原子熒光光譜法測定尿中微量砷元素

楊志羨

（內(nèi)蒙古地方病防治研究中心，呼和浩特 100031）

原子熒光光譜法測定尿中微量砷元素

楊志羨

（內(nèi)蒙古地方病防治研究中心，呼和浩特 100031）

建立了測定尿中微量砷元素含量的原子熒光光譜法。以硝酸-高氯酸（4∶1）混合液消解樣品，加入5%的硫脲-抗壞血酸混合液還原樣品消解液，將處理好的樣品導(dǎo)入原子熒光儀進(jìn)行測定，熒光強(qiáng)度If與砷元素質(zhì)量濃度c線性相關(guān)，線性方程為If=178.351c+3.131，相關(guān)系數(shù)為0.999 8，砷的檢出限為0.024 3 μg/L，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～4.1%（n=9），加標(biāo)回收率為100%～104%。該法樣品處理簡便，適于大批量尿樣中砷含量的檢測。

原子熒光光譜；尿樣；砷；樣品前處理

砷在自然界中分布較廣，在環(huán)境中的主要存在形態(tài)為有機(jī)態(tài)砷和無機(jī)態(tài)砷。砷的來源主要為工業(yè)“三廢”排放和部分地區(qū)的土壤、水源。人類通過大氣、飲水、食物、藥品攝入砷元素，砷元素被人體吸收后主要經(jīng)腎臟以尿液排出［1］。在一定時間內(nèi)通過測定受試者尿中砷含量，可以對受測者的砷接觸情況、砷攝入量、砷中毒情況提供參考依據(jù)。

尿中微量砷元素常見的測定方法有新銀鹽分光光度法［2］、氫化物原子吸收光譜法［3］、原子熒光光譜法［4］等。新銀鹽分光光度法樣品前處理程序復(fù)雜，檢測靈敏度低，不適合大批量樣品的檢測分析；氫化物原子吸收法的精密度和準(zhǔn)確度較低；原子熒光光譜法近些年在尿中砷含量的測定方面應(yīng)用較多，其優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確度和靈敏度高，可大批量測定樣品。以上方法均需要對尿樣進(jìn)行前處理，樣品前處理方法主要有濕法消解法［5］和微波消解法。微波消解法較易操作，但其試劑用量大，樣品空白大，在做低濃度樣品時準(zhǔn)確度差［6］；濕法消解是處理生物樣品的經(jīng)典方法，但不同的消解液其消解效果差異很大，因此要根據(jù)實(shí)際的實(shí)驗(yàn)條件和樣品性質(zhì)進(jìn)行前處理方法的優(yōu)化及選擇。

筆者對硝酸-高氯酸（4∶1）、硝酸-硫酸（8∶1）、硝酸-雙氧水（1∶2）3種消解液對尿樣的消解效果進(jìn)行了比較，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件，建立了操作簡便、測定結(jié)果準(zhǔn)確的原子熒光光譜法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 實(shí)驗(yàn)原理

尿中各種形態(tài)的砷在經(jīng)過強(qiáng)氧化性、強(qiáng)酸性的混酸下消解，形成+5價無機(jī)態(tài)砷，經(jīng)過硫脲和抗壞血酸還原后，+5價砷被還原為+3價態(tài)砷。在氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定過程中，NaBH4和HCl反應(yīng)生成初生態(tài)氫，+3價砷被初生態(tài)氫還原并結(jié)合形成AsH3，AsH3被載氣（高純氬氣）導(dǎo)入原子化器中，分解為原子態(tài)砷，在砷空心陰極燈的照射下，原子態(tài)砷元素的最外層電子從基態(tài)躍遷至激發(fā)態(tài)，由于激發(fā)態(tài)不穩(wěn)定，最外層電子會瞬間回落至基態(tài)或低能態(tài)，同時釋放出原子熒光，在一定條件下，熒光強(qiáng)度與樣品中的砷含量成正比，與標(biāo)準(zhǔn)工作曲線對比即可準(zhǔn)確定量測定砷的含量［7］。

