微波消解-氢化物原子荧光光谱法同时测定贼小豆中的砷、硒、锑

2013-12-23高向阳王莹莹乔明武

食品科学 2013年10期

高向阳，韩帅，王莹莹，乔明武

(1.郑州科技学院食品科学系，河南郑州 450064；2.河南农业大学食品科学技术学院，河南郑州 450002)

砷及其化合物是环境和食品的重要污染物之一，各国都有严格的限量要求[1-2]。我国明确规定豆类食品中砷限量指标(以无机砷计)为0.1mg/kg[3]。持续接触锑可破坏心脏及肝脏功能，吸入高含量的锑会导致中毒，出现呕吐、头痛、呼吸困难，严重者可能死亡[4]。硒具有抗氧化、降低重金属毒性及增强免疫等多种功能，摄取不足或过多都会影响人身安全[5-7]。贼小豆(Vigna minima)又名山绿豆，属于豆科菜豆亚组豇豆属，一年生缠绕草本，产于我国北部、东南部至南部，生于旷野、草丛或灌丛中，国外亦有分布[8]，是有一定开发前景的食品新资源，除铝外[9]目前尚未见其他微量元素和其营养价值研究的报道，对其理化特性和安全性进行深入探讨，进一步充分开发利用，具有一定的现实意义。

氢化物发生-原子荧光光谱法具有精密度高、干扰少、谱线简单、线性范围宽、进样效率和原子化效率高等优点[10-13]。微波设计程序，密闭压力消解样品，试剂用量少、处理速度快、成本低廉，可有效防止待测元素的损失。微波压力消解技术与氢化物发生-原子荧光光谱分析法结合，使两者的优点得到了充分发挥，已用于食品中微量元素的测定[14-18]。食品中砷、硒、锑的测定，国家颁布的标准方法[19-21]是单个元素分别进行分析，本实验以郑州地区野生贼小豆为样品，用微波压力进行程序消解，用氢化物发生原子荧光光谱法同时测定消解液中的砷、硒、锑，试样用量少，消解过程不污染环境也不被环境污染，节省时间和试剂，分析成本大为降低，工作效率得到提高，为进一步开发利用该自然野生资源提供了参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

贼小豆果实分别于2010年和2011年秋季采集于郑州龙子湖高校园区(113：42E;34：44N)，由河南农业大学生命学院朱长山教授鉴定，野生深灰色小豆，籽粒饱满，平均千粒质量为27.1542g(n=5)；郑州绿豆，籽粒饱满，产地新郑；南阳绿豆，籽粒饱满，采集于南阳市唐河县桐寨铺镇。

盐酸、硝酸烟台市双双化工有限公司；过氧化氢天津市华东试剂厂；氢氧化钾北京化学试剂三厂；硼氢化钾国药集团化学试剂有限公司；硫脲天津市大茂化学试剂厂。砷(GSB 04-1714-2004)、硒(GSB 04-1751-2004)、锑(GSB 04-1748-2004)单元素标准溶液(质量浓度均为1000μg/mL) 国家有色金属及电子材料分析测试中心。

还原剂：质量浓度为0.5g/100mL氢氧化钾溶液和质量浓度为1.5g/100mL硼氢化钾混合液，现用现配；所用盐酸、硝酸为优级纯，其余试剂均为分析纯；水为超纯水(电阻率为18.3MΩ·cm)；所用玻璃器皿均用硝酸(1＋5)浸泡过夜，依次用蒸馏水、超纯水冲洗后使用。

1.2 仪器与设备

PF6-3型多道全自动原子荧光光度计北京普析通用公司；砷、硒、锑高性能空心阴极灯北京有色金属研究总院；屏蔽气及载气均为高纯氩气河南源正科技发展有限公司；MARS微波消解系统美国CEM公司；FZ102微型植物粉碎机浙江上虞盛科仪器制造有限公司；EH20A数显防腐电热板(PLUS) 北京LabTech公司；Milli-Q®Advantage®A10超纯水系统美国Wasters公司。

