氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法聯(lián)合測定海米的砷和汞含量

趙軍星，張玉娜，王倩文*

（1.青島市排水運營服務(wù)中心，山東 青島 266000；2.青島農(nóng)業(yè)大學(xué)中心實驗室，山東 青島 266109）

海海品含有人體必需的蛋白質(zhì)、不飽和脂肪酸等營養(yǎng)元素，對人類健康非常有益[1]。但是，隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，港口吞吐量不斷增大，加上海洋資源的過度開發(fā)，致使海洋污染明顯加重[2，3]，這一問題已經(jīng)引起世界各國的高度關(guān)注。海洋環(huán)境中的重金屬元素除對海洋生物造成直接毒害外，還可通過生物體富集和食物鏈傳遞，經(jīng)由海產(chǎn)品進入人體而造成危害[4，5]，因此對海產(chǎn)品進行重金屬含量分析檢測非常重要。其中，砷（As）和汞（Hg）具有難降解性、生物蓄積性和生物毒性，在海產(chǎn)品食品衛(wèi)生監(jiān)督檢驗中經(jīng)常被列為重點檢測對象[6～8]。

海產(chǎn)品中As 和Hg 含量的分析方法種類繁多，其中《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》（GB 5009.11—2014）[9]和《食品安全國家標準 食品中總汞及有機汞的測定》（GB 5009.17—2014）[10]中As 和Hg 的含量測定均采用原子熒光光譜法。原子熒光光譜法是在原子發(fā)射光譜法和原子吸收光譜法的基礎(chǔ)上綜合發(fā)展起來的一種光譜分析技術(shù)，由Winefordner在1964 年首次作為分析方法的概念提出，之后在分析測試領(lǐng)域得到了長足發(fā)展[11]。其中，氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法克服了傳統(tǒng)分析方法存在的操作復(fù)雜、分析時間長、靈敏度低等問題，是近年來發(fā)展較快的一種分析技術(shù)[12]。在海產(chǎn)品As 含量測定過程中需要加入還原試劑，在Hg 含量測定過程中需要加入保護試劑，要實現(xiàn)As 和Hg 的聯(lián)合測定就要同時添加還原試劑和保護試劑，而還原試劑與保護試劑同時存在會相互干擾，進而導(dǎo)致測試結(jié)果產(chǎn)生偏差，因此很難實現(xiàn)As 和Hg 的同時檢測?；诖?，本研究通過優(yōu)化海產(chǎn)品前處理條件，降低As 和Hg 元素分析的相互影響，實現(xiàn)As 和Hg 元素的聯(lián)合測定。以海米為試材，建立氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法聯(lián)合測定海米As 和Hg含量的方法，可為海米以及其他海產(chǎn)品As 和Hg 含量的聯(lián)合測定提供新思路。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試樣品為不同品牌的海米，編號A1～A5，購于青島市大潤發(fā)、利群、利達等各大商超。

試驗儀器有原子熒光分光光度計（AFS-933，北京吉天儀器有限公司）、重金屬消解儀（SH230N，濟南海能儀器股份有限公司）、粉碎機（FW100，天津市泰斯特儀器有限公司）、恒溫水浴鍋（龍口市先科儀器有限公司） 和去離子水發(fā)生器（Milli-Q，美國Millipore 公司）等。

所用試劑中，Hg（GSB04-1729-2004，1000 μg/mL）和As（GSB04-1714-2004，1 000 μg/mL）標準試劑均購于自國家有色金屬及電子材料分析測試中心；HCl、HNO3和HClO4為優(yōu)級純，K2Cr2O7、硫脲和抗壞血酸為分析純，均購自中國醫(yī)藥集團。

1.2 試驗方法

1.2.1 樣品制備 采用濕消解法，制備海米樣品測試液。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g 左右（精確到0.000 1 g），用硝酸和高氯酸作為消解體系將樣品消化完全；之后，完全轉(zhuǎn)移至50 mL 容量瓶中，用去離子水定容至刻度，得到消解液。吸取消解液20 mL于25mL 比色管中，加入10%硫脲2.5mL 和鹽酸1.25mL，用去離子水定容至刻度，得到As 元素測試液。吸取消解液20 mL 于25 mL 比色管中，加入鹽酸和10 g/L 的K2Cr2O7各0.5 mL，用去離子水定容至刻度，得到Hg元素測試液。