1.2 主要儀器與試劑

雙道原子熒光儀：AFS-230E型，附硒元素特種空心陰極燈，北京科創(chuàng)海光儀器有限公司；

管式爐：5B-1C型，蘭州連化環(huán)保科技有限技術(shù)公司；

鹽酸、高氯酸、硝酸、硫酸、雙氧水（30%）、硼氫化鈉、氫氧化鈉、硫脲、抗壞血酸：優(yōu)級純，北京化工廠；

硼氫化鈉-氫氧化鈉溶液：稱取2.5 g氫氧化鈉溶于少量純水中，制得氫氧化鈉溶液，再稱取硼氫化鈉7.5 g溶于其中，以純水定容至500 mL；

硫脲-抗壞血酸混合溶液：稱取5 g硫脲，溶于100 mL純水中，可加熱促使其溶解，待硫脲全部溶解后將溶液冷卻至室溫，向其中加入5 g抗壞血酸，攪拌促使其溶解；

高純氬氣：純度為99.999 9%；

砷元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：1 mg/mL，編號為GBW 08611，中國科學(xué)技術(shù)研究院；

砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液：0.1 μg/mL，準(zhǔn)確吸取砷元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)1 mL于100 mL容量瓶中，以1%的硝酸定容至標(biāo)線，再準(zhǔn)確吸取該溶液10 mL于100 mL容量瓶中，以1%硝酸溶液定容。

1.3 儀器工作條件

燈電流：45 mA；負(fù)高壓：260 V；載氣：高純氬氣，流量為400 mL/min；屏蔽氣：高純氬氣，流量為900 mL/min；讀數(shù)方式：峰面積法；原子化器高度：9 mm。

1.4 樣品前處理

準(zhǔn)確吸取1.00 mL編號分別為A401，A402的尿樣，移入兩只硬質(zhì)玻璃試管中，各加入3 mL硝酸-高氯酸混酸；同時再取3支試管，加入1.00 mL純水和3 mL硝酸-高氯酸，作為樣品空白裝入管式爐中，靜置12 h以上，升溫趕酸；冷卻后將其移至10 mL容量瓶中，同時加入3 mL硫脲-抗壞血酸混合溶液，以0.5 mL鹽酸定容至標(biāo)線，靜置30 min后上機(jī)測定。

1.5 系列砷標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別準(zhǔn)確吸取0.1 μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)使用溶液0.00，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00，15.00，20.00 mL于8只100 mL容量瓶中，每只容量瓶內(nèi)加5.00 mL鹽酸，20.00 mL硫脲-抗壞血酸混液，稀釋至標(biāo)線，配制 成 0.00，1.00，2.00，4.00，8.00，10.00，15.00，20.00 μg/L的系列砷標(biāo)準(zhǔn)溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品前處理方法

分別采用硝酸-高氯酸（4∶1）、硝酸-硫酸（8∶1）、硝酸-雙氧水（1∶2） 3種濕法消解前處理方法處理凍干尿樣，在1.3儀器工作條件下測定尿樣中總砷的含量，對測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差、空白樣品加標(biāo)回收率進(jìn)行比較，并對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)的顯著性分析，若3種處理方法測定結(jié)果精密度及準(zhǔn)確度之間存在顯著性差異，則綜合考慮操作便利性、測定精密度和準(zhǔn)確度，從中選擇最理想的樣品處理方式。

2.1.1 不同樣品處理方法測定結(jié)果

取AN401，AN402兩種樣品，按照1.4步驟分別在酸-高氯酸（4∶1）、硝酸-硫酸（8∶1）、硝酸-雙氧水（1∶2） 3種混酸中消解（混酸類型及趕酸方法見表1），兩種樣品各處理9份，定容后上機(jī)測量，計(jì)算其均值和相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，所得數(shù)據(jù)列于表2。