1.3 方法

1.3.1 样品的处理

样品除杂、除残粒后，依次用自来水、蒸馏水、超纯水洗净、80℃恒温箱中烘干，用“四分法”取约1kg，用微型植物粉碎机粉碎，弃去最初约50g样品后，其余过60目筛，置于广口瓶中，于干燥器内保存、备用。称取1g左右(称准至0.0001g)恒定质量的均匀样品于微波消解管内，加10mL硝酸，放置过夜后加2mL过氧化氢，轻摇混匀，按表1程序密闭压力消解。冷却后取下盖子，在电热板上继续加热至近干，加入6mol/L盐酸5.00mL，加热至溶液变为清亮无色并伴有白烟出现时止，冷却后将消解液定量转入25mL容量瓶，用1.2mol/L盐酸定容，混匀备用，同时处理空白溶液。

表 1 微波消解程序Table 1 Microwave digestion procedure

1.3.2 仪器测定条件

实验表明，原子荧光光度计在以下仪器条件下进行测定，可以得到令人满意的测定结果。光电倍增管负高压：280.00V；原子化器炉温：200℃；载气流速：300mL/min；读数方式：面积；延迟时间：3s；载液一次进样量：1.50mL；样品进样量：1.00mL；A道为锑(Sb)灯；B道为砷(As)灯；C道为硒(Se)灯；主灯电流：50mA；辅灯电流：50mA；屏蔽气流速：600mL/min；测量方法：标准曲线法；读数时间：13s；载液二次进样量：1.50mL；测量次数：3次。

1.3.3 方法建立及样品测定

用1.2mol/L盐酸逐级稀释1000μg/mL各单元素标准溶液为1μg/mL的标准应用液。吸取1.00mL各标准应用液于100mL容量瓶，加入10.00g/L硫脲溶液10.00mL，用1.2mol/L盐酸定容、摇匀。用仪器自动稀释功能，通过人机对话，将砷、硒、锑的标准工作液稀释为0.00、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ng/mL，用时现配。以0.24mol/L盐酸为载液，以0.5g/100mL氢氧化钾溶液和1.5g/100mL硼氢化钾混合液为还原剂，待炉温升至190℃以上，按表2仪器工作参数及测定条件进行测定，以相对荧光值为纵坐标，各元素标准工作液质量质量浓度为横坐标，分别绘制标准曲线。

吸取5.00mL试样消解液于50.00mL容量瓶，加入10.00g/L硫脲溶液5.00mL，用1.2mol/L盐酸定容至刻度。以0.24mol/L盐酸为载液，按上述绘制标准曲线的方法进行测定，按下式计算结果：

式中：ω为试样中元素的质量分数/(μg/g)；ρ为试样消解液测定元素的质量浓度/(ng/mL)；ρ0为试样空白消解液测定元素的质量浓度/(ng/mL)；V为试样消解液总体积/mL；10为稀释倍数；m为试样质量/g；1000为将“ng”换算为“μg”的系数。

2 结果与分析

2.1 消解体系料液比的确定

利用HNO3-H2O2混合酸溶液，消解效果比较好。称取1.0000g左右过60目筛的样品，按一定料液比于1600W微波功率消解40min，消解效果见表2。

表 2 样品消解效果Table 2 Results of sample digestion

由表2可知，1.0000g左右的样品，加入10.00mL硝酸、2.00mL过氧化氢，微波密闭消解40min的效果最为理想。

2.2 反应介质及酸度的确定

在实验条件下，比较HNO3、HCl、H2SO4介质对3种元素荧光强度的影响，结果表明：HCl为介质时，测定效果较好。实验表明：用1.2mol/L盐酸为介质，0.24mol/L的盐酸作为载液，测定结果较为理想。

2.3 掩蔽剂的选择

在实验条件下，比较硫脲、抗坏血酸、硫脲与抗坏血酸混合液的掩蔽效果。结果表明，硫脲掩蔽铜、铝、镉等离子的效果较好，但应放置30min以上，以增加溶液的稳定性[2]。选择10.00g/L硫脲溶液为掩蔽剂。

2.4 硼氢化钾浓度的选择

硼氢化钾与所测元素反应生成相应的氢化物气体，被载气带入仪器进行测定，加入氢氧化钾可保持其稳定性。硼氢化钾质量浓度太低，会导致反应不完全，浓度太高，会产生大量氢气引起荧光测定信号猝灭。通过对10～20g/L硼氢化钾溶液对荧光强度影响的实验表明：0.5g/100mL氢氧化钾溶液和1.5g/100mL硼氢化钾混合液为还原剂能够满足砷、硒、锑3种元素完全气化的需要。

