改良干灰化-原子荧光光谱法测定食品中总砷方法

摘要：本文针对国家标准 GB/T 5009.11-2003 干灰化-原子荧光光谱法测定食品中总砷时出现回收率偏低、重现性偏差、仪器易污染的缺陷，通过大量的试验和分析、探讨，提出了样品前处理优化改进方法；研究分析样品空白值的主要来源并采取相应的措施进行降低和准确控制；优化仪器分析条件等办法解决了该测定方法存在的缺陷。
通过测定标准物质和加标回收试验，对改良的方法进行验证，从试验结果可看到：本方法检出限为 0.18μg/L，相对标准偏差（RSD）小于 4.91%,加标回收率范围为 91.5-103.0%。干灰化-原子荧光光谱法测定食品中总砷方法，灵敏度高、检出限低、操作简便、环境污染小，可以满足大批量、多品种日常监测。食品中总砷的测定是卫生检验必检常规检验项目，日常监测频次高、批量大、品种杂。按 GB/T5009.11-2003标准，原子荧光光谱法测定食品中总砷方法，样品的前处理有湿法消化和干灰化，许多文献报道也可以用微波消化。 但是湿法消化样品消化过程易爆沸和炭化，产生的酸烟污染大，检验人员必须得全程跟踪； 微波消化要求同批次尽量是同类样品，消化完后消化液中存在的氮氧化物、亚硝酸根会使原子荧光信号降低，需将剩余的酸蒸发除去，以减少对原子荧光测定的干扰，否则重现性差。
干灰法-原子荧光光谱法测定食品中总砷的方法可以一次性处理好几十个不同品种的样品， 灵敏度高、检出限低、操作简便、环境污染小；但是在实际的检测工作中， 按照标准中规定的干灰法-原子荧光光谱法测定食品中总砷的方法出现回收率偏低、重现性偏差、仪器易污染等缺陷。本文对此进行了大量试验和分析、探讨，提出了以下解决办法：（1）优化改进样品前处理方法，防止样品喷溅、膨胀溢埚损失及氧化镁不能匀覆盖在干渣上使砷挥发损失，造成回收率偏低；（2）研究分析样品空白值的主要来源并采取相应的措施进行降低和准确控制，减少高空白值及其波动对测量方法的准确度、 精密度、检出限的影响及仪器污染；（3）优化仪器分析条件，保证检测结果的准确性。现将试验的结果报告如下。

1 实验部分
1.1 主要仪器
AFS-230 E 型双道原子荧光光度计；TMF-6-10 陶瓷纤维高温炉；砷空心阴灯；实验室纯水机。
1.2 主要试剂
硼氢化钾、硫脲、抗坏血酸等为分析纯试剂；硝酸镁、氧化镁、氢氧化钠为优级纯；盐酸为原子荧光专用试剂；实验用水为纯去离子水；所用玻璃仪器用 20％的硝酸浸泡 24h 以上，并用纯水清洗干净、凉干。
1.2.1 硼氢化钾溶液（20g/L）：称取 10.0g 硼氢化钾，溶于氢氧化钠溶液（2.5g/L）中，然后定容至 500mL。此液当日配制使用。
1.2.2 硫脲（50g/L）-抗坏血酸（50g/L）混合溶液：称取 5.0g 硫脲，加约 80mL 纯水，加热溶解，冷却后，再加入 5.0g 抗坏血酸溶解后， 转入到 100mL 容量瓶中，用纯水定容至刻度、混匀。
1.2.3 国家标准物质 ：小麦粉 GBW 08503B，茶叶GBW 07605、大葱 GBW 10049。
1.2.4 砷标准储备液〔ρ（As）=1000μg/mL〕：（国家标物中心提供）。
1.2.5 砷标准中间液 〔ρ（As）=1.00μg/mL〕：将砷标准储备液（1.2.4）用 5%盐酸溶液逐级稀释配制而成。
1.2.6 砷标准使用液〔ρ（As）=0.10μg/mL〕：移取 10.00mL将砷标准中间液于 100mL 容量瓶中，用纯水稀释至刻度，混匀、备用。此液当日配制使用。
1.3 实验步骤
