利用原子荧光光谱法测定生鲜乳中总砷的方法探讨

雒亚璇，杨坤，李宏，赵彩会(.农业部饲料质量监督检验测试中心（西安）,西安 7006；.陕西秦云农产品检验检测有限公司，渭南 74099)

利用原子荧光光谱法测定生鲜乳中总砷的方法探讨

雒亚璇1，杨坤2，李宏1，赵彩会1
(1.农业部饲料质量监督检验测试中心（西安）,西安 710016；2.陕西秦云农产品检验检测有限公司，渭南 714099)

本试验以食品卫生标准中砷的测定方法（GB/T5009.11-2014）为基础，采用密闭式压力消解罐对生鲜乳进行消化处理，使用原子荧光光谱仪对生鲜乳中的砷含量进行了测定。试验探讨了食品卫生标准中总砷的测定方法，并对该方法进行了改进、优化和验证。结果表明：改进后的方法灵敏度大幅提高，检出限达到0.004mg/kg、精密度的RSD值为0.98%、回收率达到100.7%，相比原方法，新方法灵敏度高、精密度好、回收率高，省时省力，操作简单，便于推广和使用。

生鲜乳；砷；测定；方法

生鲜乳是婴幼儿乳粉和普通乳粉的初级原料，其质量安全直接影响人体健康。奶牛若长期食用含砷较高的饲料或长期饮用砷超标的水源，就会导致生乳中重金属砷残留。砷主要通过饮水和食物经过消化道进入人体[1]。人若长期饮用含重金属砷残留的牛奶，砷就会在体内沉积，引起急性或慢性砷中毒[2]，从而伤及神经系统，刺激造血器官，严重的甚至致癌。

对于生鲜乳中砷的测定，我国目前应用的是《食品中总砷及无机砷的测定》（GB/T5009.11-2014），并没有专门的针对生鲜乳中砷的检测方法。本文以食品卫生标准中砷的原子荧光光谱法为方法学基础和研究对象，并对该方法进行了改进和优化，研究和探讨了采用密闭性压力容器对生鲜乳进行加热消化处理，利用原子荧光光谱法测定生鲜乳中总砷的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验原理

生鲜乳样品中的砷经酸消化处理后，加入硫脲使五价砷还原为三价砷，在酸性介质中，以硼氢化钾体系作为还原剂，由氩气作为载气将三价砷导入石英原子器中分解为原子态砷。以砷的特种空心阴极灯作为激发光源，砷原子受到激发光的辐射而产生电子能级跃迁，基态的砷被激发至高能态，当高能态的砷回到基态时，发射出特征性波长的荧光，在一定特征浓度范围内，荧光强度与试样中砷的含量成正比，经与标准系列进行比较即可定量[3]。

1.2 试验材料

1.2.1 试剂及溶液

浓硝酸（优级纯）、过氧化氢（分析纯）、硼氢化钾（优级纯）、氢氧化钾（分析纯）、硫脲（分析纯）、抗坏血酸（分析纯）。

0.5 %氢氧化钾+2%硼氢化钾溶液：称取5.0g氢氧化钾，溶于水并稀释至1 000mL，再加入20.0g硼氢化钾，混匀；现用现配。

10%硫脲+10%抗坏血酸溶液：称取10.0g硫脲，加入80mL水，加热溶解，待冷却后加入10.0g抗坏血酸，稀释至100mL；现用现配。

1.2.2 标准溶液的配制

砷标准储备液（100μg/mL）：准确移取1mg/mL的砷标准液10mL至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸馏水定容至刻度后，混匀。

砷标准中间工作液: 准确移取100μg/mL砷标准储备液10mL，加入2mL硝酸，用蒸馏水定容至刻度后，混匀，浓度为10μg/mL。再准确吸取10mL浓度为10μg/mL的砷标准中间工作液，至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸馏水定容至刻度后，混匀。

