劉家良

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都610059）

分析測(cè)試

原子熒光光譜法測(cè)定大米中總砷含量

劉家良

（成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院，四川成都610059）

食品中的砷污染是造成食源性疾病的重要原因之一，食品中砷的毒性與其存在形式有關(guān)，包括有無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷兩種，可導(dǎo)致癌癥、神經(jīng)衰弱等一系列疾病。采用微波消解樣品，再聯(lián)用高靈敏度的原子熒光光譜儀測(cè)定大米中總砷含量，方法準(zhǔn)確，快速方便。

砷；測(cè)定；食品；毒性

0 引言

砷（arsenic）元素在元素周期表中的位置是第四周期第VA族，地殼中砷及砷的化合物含量約為0.0005%，砷是一種有劇毒且無(wú)臭無(wú)味的類金屬元素，食品中的砷有無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷兩種形式，一般認(rèn)為三價(jià)砷的毒性大于五價(jià)砷，無(wú)機(jī)砷的毒性大于有機(jī)砷。砷化物是一種能使人體很多器官產(chǎn)生細(xì)胞損傷的原漿毒，對(duì)人體內(nèi)蛋白質(zhì)具有很強(qiáng)的親和力。食物中的砷進(jìn)入人體后與多種含巰基的酶結(jié)合，使之喪失活性，抑制細(xì)胞的正常代謝。流行病學(xué)研究表明：長(zhǎng)期低劑量攝入砷化物，會(huì)導(dǎo)致慢性砷中毒，引起神經(jīng)衰弱癥，砷與皮膚癌、肺癌的發(fā)生有明確的因果關(guān)系，并與肝癌、膀胱癌等內(nèi)臟癌的發(fā)生緊密相關(guān)，雖然現(xiàn)代醫(yī)學(xué)中砒霜（不純?nèi)趸椋榱己玫目拱﹦1]，可用于急性早幼粒細(xì)胞白血病等多種惡性腫瘤及哮喘病的治療[2]，然而臨床的使用受到嚴(yán)格的限制。近來(lái)食品中砷超標(biāo)事件，引起人們高度重視和廣泛關(guān)注，所以關(guān)于砷的測(cè)定與研究勢(shì)在必行。早在1972年，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織與世界衛(wèi)生組織共同規(guī)定的世界性食品污染調(diào)查計(jì)劃中，將砷列為首批的污染物之一，由此可見食品中砷測(cè)定具有特別重要的意義。

食品中測(cè)定總砷的方法有銀鹽法、砷斑法、原子熒光光度法[3]、ICP-質(zhì)譜法[4]等，其中以原子熒光光度法更為經(jīng)濟(jì)快捷。樣品預(yù)處理的方法有很多，但多是以濕法消解、干灰化法和微波消解為主要預(yù)處理方法，其中濕法消解用時(shí)較長(zhǎng)，需用大量的酸，干擾也非常嚴(yán)重[5]；干灰化法雖然能降低污染，但灰化溫度對(duì)測(cè)定有很大的影響，灰化溫度過(guò)高或過(guò)低會(huì)造成樣品檢測(cè)結(jié)果中的砷不同程度的降低，使測(cè)定結(jié)果不準(zhǔn)確[6]。采用微波消解對(duì)樣品預(yù)處理可克服以上缺點(diǎn)，2005年版的中國(guó)藥典已將微波消解法收入附錄中，作為原子吸收法檢測(cè)中藥材中重金屬含量的樣品前處理方法之一[7]。采用微波消解原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷的含量，具有很好的靈敏度、準(zhǔn)確度及精密度，適合食品樣品的快速消解及總砷的定量分析[8]。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要試劑

鹽酸、硝酸（分析純）；硫脲與抗壞血酸固體；1000 μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液；硼氫化鉀固體；5 g/L的氫氧化鈉溶液。

硼氫化鉀溶液：配制硼氫化鉀溶液質(zhì)量濃度分別為5 g/L、10 g/L、15 g/L、20 g/L、25 g/L、30 g/L。

50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液；砷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用液：配制2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液。

1.2 檢驗(yàn)方法

1.2.1 空白實(shí)驗(yàn)

在微波消解管中，加入硝酸8 mL再加熱，放置于消解轉(zhuǎn)子上，置于微波消解儀中消解。冷卻后取出，加水置于趕酸器中趕出剩余硝酸。待冷卻后，用水將內(nèi)容物轉(zhuǎn)入25 mL比色管中，再加入50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液2.5 mL，最后再補(bǔ)加超純水至刻度并搖勻，將樣液慢慢導(dǎo)入原子熒光分光光度計(jì)之中，測(cè)量熒光強(qiáng)度，儀器自動(dòng)扣除。

