原子熒光法測定食品總砷的前處理方法探討

屈明華，湯富彬，倪張林

(中國林業(yè)科學(xué)研究院亞熱帶林業(yè)研究所，國家林業(yè)局經(jīng)濟(jì)林產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)檢測中心(杭州)，浙江 富陽 311400)

砷在自然界中以亞砷酸鹽、砷酸鹽、單甲基胂酸、二甲基胂酸、砷甜菜堿、砷膽堿等多種化合物形式存在[1-3]。食品中的砷以無機(jī)態(tài)砷和有機(jī)態(tài)砷兩種形態(tài)存在，以無機(jī)態(tài)砷毒性較大。藻類植物通常具有富集海水中砷的作用[4-6]。不同種類樣品砷的化學(xué)組成不同，我國測定食品中總砷國標(biāo)方法主要為氫化物原子熒光光度法[7]。采用氫化物發(fā)生原子熒光光度法測定不同樣品中總砷含量，關(guān)鍵在于選擇正確的樣品前處理方法，即有機(jī)砷是否徹底轉(zhuǎn)化為無機(jī)砷是影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵因素[8]。

不同樣品總砷測定，文獻(xiàn)報(bào)道前處理方法也不盡相同，例如姜杰[9]、王遠(yuǎn)征[10]等對(duì)大米、面粉總砷測定采用硝酸前處理-氫化物發(fā)生原子熒光光光度法測定；周海[11]對(duì)小麥粉中總砷測定采用硝酸-高氯酸-硫酸前處理-氫化物發(fā)生原子熒光光光度法和硝酸微波消解-氫化物發(fā)生原子熒光光光度法測定；林磊[12]測定蝦粉中砷采用硝酸-高氯酸-硫酸前處理-氫化物發(fā)生原子熒光光光度法測定；方軍等[13]測定紫菜中總砷采用硝酸-雙氧水前處理-ICP-MS測定；宋洪強(qiáng)等[14]對(duì)水產(chǎn)品中總砷測定采用了不同酸體系多種前處理手段-氫化物發(fā)生原子熒光光光度法測定，該方法全面系統(tǒng)的介紹了不同酸、不同消化方式測試總砷的研究結(jié)果。

同一類樣品總砷的測定文獻(xiàn)報(bào)道的前處理方法不一，本實(shí)驗(yàn)通過參加2011年歐洲比利時(shí)國際能力驗(yàn)證IMEP-112小麥粉、蔬菜粉和海藻粉中總砷測定時(shí)發(fā)現(xiàn)：針對(duì)小麥、蔬菜、海藻不同類型的樣品，采用酸解方式不同，測定結(jié)果會(huì)有差別，這對(duì)具有富集砷特性的藻類來說差別更大。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉、蔬菜粉、海藻粉為比利時(shí)歐洲聯(lián)合中心委員會(huì)發(fā)樣(2011年國際能力驗(yàn)證IMEP-112)。

硝酸(超凈高純)、高氯酸(優(yōu)級(jí)純)、硫酸(MOS級(jí))、鹽酸(優(yōu)級(jí)純)、硫脲和抗壞血酸溶液(50g/L)；還原劑硼氫化鉀(10g/L)：稱取2.5g氫氧化鈉(優(yōu)級(jí)純)溶解于500mL超純水中，另稱取5.0g硼氫化鉀溶解于氫氧化鈉堿液中；載流液(0.6mol/L鹽酸)：量取50mL鹽酸定容至1000mL；100mg/L砷標(biāo)準(zhǔn)溶液(GSB07-1275-2000，使用5%鹽酸逐級(jí)稀釋至所需標(biāo)準(zhǔn)使用液質(zhì)量濃度) 國家環(huán)境保護(hù)總局標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究所。

1.2 儀器與設(shè)備

原子熒光光譜儀 北京吉天儀器公司；電熱板；梨形消煮瓶。所用玻璃器皿均在30%硝酸溶液中浸泡24h，超聲清洗。

1.3 儀器條件

小麥粉、蔬菜粉測試條件：光電倍增管負(fù)高壓270V、燈電流60mA、原子化器高度10mm、載氣為氬氣、載氣流量400mL/min、屏蔽氣流量800mL/min、讀數(shù)時(shí)間7s、延遲時(shí)間1.5s。線性系列1、2、3、4、5μg/L。

海藻粉測試條件：光電倍增管負(fù)高壓260V、燈電流50mA、原子化器高度10mm、載氣為氬氣，載氣流量400mL/min、屏蔽氣流量800mL/min、讀數(shù)時(shí)間7s、延遲時(shí)間1.5s。線性系列5、10、20、30、40、50μg/L。