砷标准工作液（100ng/mL）：准确吸取砷标准中间液（1μg/mL）10mL至100mL容量瓶中，加入2mL硝酸，用蒸馏水定容至刻度后，混匀。

1.2.3 仪器和设备

SK-盛析原子荧光光谱仪、砷空心阴极灯、天平（0.0001g）、恒温干燥箱、压力消解罐（50mL）。

玻璃器皿和压力消解罐的白色内胆瓶以20%的硝酸溶液浸泡24h，用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗干净。

1.3 测定方法与步骤

1.3.1 样品处理

称取2.0g（精确到0.0001g）牛奶试样于50mL压力消化罐的白色内胆瓶中，加入5mL浓硝酸和2mL过氧化氢，盖好内盖，旋紧不锈钢外套，静置过夜或冷消化12h后，置于130℃烘箱中保持4h进行高压消化。取出自然冷却至室温，然后缓慢旋松不锈钢外套，将白色内胆瓶取出，用少量蒸馏水反复冲洗内胆瓶，然后将冲洗液转移至100mL容量瓶中，加水至2/3处，摇匀，再加入10%硫脲+10%抗坏血酸溶液10mL，轻轻摇匀，使硫脲、样品、酸充分反应，最后用蒸馏水定容至刻度线，混匀，静置30min，待测。同时做空白试验。

1.3.2 标准曲线配制

准确吸取100ng/mL砷的标准使用液0mL、0.50mL、1.0mL、2.0mL、3.0mL、4.0mL、8.0mL于50mL容量瓶中，分别加入硝酸2.5mL（5%的硝酸体系），加水至约2/3处，摇匀，再加入10% 硫脲+10%抗坏血酸溶液5.0mL，摇匀补水定容至刻度线，混匀后放置30min后测定。砷标准曲线系列浓度为0.00ng/ mL、1.00ng/mL、2.00ng/mL、4.00ng/mL、6.00ng/ mL、8.00ng/mL、16.00ng/mL。

1.3.3 仪器测试条件

砷参数调节：不同型号仪器的最佳参数不同，测试前需将仪器调至最佳状态。北京金索坤公司SK-盛析型原子荧光光谱仪测试参数为：①灯电流：80mA；②负高压：300V；积分时间：3S；泵速：100r/min；主气：600mL/min；辅气：800mL/min。

1.3.4 样品测定

仪器预热30min后，以2%硼氢化钾+0.5%氢氧化钾溶液为还原剂，以5%的硝酸为反应介质，连续用0.00ng/mL标准溶液进样，待读数稳定后依次测定标准系列曲线和样品的荧光强度，以砷浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标，求出样品溶液中砷的含量。

1.3.5 结果计算

计算公式 x=(N×V×c)/(1000×m)

式中：m——称取牛奶样品的质量（g）；

C——按照曲线计算出测试溶液中砷的浓度（ng/ mL）；

V——样品消化后溶液的总体积（mL）；

X——样品中砷的含量（mg/kg）；

N——稀释倍数。

每个试样取两个平行样，以算术平均值为结果，结果表示两位有效数字。

2 结果与分析

2.1 标准曲线与线性范围

以曲线系列的浓度调整好仪器，上机测定，其荧光值分别为：52.3、200.2、330.4、612.2、875.5、1134.7、2264.5，并以标液浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标绘制标准曲线（图1）。

由图1可以看出，砷标准溶液浓度在0～16ng/mL范围内线性良好，相关系数达到0.999，满足试验要求。

图1 砷标准曲线

2.2 检出限和精密度试验

由图1可以看出，曲线方程为y=137.58x+54.20，经连续测定砷空白溶液11次，其荧光值分别为：53.0、51.9、52.0、53.4、52.8、52.4、52.8、52.9、52.7、53.2、51.9，根据仪器检出限为3倍的空白吸光值的标准偏差除以标准曲线方程的k值[4]，则仪器检出限为砷的仪器检出限为0.011ng/mL，再按照方法检出限为仪器检出限的10倍计算（方法检出限为0.004mg/kg），其值小于标准方法检出限的0.010mg/kg，满足试验方法要求。