1.2.2 樣品測(cè)定

稱取成都市本地大米3個(gè)批次各10.0 g，用不銹鋼磨粉碎，分別儲(chǔ)于樣品袋內(nèi)備用。從3份制備好的大米試樣中各稱取0.5 g于微波消解管中，加入硝酸8 mL，搖勻后加熱，放置在消解轉(zhuǎn)子上，置于微波消解儀中消解完全[9]；冷卻后取出，加水置于趕酸器中趕出剩余硝酸；待冷卻后，用水將內(nèi)容物轉(zhuǎn)入25 mL比色管中，接著往里面加入50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸溶液2.5 mL，最后再補(bǔ)加超純水至刻度并搖勻，將樣液慢慢導(dǎo)入原子熒光分光光度計(jì)之中，測(cè)量熒光強(qiáng)度，計(jì)算出樣液中砷的含量，見表1。

微波消解條件：第一步：800 W，8 min，保持3 min；第二步：1000 W，10 min，保持25 min。

2 結(jié)果討論

2.1 實(shí)驗(yàn)儀器條件的探索

2.1.1 燈電流的選擇

實(shí)驗(yàn)考察了在不同燈電流下對(duì)熒光強(qiáng)度及測(cè)量穩(wěn)定性的影響。在一定范圍內(nèi)，隨著燈電流增加砷的熒光強(qiáng)度也隨之增大，當(dāng)燈電流過(guò)大時(shí)，不但發(fā)生自吸現(xiàn)象，噪聲增大，而且還會(huì)降低燈的使用壽命，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較，確定砷的燈電流為70 mA，能滿足檢測(cè)的需要。

2.1.2 負(fù)高壓的選擇

實(shí)驗(yàn)考察了在不同負(fù)高壓下對(duì)熒光強(qiáng)度及測(cè)量穩(wěn)定性的影響。隨著負(fù)高壓的增加，噪聲和熒光強(qiáng)度會(huì)增加，所以負(fù)高壓對(duì)熒光信號(hào)的強(qiáng)度也有一定影響，通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較確定砷的負(fù)高壓為270 V時(shí)，砷的熒光強(qiáng)度比較穩(wěn)定[10]。

2.1.3 原子化器高度的選擇

原子化器的高度和被測(cè)樣品所產(chǎn)生的熒光強(qiáng)度有很大的影響，當(dāng)原子化器高度過(guò)低時(shí)，光源照射到爐口會(huì)引起的反射光過(guò)強(qiáng)，從而導(dǎo)致熒光背景很高，測(cè)定的精密度不好；當(dāng)原子化器過(guò)高時(shí)，儀器的靈敏度也會(huì)下降，影響儀器的檢出限。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原子化器高度選擇8 mm時(shí)，砷的熒光強(qiáng)度穩(wěn)定。

2.1.4 載氣流量與屏蔽氣的選擇

實(shí)驗(yàn)考察了載氣流量在200~900 mL/min范圍內(nèi)對(duì)熒光強(qiáng)度的影響。載氣流量較小時(shí)，產(chǎn)生的氬氫火焰出現(xiàn)波動(dòng)，多次測(cè)定的結(jié)果不同；載氣流量大時(shí)，砷的熒光信號(hào)隨著砷的原子蒸氣濃度降低而減弱，砷的載氣流量在400 mL/min時(shí)，熒光強(qiáng)度最強(qiáng)。當(dāng)屏蔽氣流量太弱的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)氬氫火焰相對(duì)較粗較大，發(fā)出的信號(hào)很不穩(wěn)定；當(dāng)屏蔽氣流量太強(qiáng)的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)氬氫火焰相對(duì)較細(xì)又長(zhǎng)，發(fā)出的信號(hào)不穩(wěn)定，靈敏度也將有所下降。當(dāng)屏蔽氣流量為800 mL/min，砷的熒光信號(hào)比較穩(wěn)定[11]。

2.1.5 酸的種類和濃度的選擇

硫酸與鹽酸都可提供合適的酸度來(lái)促使氫化物的生成，后者具有還原的作用，使砷被還原到三價(jià)以便測(cè)定總量，因此選擇使用鹽酸溶液。在1%~10%的鹽酸濃度進(jìn)行試驗(yàn)選擇，結(jié)果如圖1可見砷在5%鹽酸熒光強(qiáng)度最高，穩(wěn)定性最好。

圖1 鹽酸濃度對(duì)熒光值的影響

2.1.6 硼氫化鉀的濃度

硼氫化鉀是氫化物反應(yīng)的還原劑，當(dāng)濃度比較小時(shí)，砷還原不徹底。由于硼氫化鉀的不穩(wěn)定性，所以需要配制在5 g/L氫氧化鈉溶液之中，在保持其他條件不變的情況下，對(duì)硼氫化鉀溶液濃度為5~30 g/L的溶液進(jìn)行相應(yīng)的篩選，如圖2，當(dāng)使用的硼氫化鉀溶液的濃度小于5 g/L的時(shí)候，砷的熒光強(qiáng)度很低；當(dāng)濃度高于5 g/L時(shí)，砷的熒光強(qiáng)度會(huì)隨著硼氫化鉀濃度的增加而呈現(xiàn)出增強(qiáng)的現(xiàn)象，測(cè)量的穩(wěn)定性及其靈敏度也都將相應(yīng)的有所提升。當(dāng)濃度過(guò)大時(shí)，反應(yīng)產(chǎn)生的氫氣流量太大，砷的原子蒸氣濃度被沖稀，使熒光強(qiáng)度降低，選擇濃度為20 g/L的硼氫化鉀溶液，砷的熒光強(qiáng)度比較強(qiáng)。