1.2.2 海米樣品前處理條件的優(yōu)化

1.2.2.1 消解體系的選擇。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，在100 ℃水浴條件下用硝酸和高氯酸作為消解體系進行樣品的消解，試驗消解體系設(shè)濃硝酸22 mL-高氯酸2.2 mL（體積比10 ∶1）、濃硝酸20 mL-高氯酸4 mL（體積比5 ∶1）、濃硝酸16 mL-高氯酸8 mL（體積比2 ∶1）、濃硝酸12 mL-高氯酸12 mL（體積比1 ∶1）4 個處理。觀察消解液至近干（如果此時溶液呈深褐色，應(yīng)再加入硝酸5～10 mL，繼續(xù)加熱蒸干），加純水再蒸至無黃色氣體（NO2）產(chǎn)生。整個消解過程要注意防止碳化。測定樣品完全消解所需的時長，選擇用時最短的消解體系作為最優(yōu)。

1.2.2.2 消解溫度的選擇。稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入濃硝酸20 mL 和高氯酸4 mL，程序設(shè)定消解過程中消解溫度緩慢升高，在不同的水浴溫度下進行樣品消解，試驗消解溫度設(shè)70、80、90、100、110、120、110、130、140 和150 ℃計10 個處理。測定樣品完全消解所需的時長，根據(jù)消解時效確定最優(yōu)消解溫度。

1.2.3 標準曲線的繪制 將As 標準試劑分別配制成0.000、0.500、1.000、2.000、4.000、8.000、12.000 μg/L的系列梯度溶液；將Hg 標準試劑分別配制成0.000、0.040、0.080、0.160、0.320、0.400、0.640、0.800、1.000 μg/L 的系列梯度溶液。得到As 和Hg 的系列標準試樣，上機分析。每組標準試樣重復(fù)測試5次，驗證儀器的穩(wěn)定性。

1.2.4 加標回收試驗 在2.00 μg/L 的As 標準溶液中分別加入8.00 μg/L（高）、4.00 μg/L（中）、1.00 μg/L（低）的As 標準物質(zhì)，在0.20 μg/L 的Hg 標準溶液中分別加入0.80 μg/L（高）、0.40 μg/L（中）、0.10 μg/L低（濃度）的Hg 標準物質(zhì)，分別進行As 和Hg 元素的加標回收試驗。每組樣品重復(fù)10 次試驗。

1.2.5 上機測試方法 采用原子熒光光譜法進行As和Hg 元素的聯(lián)合分析。先將汞燈和砷燈安裝好，開啟儀器電源及氬氣閥門，設(shè)定儀器參數(shù)，將爐溫升至所需要溫度后穩(wěn)定20 min 再開始測量。儀器設(shè)定參數(shù)：載氣流量400 mL/min；屏蔽氣流量800 mL/min；負高壓280 V；汞燈電流30 mA，砷燈電流60 mA，輔陰極30 mA。每次測試開始時，先連續(xù)用載流進樣，待讀數(shù)穩(wěn)定后，用標準系列零管進樣，確定空白值，然后轉(zhuǎn)入標準系列測量，繪制標準曲線。

1.2.6 海米中As 和Hg 含量聯(lián)合測定 稱取搗碎研磨好的海米樣品1 g（精確到0.000 1 g），采用優(yōu)化的前處理條件將樣品消化完全，分別制備As 和Hg 元素測試液。按照1.2.5 上機測試方法，依次進行各海米樣品溶液測定。在儀器操作軟件的“樣品參數(shù)”欄目中輸入每個樣品的質(zhì)量（精確到0.000 1 g）和定容體積25 mL，儀器會在所有試樣測定結(jié)束后自動計算出每個試樣的測定結(jié)果，得到樣品中As 和Hg 的含量。測定過程中注意記錄相關(guān)數(shù)據(jù)，測定結(jié)束后要用去離子水反復(fù)清洗儀器。

2 結(jié)果與分析

2.1 海產(chǎn)品樣品前處理條件的優(yōu)化

2.1.1 消解體系 隨著消解體系中高氯酸用量的增大，海米完全消解所需時長呈先降低后升高的變化，其中硝酸與高氯酸體積比為5 ∶1 時所需時間最短，為3 h （圖1）。因此，確定最優(yōu)的消解體系為硝酸20 mL-高氯酸4 mL。

圖1 消解體系對消解時長的影響Fig.1 Effect of digestion system on digestion time

2.1.2 消解溫度 隨著水浴溫度的升高，海米完全消解所需時長呈逐漸降低趨勢，其中消解溫度為70～100 ℃時指標值降低明顯，但消解溫度高于100 ℃后降低趨勢明顯變緩（圖2）。樣品消解完全是保證目標物含量測試準確的基本條件。額定消解溫度過低、消解時間過長，有可能造成消解液干掉或樣品消解不完全，影響試驗結(jié)果的準確性；額定消解溫度上升過快、溫度過高，會導(dǎo)致消解液沸溢，也會大大影響試驗結(jié)果的準確性。綜合考慮消解溫度和消解時長后，確定最優(yōu)的消解溫度為100 ℃，消解溫度達到額定溫度后消解3 h 是最合理的時長。