经平行测定11次空白标准液，RSD值为0.98%，满足食品卫生标准的相关技术要求。

2.3 回收率试验

取12个压力消解罐，分别吸取2.0mL牛奶至消解罐内胆罐，5个添加200ng砷标准品，5个添加400ng砷标准品，加入5mL浓硝酸和2mL过氧化氢，静置过夜，然后在130℃消化4h，自然冷却，转移到100mL容量瓶中，加入10mL硫脲（10%硫脲+10%抗坏血酸），超纯水定容到100mL待测，仪器调到最佳状态，检测，结果如表1。

从表1可以看出，空白含量平均值为2.1ng，回收率计算用测定量减去空白量，除以添加量，结果显示，不同添加浓度的砷元素，添加200ng平均回收率为101%，添加400ng平均回收率为100%，总平均回收率为100.7%，回收率良好，符合试验要求。

3 讨论

3.1 前处理方法的比较与选择

国标方法[3]中采用干灰化法和湿法消解法两种前处理方法。干灰化法操作过程简单，对有机物的分解彻底，空白值低，干扰小，但是干灰化法要经过干燥、碳化和灰化过程，耗时较长，而且易导致样品飞溅、温度过高，易造成砷元素的损失，同时坩埚会对待测组分有一定的吸留作用，这些因素都会导致测定结果和回收率偏低。而湿法消解在消解过程中加入大量的酸，会使本底值升高，且在加热消解的过程中温度不易控制。如温度过高，由于砷是易挥发元素，易导致回收率降低；如温度过低，消解比较缓慢，赶酸的过程会增加耗时，且赶酸的终点控制很难掌握。对于同一批次样品，赶酸临近终点时，因为体积很小，温度不好控制，容易造成样品碳化，使砷的含量受到损失。本试验方法是在压力消解罐中进行消解，加入酸量少。使用硝酸消解其氧化性强、沸点低、干扰小；过氧化氢是强的氧化剂，加入过氧化氢后可以破坏牛奶中的有机脂和蛋白质，提高溶解效率，使牛奶的消化更为彻底。本方法由于酸用量少，所以空白值低，且再现性好；消解完成后不用进行赶酸，砷元素损失较小；分解试样速度快、操作简便，可同时进行大批量试样的消化。

3.2 反应酸介质及其浓度的优化与选择

反应酸介质及其浓度是氢化物反应的一个重要条件。在进行氢化物反应时，必须保持一定的酸度。曲线中的酸介质及其浓度应该与试样中保持一致，由于试验中未进行赶酸，故选用了硝酸作为反应酸介质。酸度对于氢化物反应具有很大的影响。酸度过小，氢化物反应不完全，且灵敏度低。适当的增加酸度可以减少过度金属的干扰，但酸度过大，不仅增加了硼氢化钾的消耗量，而且又会使灵敏度降低。所以合适的酸度对于砷的测定至关重要。

3.3 硼氢化钾-氢氧化钾溶液对砷测试结果的影响

硼氢化钾浓度对生鲜乳中砷的测定具有很大的影响。当浓度太低时，样品反应不完全；当浓度太高时，由于产生大量的氢气引起荧光淬灭，从而使反应的灵敏度降低[5]。在配制硼氢化钾溶液时要选用进口或优级纯的硼氢化钾。在配制硼氢化钾-氢氧化钾溶液时，要先称取氢氧化钾 ，将氢氧化钾溶于水后，再将称好的硼氢化钾加入氢氧化钾水溶液中溶解，否则硼氢化钾一旦溶于水就会产生氢气造成损失。硼氢化钾-氢氧化钾溶液要现用现配，如果放置时间长，其还原力下降，会导致方法灵敏度降低。