1.3.1 称取 1.0g（精确到 0.0001g）试样或移取 1.00mL试样（被砷污染食品，如紫菜、海带等海产品和被硫磺熏蒸过的干菌、干笋等称取 0.5g），置于 50mL（糖、酱油等易发泡膨胀的样品及味精、植物油易喷溅的样品置于 100mL）瓷坩埚中，用约 1mL 水润湿不含或含油脂少的固体样品后， 加 1.50g 固体硝酸镁，再在上面匀覆盖 1.00g 氧化镁，将其置于可调电炉上小火加热蒸干、 炭化至无黑烟后， 移入550℃高温炉中灰化 4h。取出放冷。沿坩埚壁慢慢加5mL 水湿润灰分 ， 再缓缓加入 20.00mL 盐酸溶液（1+1）溶解灰分。然后将溶液移入 50mL 容量瓶中 ，坩埚用纯水少量多次洗净，洗液并入容量瓶中。
加 5.00mL 硫脲+抗坏血酸混合溶液（1.2.2），用纯水稀释至刻度，混匀。放置 30min 后测定。按同一操作方法做三份样品空白和两份质控样品。
1.3.2 标准系列的配制本法采用仪器操作软件中“自动配置标准曲线”的功能 （只需配制空白和最高点浓度的标准溶液）。
取 2 个 100mL 容量瓶，各先加少量纯水后，向其中一个容量瓶加入 10.00mL 砷标准使用液（1.2.6）后，再分别加入 10.00mL 盐酸溶液 （1+1），10.00mL 硫脲+抗坏血酸混合溶液 （1.2.2）， 用纯水定容、混匀，配制成 0μg/L 标准空白溶液和 10.0μg/L 标准工作液，放置 30min 后测定。
1.3.3 优化测量条件
光电倍增管负高压：290V；灯电流：60mA；原子化器高度：8mm；载气流量：400mL/min；屏蔽气流量：900mL/min；测量方式：标准曲线法；读数方式：峰面积；读数时间：11s；延迟时间：1.5s；标准单位：ug/L；空白辨别值：5；载流：5%盐酸溶液；还原剂：2.0%硼氢化钾溶液。
1.3.4 测定
按 1.3.3 设定好仪器条件， 输入有关参数，点燃原子化器炉丝，预热 30min 后，开始测量。用标准空白溶液进样，确定标准空白值，然后转入标准系列测量，绘制标准曲线。再以标准空白溶液进样，测量三个样品空白值，同时测定质控样品，确定空白值在允许范围内后， 用仪器自动扣除空白值的功能，测量样品空白并平后，先测质控样品，再开始测定样品。
计算公式：X=C×V×fm×10-3式中：X 为试样的砷含量，单位为毫克每千克或毫克每升 （mg/kg 或 g/L）；C 为试样被测液的浓度，单位为微克每升（μg/L）；m 为试样的质量或体积，单位为克或毫升（g 或 mL）；f 为试样稀释倍数。

2 实验结果
2.1 线性范围、标准曲线及方法检出限
在本实验条件下， 对 30μg/L 的砷进行测定，曲线发生弯曲， 根据仪器的灵敏度和样品中砷含量水平，选择了 0～10.0μg/L 范围内进行测定，其标准曲线的回归方程为：If=253.862C-31.559 相关系数为0.9998。按 GB/T 5009.1-2003中附录 A 第 A.2 方法测得方法检出限为 0.24μg/L。（称取 20 个样品空白， 按 1.3 分析步骤进行消化和测定。 计算公式为L=3s/b）。
2.2 加标回收率试验
选用已测含量的三个不同类别的食品（酱油0.03mg/L、小麦粉 0.06mg/kg、麻辣海带丝 0.60mg/kg），酱油吸取 1.00mL，小麦粉称取 1.0000g、麻辣海带称取 0.5000g（精确到 0.0001g）。每个样品一式 6 份，置于50mL（酱油置于 100mL）瓷坩埚中，分别向坩埚中加入砷标准中间液〔ρ（As）=1.00μg/mL〕（1.2.5），其中三份各加 0.10mL，另三份各加 0.20mL，（相当于测试液中本底值为：酱油 0.60μg/L、小麦粉 1.20μg/L、麻辣海带6.00μg/L； 加标量为 ：2.00μg/L 和 4.00μg/L） 然后按1.3 分析步骤进行消化和测定。结果表明，添加回收率为 91.5-103.0%。说明该方法准确可靠。