圖2 水浴溫度對消解時長的影響Fig.2 Effect of digestion temperature on digestion time

2.2 標準曲線的繪制

根據(jù)不同As 濃度的熒光強度，得到As 元素?zé)晒鈴姸取獫舛鹊木€性回歸方程為Y=68.97X-14.63（R2=0.999 5），線性范圍為0 ～12 μg/L，最低定量限為0.074 μg/L（圖3）；根據(jù)不同Hg 濃度的熒光強度，得到Hg 元素?zé)晒鈴姸取獫舛鹊木€性回歸方程為Y=178.5X-0.99（R2=0.999 7），線性范圍為0～1 μg/L，最低定量限為0.032 μg/L（圖4）。表明As 和Hg 元素含量分別為0～12 μg/L 和0～1 μg/L 時，方法性能良好，檢出限較低。

圖3 As 元素?zé)晒鈴姸取獫舛葮藴是€Fig.3 Standard work curve of As

圖4 Hg 元素?zé)晒鈴姸取獫舛葮藴是€Fig.4 Standard work curve of Hg

2.3 加標回收試驗

As、Hg 元素的回收率分別為97.7%～98.4%和97.2%～97.6%，相對標準偏差分別為2.97%～4.78%和2.77%～6.25%（表1）。表明優(yōu)化后的方法測試性能穩(wěn)定，精度良好。

表1 加標回收試驗結(jié)果（n=10）Table 1 Recovery results of the experiments（n=10）

2.4 海米中As 和Hg 含量的聯(lián)合分析

采用優(yōu)化后的條件對海米樣品的As 和Hg 含量進行聯(lián)合測定，結(jié)果（表2） 顯示，As 含量為705.86～752.95 μg/kg，Hg 含量為131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017 允許范圍，青島市售海米質(zhì)量安全。海米的As 含量明顯高于Hg 含量，可能與海米對As元素的吸附或富集能力更強有關(guān)，同時產(chǎn)品的生長環(huán)境也會對檢測結(jié)果造成較大影響。

表2 市售海米的As 和Hg 含量Table 2 Contents of As and Hg in commercial dried shrimp （μg/kg）

3 結(jié)論與討論

傳統(tǒng)的As、Hg 含量分析方法存在消解體系酸用量多、測定結(jié)果重復(fù)性差等問題。通過查閱文獻，結(jié)合多年元素分析經(jīng)驗，我們采用硝酸-高氯酸消解體系用于海米As 和Hg 含量測定的樣品前處理。消解體系中的高氯酸，一方面可以加強氧化作用，另一方面其沸點（130 ℃）略高于硝酸（120 ℃），有利于后期趕盡硝酸，排除硝酸對As 含量測定的干擾。

在樣品消解過程中，還有幾個非常重要的注意事項：首先，將準確稱重后的樣品加入消解體系后蓋上消化管的蓋子放置過夜，是保證樣品消化完全的重要步驟；第二，消化管的蓋子應(yīng)在程序升溫前打開，否則很容易導(dǎo)致消解液沸溢，造成目標物損失；第三，搖動消化管是消化過程中必不可少的一步，以保證樣品消化完全；第四，在消化液中添加還原劑以保持As元素的還原態(tài)（As3+），本研究以硫脲作為還原劑；第五，Hg 測試液需要加入一定量的K2Cr2O7，以保證Hg元素的穩(wěn)定并排除其他元素的干擾。

優(yōu)化建立了基于氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法聯(lián)合測定海米As 和Hg 含量的方法。最優(yōu)的樣品前處理方案為采用硝酸-高氯酸體積比5 ∶1 消解體系，100 ℃水浴溫度下消解3 h；儀器設(shè)定參數(shù)為載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，負高壓280 V，Hg 燈電流30 mA，As 燈電流60 mA。該方法性能良好，As、Hg 元素的最低定量限分別為0.032 和0.074 μg/L，回收率均在97%以上，相對標準偏差范圍為2.77%～6.25%。采用該方法對青島市售海米的As 和Hg 含量進行聯(lián)合分析，結(jié)果顯示，As 含量為705.86～752.95μg/kg，Hg 含量為131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017允許范圍，產(chǎn)品質(zhì)量安全。