圖2 硼氫化鉀對(duì)熒光強(qiáng)度的影響

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

分別吸取2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)系列溶液25 mL于25 mL比色管中，分別加入2.5 mL 50 g/L硫脲-25 g/L抗壞血酸及5 mL濃鹽酸，放置30 min待儀器穩(wěn)定后，以5%鹽酸作載流，20 g/L硼氫化鉀溶液作還原劑，將其濃度大小由低到高來(lái)測(cè)定其標(biāo)準(zhǔn)溶液的熒光強(qiáng)度的大小測(cè)得結(jié)果如圖3所示。

2.3 原子熒光法樣品分析報(bào)告

實(shí)驗(yàn)由測(cè)得的砷熒光強(qiáng)度于標(biāo)準(zhǔn)曲線讀出濃度C（μg/L），再根據(jù)計(jì)算公式X=（C×V）÷（m× 1000）得到總砷X（mg/kg）含量。

圖3 砷標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.4 回收率與精密度的測(cè)定

取3份同樣的樣品加入砷的標(biāo)準(zhǔn)溶液，做回收實(shí)驗(yàn)的測(cè)定；對(duì)3份樣品分別測(cè)定6次做精密度實(shí)驗(yàn)，回收率的范圍為88.4%~107.3%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差＜4.5%。

表1 測(cè)定結(jié)果

表2 回收實(shí)驗(yàn)

表3 精密度實(shí)驗(yàn)（對(duì)3份樣品進(jìn)行6次測(cè)定結(jié)果/（μg/L)）

3 結(jié)論

GB 2762-2012食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量規(guī)定大米中總砷含量不能超過(guò)0.2 mg/kg，本次測(cè)定采用微波消解原子熒光法測(cè)定大米中的砷，取樣量少，樣品消解完全、快速，化學(xué)試劑消耗少，樣品成分不易揮發(fā)損失，無(wú)污染，該方法的靈敏度、精密度、準(zhǔn)確度都較好，操作簡(jiǎn)單，結(jié)果測(cè)得所取大米樣品中砷的含量0.08 mg/kg低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[1]韓繼武.三氧化二砷對(duì)肝癌細(xì)胞株HLE的細(xì)胞毒和誘導(dǎo)凋亡作用[J].中國(guó)誤診學(xué)雜志，2003，（5）：645-647.

[2]馬軍，展昭民.三氧化二砷治療復(fù)發(fā)難治性急性早幼粒細(xì)胞白血病臨床療效觀察[J].癌癥進(jìn)展，2005（2）：98-102.

[3]GB/T 5009.11-2003，食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定/食品衛(wèi)生檢驗(yàn)方法理化部分[S].

[4]迂君.ICP-AES法測(cè)定海產(chǎn)品中的無(wú)機(jī)砷[J].中國(guó)衛(wèi)生檢驗(yàn)雜志，2003，（5）：631.

[5]GB/T 5009.11-2003，食品衛(wèi)生理化實(shí)驗(yàn)[S].

[6]劉子文.食品中無(wú)極砷的定量分析方法的優(yōu)化[J].華南預(yù)防醫(yī)學(xué)，2003，（1）：50-51.

[7]國(guó)家藥典委員會(huì)編.中國(guó)藥典[M].北京：中國(guó)醫(yī)藥科技出版社，2005.

[8]楊嵐，王軍磊.微波消解-原子熒光法測(cè)定食品中的總砷[J].河北化工，2008，（9）：61-63.

[9]廖學(xué)紅，趙勝芳.微波樣品處理技術(shù)應(yīng)用進(jìn)展[J].黃岡師范學(xué)院學(xué)報(bào)，2003，（3）：69-75.

[10]原子熒光分析方法手冊(cè)[M].北京：北京吉天儀器有限公司，2013：57-59.

[11]葉海輝.氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法同時(shí)測(cè)定食品中的砷銻鉍硒[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40（12）：7434-7435.

Determination of Arsenic Content in Rice by Atomic Fluorescence Spectrometry

LIU Jia-liang
（Chengdu University of Technology，Chengdu，Sichuan 610059，China）

It is a fact that organic and inorganic arsenic contained in food is one of the important causes of food borne diseases.The toxicity of arsenic depends on its existing forms in food，including inorganic and organic arsenic，which can lead to cancer，neurasthenia and a series of diseases.It was an accurate，fast and convenient method to detect the method to arsenic content in food by digesting the samples with microwave firstly，and then applying the high-sensitivity atomic fluorescence spectrometry.

arsenic;detection;food;toxicity

1006-4184（2017）2-0046-05

2016-07-06

劉家良（1991-），男，四川南充人，在讀碩士研究生。E-mail：574240261@qq.com。