表1 樣品前處理混酸及趕酸方法

表2 不同處理方法的樣品測定結(jié)果

由表2可知，經(jīng)硝酸-高氯酸、硝酸-硫酸處理的樣品測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差優(yōu)于WS/T 28-1996 《尿中砷的二乙基二硫代氨基甲酸銀三乙醇胺分光光度測定方法》的精密度（1.8%～5.1%）［8］；由硝酸-雙氧水組合的消解液處理所得樣品，測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均大于5.1%，可知該方法不如前兩種方法處理效果理想。原因可能是個別樣品在消解時存在碳化現(xiàn)象，為了消解徹底，在碳化樣品中補(bǔ)加了一定量的雙氧水，導(dǎo)致測量精密度不夠理想。

取3種不同的尿樣，分別在酸-高氯酸（4∶1）、硝酸-硫酸（8∶1）、硝酸-雙氧水（1∶2） 3種混酸消解液中消解，并進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)，測定結(jié)果列于表3。由表3可知，硝酸-高氯酸及硫酸-硝酸的前處理方法回收率均優(yōu)于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)WS/T 28-1996 《尿中砷的二乙基二硫代氨基甲酸銀三乙醇胺分光光度測定方法》的91%～94%。而硝酸-雙氧水的混酸處理方法所得的加標(biāo)回收率低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。

表3 不同處理方法的樣品加標(biāo)回收試驗(yàn)結(jié)果

2.1.2 3種處理方法樣品測定結(jié)果顯著性分析

鑒于硝酸-雙氧水樣品前處理方法測定結(jié)果的精密度、準(zhǔn)確度［9］均低于衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，因此僅對硝酸-高氯酸、硝酸-硫酸兩種處理方法樣品測定結(jié)果進(jìn)行顯著性分析［10］。

（1）F檢驗(yàn)。將表2中前兩種方法所得的標(biāo)準(zhǔn)偏差值代入公式F=s22/s12計(jì)算兩種濃度樣品的F值，得F1=1.10，F(xiàn)2=1.19；當(dāng)置信度為95%、自由度為8時，查表得知F0.95，n-1=3.44，F(xiàn)1＜F0.95，n-1，F(xiàn)2＜F0.95，n-1，表明兩種方法處理的樣品測定結(jié)果的精密度無顯著性差異，兩組數(shù)據(jù)中無偶然誤差。

（2） t檢驗(yàn)。利用表2中兩種濃度樣品的平均值、標(biāo)準(zhǔn)偏差計(jì)算t值［10］，與置信度95%自由度為8的t表臨界值比對。樣品AN401經(jīng)兩種方法處理后，測定結(jié)果經(jīng)計(jì)算得t=0.89，查表得知t0.95，n-1=2.31，t＜t0.95，n-1，表明該樣品經(jīng)兩種方法處理后測量結(jié)果的均值無顯著性差異，兩組數(shù)據(jù)無系統(tǒng)誤差。樣品AN402經(jīng)兩種前處理方法處理所得測定結(jié)果經(jīng)計(jì)算得t=4.01，t ＞t0.95，n-1，表明A402樣品經(jīng)兩種方法處理后測定結(jié)果有顯著差異，存在系統(tǒng)誤差。結(jié)合回收率數(shù)據(jù)可知，在處理高濃度的樣品時，硝酸-硫酸組合的混酸處理方法存在正誤差。

以上分析結(jié)果表明：硝酸-高氯酸組合的混酸處理尿樣是3種前處理方法最為理想的一種［11-12］。

在尿中砷含量檢測過程中，遇到個別樣品有機(jī)物含量高，使用硝酸-硫酸混酸和硝酸-雙氧水處理樣品時，在趕酸階段會出現(xiàn)碳化現(xiàn)象，為了消解徹底，必須補(bǔ)加雙氧水或硝酸；在同一批處理的樣品中，樣品空白的信號值是一定的，碳化現(xiàn)象越嚴(yán)重，需要加試劑越多，熒光強(qiáng)度也越高，抵減樣品空白信號后，可能導(dǎo)致碳化樣品測量結(jié)果偏高［13］。而使用硝酸-高氯酸混酸處理樣品時就不存在此問題。但高氯酸在濃、熱狀態(tài)時氧化性極強(qiáng)，與有機(jī)物混合時會發(fā)生爆炸反應(yīng)［14］。因此應(yīng)先將樣品在硝酸中加熱消解，待溶液澄清且顏色變淺，取下樣品冷卻至室溫再加入高氯酸，繼續(xù)升溫加熱將硝酸趕盡，冷卻至室溫再用還原劑定容樣品，保證實(shí)驗(yàn)安全。