2.3 方法准确度和精密度试验
选用 GBW 08503B 小麦粉、GBW 07605 茶叶、GBW 10049 大葱三种国家标准物质，每种称取 1.0000g（精确到 0.0001g）一式 6 份（n=6），按 1.3 分析步骤进行消化和测定。待测元素砷的测定值在推荐值范围内，相对标准偏差 RSD 为 1.89-4.91%。

3 讨论
3.1 优化、改进干灰化样品前处理方法，解决回收率偏低问题，保证测定结果的准确性。
第一，将标准中“加 150g/L 硝酸镁 10mL 混匀，低热蒸干，将氧化镁 1g 仔细覆盖在干渣上，于电炉上炭化至无黑烟”改为“用约 1mL 润湿不含或含油脂少的固体样品后，加 1.50g 固体硝酸镁，再在上面匀覆盖 1.00g 氧化镁， 将其置于可调电炉上小火加热蒸干、炭化至无黑烟”。
含六个结晶水的固体硝酸镁， 熔点为 95℃，水分蒸发温度在 100℃以上，在水分开始蒸发时，六水硝酸镁已经完全融化渗透到样品中，所以无需为了硝酸镁与样品混匀而加硝酸镁溶液，引入大量水。另外，六水硝酸镁具有氧化性，它与样品中的有机物接触，在加热条件下发热燃烧,出现爆裂现象；如果加10mL 硝酸镁溶液，再小的热源加热至水分蒸发，也会剧烈沸腾、喷溅，水分蒸发近干时，硝酸镁与有机物剧烈反应，使样品飞溅厉害，到水分蒸干时，坩埚壁已经溅满样粒，有的已经溅出外，加上糖、酱油、味精、植物油等本身受热易发泡膨胀、喷溅，此时干渣表面已经凹凸不平，要想将氧化镁能匀覆盖在所有的干渣上不太可能。当加热炭化、灰化温度过200℃的时，未被氧化镁覆盖的干渣中的微量砷已经开始挥发损失， 因为附着在干渣上的硝酸镁要在400℃以上时，才能完全转化为氧化镁。当改为直接将氧化镁匀覆盖在样品和固体硝酸镁上，此时，水分少，不会发生剧烈沸腾、样品飞溅。小火加热温度升高，硝酸镁先融化并渗透、包裹样品，硝酸镁与有机物发热燃烧、爆裂被匀覆盖在上面的氧化镁抑制，因为氧化镁附着于可燃物表面可阻止燃烧的进行。如果有部分氧化镁与热水（液体试样或润湿所加的水分）接触又会反应生成氢氧化镁，氢氧化镁具有阻燃、抑烟功能，是优良的阻燃剂。因此，可以大大减弱样品受热膨胀、喷溅，避免了样品在蒸干、炭化时飞溅、溢埚。不会在坩埚壁溅满样粒；在加热炭化、灰化过程中样品中的砷和氧化镁反应生成热稳定性非常好的焦砷酸镁盐（Mg2As2O7），整个过程避免了砷的损失。
灰化温度一定要控制在 550℃，保持温度 4h，不然有些样品灰化不完全。灰化是否完全通常以灰分的颜色判断。当灰分呈白色或灰白色但不含炭粒，则认为灰化完全。
第二，将“取出放冷，小心加入（1+1）盐酸 10mL以中和氧化镁并溶解灰分， 转入 25mL 容量瓶或比色管中， 向容量瓶或比色管中加入 50g/L 硫脲 2.5mL，另用（1+9）硫酸分次涮洗坩埚后转出合并，直至 25mL刻度，混匀备测。”改为“取出放冷，先沿坩埚壁慢慢加 5mL 水湿润灰分，再缓缓加入 20.00mL 盐酸溶液（1+1）溶解灰分，然后将溶液移入 50mL 容量瓶中，坩埚用纯水少量多次洗净，洗液并入容量瓶中，加 5.00mL 硫脲+抗坏血酸混合溶液（1.2.2），用纯水稀释至刻度，混匀。放置 30min 后测定”。理论上来说盐酸和硫酸可作为原子荧光测定的酸化剂，但是在测定某些盐分含量较高， 尤其重金属含量较高时，会导致大量硫酸盐沉淀，从而造成待测元素的共沉淀，降低检测结果。盐酸是还原性酸，并且氯化物沉淀要比硫酸盐沉淀少得多。盐酸浓度（体积比）选择试验：在 5%盐酸载液，硼氢化钾浓度为 2.0%的条件下，在 4μg/L 砷标准溶液中分别加入 3%、5%、7%、9%、20%盐酸进行测定。
