原子荧光光谱法测定大米中总砷含量

刘家良

（成都理工大学材料与化学化工学院，四川成都610059）

分析测试

原子荧光光谱法测定大米中总砷含量

刘家良

（成都理工大学材料与化学化工学院，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，食品中砷的毒性与其存在形式有关，包括有无机砷和有机砷两种，可导致癌症、神经衰弱等一系列疾病。采用微波消解样品，再联用高灵敏度的原子荧光光谱仪测定大米中总砷含量，方法准确，快速方便。

砷；测定；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，地壳中砷及砷的化合物含量约为0.0005%，砷是一种有剧毒且无臭无味的类金属元素，食品中的砷有无机砷和有机砷两种形式，一般认为三价砷的毒性大于五价砷，无机砷的毒性大于有机砷。砷化物是一种能使人体很多器官产生细胞损伤的原浆毒，对人体内蛋白质具有很强的亲和力。食物中的砷进入人体后与多种含巯基的酶结合，使之丧失活性，抑制细胞的正常代谢。流行病学研究表明：长期低剂量摄入砷化物，会导致慢性砷中毒，引起神经衰弱症，砷与皮肤癌、肺癌的发生有明确的因果关系，并与肝癌、膀胱癌等内脏癌的发生紧密相关，虽然现代医学中砒霜（不纯三氧化二砷）为良好的抗癌剂[1]，可用于急性早幼粒细胞白血病等多种恶性肿瘤及哮喘病的治疗[2]，然而临床的使用受到严格的限制。近来食品中砷超标事件，引起人们高度重视和广泛关注，所以关于砷的测定与研究势在必行。早在1972年，联合国粮农组织与世界卫生组织共同规定的世界性食品污染调查计划中，将砷列为首批的污染物之一，由此可见食品中砷测定具有特别重要的意义。

食品中测定总砷的方法有银盐法、砷斑法、原子荧光光度法[3]、ICP-质谱法[4]等，其中以原子荧光光度法更为经济快捷。样品预处理的方法有很多，但多是以湿法消解、干灰化法和微波消解为主要预处理方法，其中湿法消解用时较长，需用大量的酸，干扰也非常严重[5]；干灰化法虽然能降低污染，但灰化温度对测定有很大的影响，灰化温度过高或过低会造成样品检测结果中的砷不同程度的降低，使测定结果不准确[6]。采用微波消解对样品预处理可克服以上缺点，2005年版的中国药典已将微波消解法收入附录中，作为原子吸收法检测中药材中重金属含量的样品前处理方法之一[7]。采用微波消解原子荧光光谱法测定食品中总砷的含量，具有很好的灵敏度、准确度及精密度，适合食品样品的快速消解及总砷的定量分析[8]。

1 实验部分

1.1 主要试剂

盐酸、硝酸（分析纯）；硫脲与抗坏血酸固体；1000 μg/mL的砷标准储备液；硼氢化钾固体；5 g/L的氢氧化钠溶液。

硼氢化钾溶液：配制硼氢化钾溶液质量浓度分别为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抗坏血酸溶液；砷标准应用液：配制2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的标准系列溶液。

1.2 检验方法

1.2.1 空白实验

在微波消解管中，加入硝酸8 mL再加热，放置于消解转子上，置于微波消解仪中消解。冷却后取出，加水置于赶酸器中赶出剩余硝酸。待冷却后，用水将内容物转入25 mL比色管中，再加入50 g/L硫脲-25 g/L抗坏血酸溶液2.5 mL，最后再补加超纯水至刻度并摇匀，将样液慢慢导入原子荧光分光光度计之中，测量荧光强度，仪器自动扣除。

1.2.2 样品测定

称取成都市本地大米3个批次各10.0 g，用不锈钢磨粉碎，分别储于样品袋内备用。从3份制备好的大米试样中各称取0.5 g于微波消解管中，加入硝酸8 mL，摇匀后加热，放置在消解转子上，置于微波消解仪中消解完全[9]；冷却后取出，加水置于赶酸器中赶出剩余硝酸；待冷却后，用水将内容物转入25 mL比色管中，接着往里面加入50 g/L硫脲-25 g/L抗坏血酸溶液2.5 mL，最后再补加超纯水至刻度并摇匀，将样液慢慢导入原子荧光分光光度计之中，测量荧光强度，计算出样液中砷的含量，见表1。