2.5 干扰实验

以镉、铅、铜、铝、锡等干扰元素大于5倍待测元素的可能存在量，分别对1μg/mL的砷、硒、锑单一元素标准溶液进行干扰实验。结果表明：100μg铅、镉，20μg铜、铝，5μg锡不干扰砷、硒、锑测定。分别在1μg/mL砷、硒、锑单一元素标准溶液中加20倍量的另外两种元素，按照实验方法进行测定，结果表明3种元素间不存在相互干扰。

2.6 标准曲线的回归方程和相关系数

在1.3.2节和1.3.3节测定条件下，绘制标准曲线得出的线性回归方程和相关系数分别为砷：Y=357.18X－19.844，r=0.9997；硒：Y=44.699X－7.3202，r=0.9998；锑：Y=63.241X－97.492，r=0.9991。3种元素测定的质量浓度在0～50ng/mL范围内呈良好的线性关系。

2.7 检出限和精密度

用1.00ng/mL各元素标准溶液分别进行12次平行测定，按3倍标准偏差计算方法的检出限，砷、硒和锑分别为0.020、0.040ng/mL和0.050ng/mL。

在1.3.2节和1.3.3节条件下对2010年10月采集的贼小豆样品进行6次平行测定，用Q检验法检验无可疑值后，计算各元素的精密度如表3所示。

表 3 精密度的测定结果(n=6)Table 3 Precision of the method (n=6)

由表3可知，样品测定的相对标准偏差(RSD)分别为砷2.2%、硒为0.97%、锑为2.6%。

2.8 回收率

在1.3.2节和1.3.3节条件下对各样品中的锑进行加标回收率实验，以6次平行测定的平均值报告，结果见表4。

表 4 加标回收率测定结果(n=6)Table 4 Recovery of the method (n = 6)

表4表明，添加量1.0ng/mL条件下，测定锑的加标平均回收率为97.19%～98.72%，RSD为0.28%～2.7%。

2.9 测定结果

同一地方和位置采摘的贼小豆样品与绿豆样品对照，按1.3.2节和1.3.3节步骤对其中的砷、硒、锑元素分别进行6次平行测定，结果见表5。

从表5可以看出，同一地方和位置，2010年9月份采摘的贼小豆样品中测定的砷、硒、锑元素含量较高，之后采集的样品含量基本呈逐步下降态势。郑州绿豆中锑的含量大于贼小豆和南阳绿豆；南阳绿豆中砷的含量明显低于郑州绿豆和贼小豆，并低于砷的国家标准限量[3]。硒的含量高低顺序为：贼小豆＞郑州绿豆＞南阳绿豆。

表 5 样品中砷、硒、锑的测定结果(±s，n=6)Table 5 Determination of arsenic, selenium, and antimony in samples (±s，n=6)mg/kg

元素贼小豆郑州绿豆南阳绿豆2010年9月采样2010年10月采样2010年11月采样2011年11月采样Sb 0.181±0.0050.101±0.0010.075±0.0280.065±0.016 0.282±0.007 0.085±0.004 As 0.280±0.0090.270±0.0260.143±0.350.127±0.013 0.268±0.004 0.096±0.019 Se 0.301±0.0020.254±0.0020.210±0.0080.215±0.020 0.175±0.031 0.168±0.001

3 结论

用硝酸-过氧化氢微波程序消解样品，以硫脲为掩蔽剂、硼氢化钾为还原剂，采用1.2mol/L盐酸为稀释液，0.24mol/L的盐酸为载液，将微波程序消解技术与PF6-3型多道原子荧光光谱仪结合，充分发挥了各自的优点，同时测定样品中的砷、硒和锑。耗时少、成本低、减少了污染，提高了工作效率，应用于样品测定，结果满意。研究结果表明：郑州贼小豆和郑州绿豆中锑的含量存在明显的差异，贼小豆样品中硒的含量高于绿豆样品。为进一步开发利用贼小豆自然野生资源提供了基本数据，为其他食品中砷、硒、锑元素的同时测定提供了技术参考，有一定的推广应用价值。

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