试验结果表明：在盐酸浓度小于 5%时， 砷的荧光强度随着盐酸浓度的增大而增加，当盐酸浓度在 5-20%时，砷的荧光强度出现趋势平衡，变化不大。故本实验选择盐酸浓度为 5%。灰分与 1+1 的浓盐酸反应剧烈，灰分和液滴都容易溅出造成损失。 所以加酸溶解灰分前要先用水润湿。硫脲和抗坏血酸都具有还原能力，能充分将测试液中五价砷预还原为三价砷； 另外当硫脲对Cu、Co、Ni 等许多离子发挥掩蔽作用时，抗坏血酸就起稳定作用，协同降低干扰。所以选用硫脲-抗坏血酸混合溶液代替硫脲溶液增强还原性和抗干扰性，可以达到测定的效果。
3.2 研究分析
空白值的主要来源并采取相应的措施，降低空白值，准确控制样品空白值。保证测定结果的准确性、重复性，减少仪器的污染。在原子荧光痕量分析中， 样品空白值的大小及其波动情况对测量结果的准确性、重复性、方法的检出限起到决定性作用， 因此必须较大限度降低样品空白值并进行准确控制。 经过大量实验证明，影响样品空白的因素主要有以下几个方面：氩气的纯度和流量；载液的浓度；硼氢化钾还原剂用量；仪器的性能；负高压和灯电流的大小；玻璃器皿的洁净；实验用水及试剂的纯度；主要的因素是所有试剂（氧化镁、硝酸镁、盐酸、硫脲等等）中含有微量的砷，是氧化镁试剂。 经测试分析纯氧化镁试剂含砷可高达 1mg/kg， 有的优级纯氧化镁试剂含砷高达0.20mg/kg。GB 2762-2012规定：调味品、淀粉、糕点、 肉制品、 酱腌菜等等绝大部分食品， 限量值为0.5mg/kg、植物油为 0.1mg/kg。 由此有可能造成试剂空白的砷含量过了待测食品试样的砷含量限量值。 所以样品的空白值的波动直接影响样品的测定结果。 另外如果仪器一直在高空白值条件下工作，仪器会污染并产生记忆效应，严重时标准曲线的线性变差，甚至不成线性关系。
为此采取以下办法降低样品空白值， 准确控制样品空白值：第一，测试前调节合适的负高压和灯电流，载气、屏蔽气流量，读数和延迟时间等使仪器的测量性能达到；选用 99.99%含量的氩气；纯去离子水为实验用水；实验前先挑选出纯度较高、含微量砷低的试剂 （采用氧化镁试剂含砷量小于0.1mg/kg，硝酸镁试剂含砷量小于 0.05mg/kg，盐酸试剂用原子荧光专用的盐酸）； 所用玻璃器皿用20％的硝酸浸泡 24h 以上， 并用纯水清洗干净、凉干，以保证较大限度降低样品空白值。第二，试样和样品空白所加入的硝酸镁和氧化镁的量要，至少准确到小数点后两位；第三，测定时一定要做三个以上样品空白，和两个质控样品，以标准空白溶液进样，测量三个样品空白值，同时测定质控样品，用 GB/T 4883-2008判定异常值，剔出可疑或不太理想的值， 采用仪器自动扣除空白值的功能，再次测定样品空白，取其平值；先测质控样品，用质控样品的值再次验证，符合要求后，然后开始测定样品。

4 结论
从以上一系列的实验可以看出：通过（1）优化改进样品前处理方法；（2）研究分析样品空白的主要来源并采取相应的措施进行降低和准确控制；（3）优化仪器分析条件等办法解决了测定方法回收率偏低、重现性偏差、 仪器易污染的缺陷。 从实验结果可看到：本方法检出限为 0.18μg/L，相对标准偏差（RSD）小于 4.91%，加标回收率范围为 91.5-103.0%。该改良方法准确可靠，可以用来进行食品中总砷的测定。

来源：惠合浓缩器