2.2 儀器工作條件

2.2.1 燈電流

調(diào)整燈電流大小可以控制激發(fā)光源的強(qiáng)弱。燈電流越大，光源越強(qiáng)，靈敏度越高；但過大的燈電流會引起自吸效應(yīng)，且會導(dǎo)致空心陰極燈的壽命減少［15］。分別調(diào)節(jié)燈電流為40，45，50，55，60 mA進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明選擇燈電流為45 mA時熒光強(qiáng)度最大。

2.2.2 負(fù)高壓

負(fù)高壓增加時，儀器信號強(qiáng)度增大，靈敏度升高；但噪聲增大，穩(wěn)定性不夠好［15］。分別調(diào)整負(fù)高壓為240，250，260，270 V進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明選擇260 V負(fù)高壓熒光強(qiáng)度最大。

2.3 還原劑和堿的濃度

還原劑NaBH4是一種極易分解的物質(zhì)，只有在堿性環(huán)境下穩(wěn)定存在。因此要先配制一定濃度的稀堿溶液，再將稱好的NaBH4溶于堿液中。但體系堿性過大會降低反應(yīng)的酸度而降低靈敏度。試驗(yàn)表明，堿液質(zhì)量分?jǐn)?shù)宜控制在0.5%。還原劑NaBH4的濃度不易過大，否則會引起液相干擾；但濃度過低又使氫化物發(fā)生反應(yīng)不完全，同樣導(dǎo)致靈敏度下降。分別取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.05%，1.50%，2.00%，2.50%的NaBH4溶液進(jìn)行試驗(yàn)，結(jié)果表明NaBH4溶液的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.5%時熒光強(qiáng)度最大。

2.4 載流液鹽酸的濃度

載流槽中的鹽酸與NaBH4產(chǎn)生初生態(tài)的氫，初生態(tài)的氫與砷元素生成氫化物而進(jìn)入原子化器原子化。載流鹽酸濃度的大小直接影響初生態(tài)氫與砷元素的有效結(jié)合［16］。分別取體積分?jǐn)?shù)為2.0%，5.0%，10%，15%，20%的鹽酸溶液作為載流液，試驗(yàn)結(jié)果表明，過高的酸度信號強(qiáng)度也高，但背景干擾嚴(yán)重，載流液鹽酸的體積分?jǐn)?shù)宜選擇為5%。

2.5 線性方程及檢出限

取1.5配制的系列砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照1.3儀器工作條件上機(jī)測定，以熒光強(qiáng)度（If）為縱坐標(biāo)、以溶液的質(zhì)量濃度（c）為橫坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸［17］，線性方程為If=178.351c+3.131，相關(guān)系數(shù)r=0.999 8。

連續(xù)測定11次空白溶液的熒光強(qiáng)度，將11次測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差s及標(biāo)準(zhǔn)曲線斜率k代入公式LD=3s/k，計(jì)算得檢出限［18］為0.024 3 μg/L。

2.6 精密度與準(zhǔn)確度

由表2、表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，在最佳條件下，本法測定結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～4.1%（n=9），樣品加標(biāo)回收率為100%～104%。表明本法測量精密度和準(zhǔn)確度均較好。

3 結(jié)論

采用硝酸-高氯酸（4∶1）消解尿樣，再以5%的硫脲-抗壞血酸混液還原，利用原子熒光光譜法測定尿液中的砷含量，測定結(jié)果的準(zhǔn)確度、精密度優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法。本法樣品前處理簡便，可用于大批量尿中微量砷的測定。

［1］ 吳坤，孫秀發(fā).營養(yǎng)與食品衛(wèi)生學(xué)［M］.5版.北京：人民衛(wèi)生出版社，2004： 383-384.