1.4 前處理方法

硝酸-高氯酸法：稱取一定量小麥粉、蔬菜粉、海藻粉(精確至0.0001g)于梨形消煮瓶中，加入硝酸15mL、高氯酸2mL由低溫逐漸升至高溫消解至高氯酸白煙冒出，大量白煙散盡，冷卻后加水10mL再煮至冒白煙，冷卻后移液，定量向處理好的樣品中加入50g/L硫脲和50g/L抗壞血酸使樣液中硫脲和抗壞血酸分別為10g/L，加入一定量濃鹽酸使樣液鹽酸濃度為0.6mol/L，從而還原五價(jià)砷至三價(jià)，分別定容為25mL和50mL。搖勻，還原30min后進(jìn)行測定。

硝酸-高氯酸-硫酸法：稱取一定量小麥粉、蔬菜粉、海藻粉(精確至0.0001g)于梨形消煮瓶中，加入硝酸15mL、高氯酸2mL、濃硫酸1.25mL由低溫逐漸升至高溫至濃硫酸白煙冒出，大量白煙散盡，冷卻后加水10mL再煮至冒白煙，冷卻后移液，定量向處理好的樣品中加入50g/L硫脲和50g/L抗壞血酸使樣液中硫脲和抗壞血酸分別為10g/L，加入一定量濃鹽酸使樣液鹽酸濃度為0.6mol/L，從而還原五價(jià)砷至三價(jià)，分別定容為25mL和100mL。搖勻，還原30min后進(jìn)行測定。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種前處理方法測試樣品總砷比較

對(duì)小麥粉、蔬菜粉、海藻粉分別用不同的混酸進(jìn)行濕法處理-原子熒光光度法檢測總砷含量，結(jié)果見表1。小麥粉、蔬菜粉采用硝酸-高氯酸或硝酸-高氯酸-硫酸前處理測定結(jié)果與能力驗(yàn)證比對(duì)結(jié)果中位值吻合，而海藻粉兩種前處理方法所得結(jié)果相差甚遠(yuǎn)，硝酸-高氯酸-硫酸前處理法測定總砷結(jié)果為60.6mg/kg，在比對(duì)中位值范圍之內(nèi)；硝酸-高氯酸前處理法測定總砷結(jié)果為10.1mg/kg，較比對(duì)中位值偏差過大，數(shù)據(jù)不能采信。

表1 不同前處理方法樣品總砷結(jié)果Table 1 Total arsenic contents of samples with different pretreatments

2.2 兩種前處理方法回收率比較

表2 不同前處理方法檢測總砷回收率結(jié)果Table 2 Recovery of total arsenic with different pretreatments

由表2得出，兩種前處理方法對(duì)3種樣品測定回收率均符合檢測要求，但由于本實(shí)驗(yàn)加入的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的形態(tài)為無機(jī)砷形態(tài)，小麥粉、蔬菜粉樣品中砷主要以無機(jī)形態(tài)為主，加標(biāo)回收可以反映方法的準(zhǔn)確性，但海藻粉中砷的形態(tài)主要以有機(jī)砷形態(tài)存在，常壓下，硝酸的沸點(diǎn)為120℃，高氯酸沸點(diǎn)為203℃，硫酸沸點(diǎn)為339℃。硝酸-高氯酸消化溫度達(dá)不到分解海藻粉有機(jī)砷的作用，盡管加標(biāo)回收率符合檢測要求，但不能正確的反映方法的準(zhǔn)確性；硫酸的加入，提高了海藻粉消化溫度，硝酸-高氯酸-硫酸體系能夠很好的分解海藻粉中有機(jī)砷，從而準(zhǔn)確測定水產(chǎn)品藻類中總砷含量。

由表3可見，做檢測方法的準(zhǔn)確性檢驗(yàn)，結(jié)果表明兩種前處理方法測試茶葉中總砷均符合保證值的結(jié)果，這說明茶葉中的總砷存在形式比較簡單，低沸點(diǎn)酸能夠消化完全。

由此可以說明兩種前處理方法對(duì)大部分砷存在形式比較簡單的樣品能夠滿足總砷的測定，但對(duì)于砷存在形態(tài)復(fù)雜的樣品導(dǎo)致結(jié)果偏低，最主要的原因是消化溫度過低，有些穩(wěn)定的有機(jī)砷不能被完全分解為無機(jī)形態(tài)，從而在低溫的原子熒光石英爐芯中不能被原子化，響應(yīng)低，從而難以準(zhǔn)確定量。

表3 標(biāo)準(zhǔn)樣品檢測結(jié)果Table 3 Determination of standard reference materials

2.3 小麥、蔬菜、海藻類產(chǎn)品中砷的存在形態(tài)