表1 砷回收试验结果

3.4 硫脲和抗坏血酸对砷测试结果的影响

原子荧光测定砷时，加入硫脲可以使五价砷快速还原成三价砷，保证了砷的最佳反应价态为+3价，提高了砷化物的发生效率。同时硫脲和抗坏血酸还具有掩蔽作用。Smith曾系统地研究了氢化物法的干扰，发现铜、钴、镍、铁等过渡元素对氢化物的发生存在较严重的干扰[6]。在砷的测定中，加入硫脲和抗坏血酸对这些过渡离子具有掩蔽作用，可减少其他离子的干扰。例如硫脲可以掩蔽Cu2+、Co2+、Ni2+等离子，抗坏血酸可以掩蔽Al3+、Ca2+等离子的干扰，抗坏血酸具有抗氧化性，起到一定的稳定作用。因抗坏血酸预热易分解，所以在配制硫脲+抗坏血酸溶液时，加热将硫脲完全溶解后，应将溶液放置到室温后再加入抗坏血酸。标准曲线和试液在加入硫脲和抗坏血酸溶液之前，一定要加入适量的水将待测液中的酸进行充分的稀释，防止硫脲和抗坏血酸溶液与高浓度的酸发生剧烈反应而产生棕色的烟，从而造成砷元素的损失，使测定结果和回收率偏低，造成试验失败。

4 结论

本试验以《食品中总砷及无机砷的测定（GB/ T5009.11-2014）》第二法氢化物发生原子荧光光谱法为方法学基础和研究对象，并对该方法进行了改进、优化和验证。试验结果表明： 改进后的方法灵敏度大幅提高，检出限达到0.004mg/kg、精密度的RSD值为0.98%、回收率达到100.7%，相比原方法，优化后的方法灵敏度高、精密度好、回收率高，省时省力，操作简单，便于推广和使用。

[1] 康家琦.砷对健康危害的研究进展[J].卫生研究,2004,33(3):372.

[2] 白爱梅,李跃,范中学.砷对人体健康的危害 [J].微量元素与研究,2007,24(1):61.

[3] GB 5009.111-2014. 食品中总砷及无机砷的测定,2014.

[4] 蒋孝雄.原子荧光光度计测砷检出限测量结果的不确定度的分析[J].计量与测试技术,2010,12:56-57,61

[5] 孔维松,汤丹俞.原子荧光法测定烟卷主流烟气中的汞·砷·铅[J].安徽农业科学,2009,37(21):9837.

[6] 邓勃.应用原子吸收与原子荧光光谱分析[M].北京:化学工业出版社,2003:46

Method for Determination of Total Arsenic in Fresh Milk by Using Atomic Fluorescence Spectrometry

LUO Ya-xuan1, YANG Kun2, LI Hong1, ZHAO Cai-hui1
(1. Ministry of Agriculture Feed Quality Supervision and Inspection Center of Xi'an, Xi,an 710016; 2. Shaanxi Qin Yun Agricultural Products Inspection co. Ltd, Weinan 714099)

The determination of total arsenic and inorganic arsenic in food (GB5009.11-2014) is methodology foundation and research subject of this experiment. This experiment detects arsenic in fresh milk by using Atomic Fluorescence Spectrometry after digestive treatment in hermetical pressure digestion tank. This experiment discussed the method of arsenic in raw milk, and the method was improved and optimized, tested and validated. As a consequence, the improved method is more sensitive than the old. The detection limit is 0.004 mg/kg. Precision RSD value is 0.98%. Standard addition recovery rate is 100.7%. The improved and optimized method is simple in operation, and has higher precision and recovery rate. It’s more convenient for promoting and using.

Fresh milk; Determination; Total arsenic; Atomic fluorescence spectrometry

TS252.1

A

1004-4264（2017）02-0042-04

10.19305/j.cnki.11-3009/s.2017.02.011

2016-07-08