷卻。轉移消解液至25 mL比色管中，用少量水洗滌數次，洗滌液合并至比色管中，各加鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，補加水至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后測定。同時按同一操作方法做空白實驗。

表1 微波消解參數

（2）濕法消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，置于50 mL三角燒瓶中，加入硝酸20 mL、高氯酸4 mL、硫酸1.25 mL，過夜后放在電熱板上加熱消化，溫度呈梯度上升，不易過高，使瓶內液體保持微沸狀態（消化過程中如果消化液變為棕褐色，則需要取下放冷后補加5～10 mL硝酸）。首先110 ℃加熱至消化液澄清，升溫至160 ℃進行消化，直至高氯酸的白煙消散，再升溫到240 ℃消化，直至硫酸的白煙開始冒出，取出冷卻，加入25 mL水，在240 ℃下繼續消化，直到出現硫酸的白煙，冷卻，將消化液轉移到25 mL比色管中，用少量水洗滌三角燒瓶數次，將洗滌液合并到比色管內，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸2.5 mL，用水定容至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后測定。按同一操作方法做空白實驗[5]。

（3）干法消解法。稱取0.4 g（精確至0.001 g）樣品兩份，置于50 mL瓷坩堝中。加入10 mL 150 g·L-1的硝酸鎂溶液，混勻，低熱蒸干（需蒸干徹底，蒸干終點為樣品全部呈焦黃色，否則在炭化時會鼓包，產生的氣體會將表面覆蓋的氧化鎂吹出去，造成損失而影響結果），將1 g（精確至0.001 g）氧化鎂盡可能均勻地覆蓋在干渣上，于電熱板上炭化至無黑煙后，移入馬弗爐550 ℃灰化4 h，灰化結束后待馬弗爐爐溫降低后再打開，取出放冷，緩慢加入10 mL 50%的鹽酸溶液，中和氧化鎂并溶解灰分，將內溶物轉移至25 mL比色管中，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，另用水分次洗滌坩堝后合并洗滌液至25 mL刻度，混勻，45 ℃水浴30 min，待測。按同一操作方法做空白實驗[6]。

1.3.3 標準曲線的繪制

吸取0.50 mL 1.00 mg·L-1的砷標準使用液于25 mL容量瓶中，加入鹽酸1.25 mL、10%硫脲+抗壞血酸溶液2.5 mL，補加水至刻度，混勻后45 ℃恒溫水浴30 min后，儀器設置自動稀釋（砷濃度依次為0 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1和20.0 ng·mL-1）進行原子熒光強度的測定，繪制標準曲線。

2 結果與分析

2.1 預處理方法比較

不同樣品預處理方法測定結果見表2。3種消解方法的實驗結果都在允差范圍內[（0.647±0.104）mg·kg-1]，濕法消解法實驗結果偏高，干法消解法實驗結果偏低，微波消解法實驗結果十分接近標值。濕法消解法實驗過程比較復雜，從安全方面考慮，高氯酸易爆，需嚴格控制消解溫度、趕酸溫度、添加消解液的時機，并要防止樣品損失；干法消解法耗時較長，樣品易損失，氧化鎂的含砷量關系到空白值的高低，如果試劑本底值高，空白值就會偏高，從而影響到最終測定結果的準確度。相對而言，微波消解法實驗過程更容易操作控制，實驗結果更加滿意。

表2 不同樣品預處理方法砷元素的測定值（單位：mg·kg-1）

2.2 硼氫化鉀濃度的選擇

硼氫化鉀是氫化反應的還原劑，其濃度對熒光信號強度、測定的準確度和穩定性有重要影響。硼氫化鉀濃度過低時，還原能力差，氣態物難以形成，熒光信號強度弱；硼氫化鉀濃度過高時，會有大量氫氣產生，稀釋樣品，引起干擾[7]。因此，要選擇合適濃度的硼氫化鉀溶液。將濃度為10.0 ng·mL-1砷標準溶液在0.5%、1.0%、2.0%和3.0%的硼氫化鉀濃度下分別進行測定，結果見表3。當硼氫化鉀濃度為1.0%時砷測定值最接近真實濃度，因此本文還原劑選用1.0%硼氫化鉀。

表3 不同硼氫化鉀濃度時的測定值

2.3 酸的用量

用國藥集團化學試劑有限公司提供的硝酸消解樣品，加入7.0 mL硝酸即可將樣品消解完全，繼續增大硝酸用量時砷測定值變化不大，故本實驗選用7.0 mL硝酸消解樣品[8]。

2.4 反應介質與酸濃度的選擇

以鹽酸、硝酸及高氯酸為反應介質，分別觀察其對測定結果的影響。以鹽酸為反應介質時靈敏度最高，當酸度在5%～10%時，熒光信號較為穩定。考慮到降低試劑空白和減少酸用量等因素，本實驗選擇濃度較低的鹽酸（5%鹽酸）作為反應介質。硝酸和高氯酸具有強氧化性，不適合用于測定砷元素，是因為只有三價砷才能和新生態氫生成砷化氫氣體，而硝酸和高氯酸易將三價砷氧化成五價砷。

2.5 線性方程與檢出限

調整儀器參數至最佳工作狀態，以1%硼氫化鉀溶液作還原劑，5%的鹽酸作載流，測定砷的熒光強度，繪制標準曲線。砷含量在0～20.0 ng·mL-1時熒光值（I）與濃度（C）呈線性關系，回歸方程為I=11.098 2C-4.244 4，相關系數r=0.999 2。對空白溶液原子熒光強度連續測定11次，計算出儀器的檢出限為0.18 ng[9]。

2.6 回收率實驗

取1份不含砷元素的試樣按微波消解法進行預處理，分別加入高、中、低3個濃度的砷標準使用液，每個濃度水平平行測定5次[10]，回收率結果見表4。按照GB/T 27404—2008附錄F.1技術要求，被測組分的含量在1～100 mg·L-1時，回收率的允許限為90%～110%，本實驗回收率為93%～106%，在允許限內。

表4 回收率實驗結果

2.7 精密度實驗

對質量濃度為10.0 ng·mL-1的砷標準溶液連續進行7次熒光強度的測定[11]，測定值分別為131.38、130.88、127.95、131.53、133.02、133.12和134.19，相對標準偏差為1.5%。

2.8 準確度實驗

取2份質控樣（1號質控樣來自華測檢測認證集團股份有限公司；2號質控樣來自糧科院）按微波消解法預處理后進行測定。由表5結果可知，本方法準確、可靠。

表5 準確度實驗結果

3 結論

本研究使用微波消解法處理樣品、氫化物發生原子熒光光譜法測定大米粉中的砷元素，方法具有線性良好、檢出限低、重現性好、準確度高、減少樣品污染和砷元素損失等優點，而且操作簡便快速，檢測成本相對較低，適用于大米粉中的砷元素的測定。