國際能力驗(yàn)證參加實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了總砷和無機(jī)砷的測定，無機(jī)砷檢測結(jié)果統(tǒng)計(jì)見表4，由表1和表4比較得出，小麥粉、蔬菜粉總砷和無機(jī)砷結(jié)果相近，說明小麥粉、蔬菜粉中砷主要以無機(jī)形態(tài)存在；海藻總砷和無機(jī)砷量相差甚遠(yuǎn)，無機(jī)砷只占一小部分。這表明海藻中砷的存在形態(tài)要復(fù)雜得多，前處理是決定原子熒光儀器檢測結(jié)果正確與否的關(guān)鍵因素。

表4 IMEP-112 無機(jī)砷比對(duì)結(jié)果 Table 4 Comparison of IMEP-112 results of inorganic arsenic in wheat, vegetable and algae

3 討 論

不同樣品檢測目標(biāo)物質(zhì)所含元素形態(tài)和基質(zhì)成分不同，不同的前處理?xiàng)l件方法直接影響測定結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)于水產(chǎn)品，海藻類樣品砷主要以有機(jī)砷形態(tài)存在。采用原子熒光光譜法測定總砷，前處理消解是否徹底，即有機(jī)砷是否徹底轉(zhuǎn)化為無機(jī)砷是影響檢測結(jié)果的關(guān)鍵因素。針對(duì)水產(chǎn)品，使用濕法消化原子熒光法測定，硫酸的加入是必要的，硫酸可提高消化溫度，徹底分解破壞有機(jī)砷化合物，從而準(zhǔn)確測定水產(chǎn)品總砷；單純的以回收率判斷分析方法的準(zhǔn)確與否是不可取的，需要了解目標(biāo)元素在樣品中存在形態(tài)，加標(biāo)需要所加形態(tài)與目標(biāo)元素一致，才能正確反應(yīng)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

[1] 李海敏, 張勇. 砷的形態(tài)分析方法研究進(jìn)展[J]. 理化檢驗(yàn)： 化學(xué)分冊(cè), 2006, 42(4)： 315-320.

[2] 劉演兵, 韓恒斌. 砷形態(tài)分析方法研究進(jìn)展[J]. 環(huán)境科學(xué)進(jìn)展, 1994, 2(4)： 1-14.

[3] 吳成業(yè), 王奇欣, 劉智宇, 等. 海藻中無機(jī)砷超標(biāo)問題研究[J]. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 2008, 32(4)： 644-650.

[4] LUNDE G. Occurrence and transformation of arsenic in the marine environment[J]. Environ Health Perspect, 1977, 19： 47-52.

[5] SCHROEDER H A, BALASSA J J, NASON A P, et a1. Essential trace metals in man： copper[J]. J Chron Dis, 1966, 199： 85-l06.

[6] 朱亞爾, 李俊, 李士敏. 不同產(chǎn)地的幾種海藻中砷的形態(tài)和含量分析[J]. 環(huán)境化學(xué), 2005, 24(4)： 478-480.

[7] GB/T 5009.11—2003 食品中總砷及無機(jī)砷的測定[S]. 北京： 中國標(biāo)準(zhǔn)出版社, 2003.

[8] 吳艷, 帥文林, 陳大志. 不同前處理?xiàng)l件對(duì)水產(chǎn)品中總砷含量的影響[J]. 廣州化工, 2010, 38(8)： 206-207.

[9] 姜杰, 張慧敏, 黎雪慧, 等. 大米中總砷及無機(jī)砷含量分析[J]. 職業(yè)與健康, 2007, 23(16)： 1411-1412.

[10] 王遠(yuǎn)征, 滕曼, 杜心, 等. 北京市場大米和小麥面粉中砷的含量及其形態(tài)分析[J]. 環(huán)境化學(xué), 2007, 26(6)： 850-853.

[11] 周海. 食品中總砷測定前處理?xiàng)l件對(duì)結(jié)果的影響[J]. 中國食品衛(wèi)生雜志, 2007, 19(1)： 54-55.

[12] 林磊. 蝦粉中總砷測定方法的研究[J]. 江西食品工業(yè), 2011(2)： 30-32.

[13] 方軍, 陳建平, 舒永紅. ICP-MS測定紫菜中的總砷[J]. 廣東微量元素科學(xué), 2006, 13(6)： 45-48.

[14] 宋洪強(qiáng), 郝云彬, 吳益春, 等. 原子熒光光度法中濕法消解、微波消解、干灰化前處理法測定水產(chǎn)品中總砷含量的比較[J]. 浙江海洋學(xué)院學(xué)報(bào)： 自然科學(xué)版, 2010, 29(4)： 367-372.