［2］ 彭速標(biāo)，蔡慧華.砷的光度分析法的進(jìn)展［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2006，42（2）： 145-149.

［3］ 范洪斌，侯春梅，徐麗芳.流動注射氫化物-原子吸收光譜法測定人發(fā)中砷［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2003，39（12）： 735-737.

［4］ 李莎莎，陳衛(wèi)東.原子熒光光譜法測定尿中痕量砷［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2004，40（9）： 549-551.

［5］ 云奮，馬彩超，曾德斌，等.原子熒光法測定尿砷時尿樣前處理與分析條件探討［J］.中華地方病學(xué)雜志，2015，34（1）： 66-69.

［6］ 鄔春華，呂元琦，袁倬斌.微波消解原子熒光光譜法測定生物樣品中的砷汞［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2006，42（1）： 41-42.

［7］ 劉明鐘，湯志勇.原子熒光光譜分析［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008： 35-38.

［8］ 馮仁豐.再說說精密度［J］.檢驗(yàn)醫(yī)學(xué)，2014，29（8）： 787-793.

［9］ 鄧波.儀器定量分析中幾個問題的探討［J］ .中國無機(jī)分析化學(xué)，2011，1（2）： 1-5.

［10］ 武漢大學(xué).分析化學(xué)［M］. 5版.北京：高等教育出版社，2006.

［11］ 任春華，方衛(wèi)民，羅春明，等.測量方法確認(rèn)技術(shù)及其指標(biāo)評價［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2006，42（8）： 677-681.

［12］ 于亞東.化學(xué)分析方法的確認(rèn)［M］. 2版.北京：中國質(zhì)檢出版社，2013： 9-11.

［13］ 胡剛，童成.原子熒光使用中影響空白值的因素分析［J］.計(jì)測技術(shù)，2015，35（增刊）： 250-252.

［14］ 大連理工大學(xué)無機(jī)化學(xué)教研室.無機(jī)化學(xué)［M］.5版.北京：高等教育出版社，2006： 81-88.

［15］ 馬志剛，鄭永雯.原子熒光光譜儀改進(jìn)意見［J］.分析儀器，2014（5）： 76-78.

［16］ 崔彥杰，李文娟.不同酸基體砷銻混合溶液對原子熒光光度計(jì)性能測試結(jié)果的影響［J］.測量與設(shè)備，2015（8）： 12-15.

［17］ 陳懷玉.環(huán)境監(jiān)測分析中校準(zhǔn)曲線可靠性和檢驗(yàn)方法的探討［J］.理化檢驗(yàn)（化學(xué)分冊），2000，36（8）： 363-365.

［18］ 《理化檢驗(yàn)》編輯部.靈敏度、檢出限、測定限［J］.理化檢驗(yàn)：（化學(xué)分冊），2007，43（4）： 329-331.

Determination of Trace Arsenic in Urine by Atomic Fluorescence Spectrometry

Yang Zhixian
（Inner Moglia Center for Endemic Disease Control and Research， Hohhot 010031， China）

An atomic fluorescence spectrometry for determining arsenic content in urine was set up. Nitric acidperchloric acid （4∶1） was used to digest the urine sample， and the sample solution was reducted by adding 5% thioureaascorbic acid solution， the digested sample was determined by atomic fluorescence spectrometer. The fluorescence enhencity was linear with the concentration of arsenic， the linear equation was If=178.351c+3.131 with the corelatopn coefficient of 0.999 8. The detection limit of arsenic was 0.024 3 μg/L， the relative standard deviation of determination results were 3.0%-4.1%（n=9）， and the recoveries were 100%-104%. This method has the advantage of simple pretreatment method for sample， and it was suitable for determining large batch of urine samples.

atomic fluorescence spectroscopy； urine samples； arsenic； sample pretreatment

O657.31

A

1008-6145（2016）05-0091-04

10.3969/j.issn.1008-6145.2016.05.024

聯(lián)系人：楊志羨；E-mail： 5959120.ok@163.com

2016-06-23