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

2 结果讨论

2.1 实验仪器条件的探索

2.1.1 灯电流的选择

实验考察了在不同灯电流下对荧光强度及测量稳定性的影响。在一定范围内，随着灯电流增加砷的荧光强度也随之增大，当灯电流过大时，不但发生自吸现象，噪声增大，而且还会降低灯的使用寿命，通过实验比较，确定砷的灯电流为70 mA，能满足检测的需要。

2.1.2 负高压的选择

实验考察了在不同负高压下对荧光强度及测量稳定性的影响。随着负高压的增加，噪声和荧光强度会增加，所以负高压对荧光信号的强度也有一定影响，通过实验比较确定砷的负高压为270 V时，砷的荧光强度比较稳定[10]。

2.1.3 原子化器高度的选择

原子化器的高度和被测样品所产生的荧光强度有很大的影响，当原子化器高度过低时，光源照射到炉口会引起的反射光过强，从而导致荧光背景很高，测定的精密度不好；当原子化器过高时，仪器的灵敏度也会下降，影响仪器的检出限。实验结果表明，原子化器高度选择8 mm时，砷的荧光强度稳定。

2.1.4 载气流量与屏蔽气的选择

实验考察了载气流量在200~900 mL/min范围内对荧光强度的影响。载气流量较小时，产生的氩氢火焰出现波动，多次测定的结果不同；载气流量大时，砷的荧光信号随着砷的原子蒸气浓度降低而减弱，砷的载气流量在400 mL/min时，荧光强度最强。当屏蔽气流量太弱的时候，会出现氩氢火焰相对较粗较大，发出的信号很不稳定；当屏蔽气流量太强的时候，会出现氩氢火焰相对较细又长，发出的信号不稳定，灵敏度也将有所下降。当屏蔽气流量为800 mL/min，砷的荧光信号比较稳定[11]。

2.1.5 酸的种类和浓度的选择

硫酸与盐酸都可提供合适的酸度来促使氢化物的生成，后者具有还原的作用，使砷被还原到三价以便测定总量，因此选择使用盐酸溶液。在1%~10%的盐酸浓度进行试验选择，结果如图1可见砷在5%盐酸荧光强度最高，稳定性最好。

图1 盐酸浓度对荧光值的影响

2.1.6 硼氢化钾的浓度

硼氢化钾是氢化物反应的还原剂，当浓度比较小时，砷还原不彻底。由于硼氢化钾的不稳定性，所以需要配制在5 g/L氢氧化钠溶液之中，在保持其他条件不变的情况下，对硼氢化钾溶液浓度为5~30 g/L的溶液进行相应的筛选，如图2，当使用的硼氢化钾溶液的浓度小于5 g/L的时候，砷的荧光强度很低；当浓度高于5 g/L时，砷的荧光强度会随着硼氢化钾浓度的增加而呈现出增强的现象，测量的稳定性及其灵敏度也都将相应的有所提升。当浓度过大时，反应产生的氢气流量太大，砷的原子蒸气浓度被冲稀，使荧光强度降低，选择浓度为20 g/L的硼氢化钾溶液，砷的荧光强度比较强。

图2 硼氢化钾对荧光强度的影响

2.2 标准曲线绘制

分别吸取2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L、10 μg/L的标准系列溶液25 mL于25 mL比色管中，分别加入2.5 mL 50 g/L硫脲-25 g/L抗坏血酸及5 mL浓盐酸，放置30 min待仪器稳定后，以5%盐酸作载流，20 g/L硼氢化钾溶液作还原剂，将其浓度大小由低到高来测定其标准溶液的荧光强度的大小测得结果如图3所示。

2.3 原子荧光法样品分析报告

实验由测得的砷荧光强度于标准曲线读出浓度C（μg/L），再根据计算公式X=（C×V）÷（m× 1000）得到总砷X（mg/kg）含量。

图3 砷标准曲线

2.4 回收率与精密度的测定

取3份同样的样品加入砷的标准溶液，做回收实验的测定；对3份样品分别测定6次做精密度实验，回收率的范围为88.4%~107.3%，相对标准偏差＜4.5%。

表1 测定结果

表2 回收实验

表3 精密度实验（对3份样品进行6次测定结果/（μg/L)）

3 结论

GB 2762-2012食品安全国家标准食品中污染物限量规定大米中总砷含量不能超过0.2 mg/kg，本次测定采用微波消解原子荧光法测定大米中的砷，取样量少，样品消解完全、快速，化学试剂消耗少，样品成分不易挥发损失，无污染，该方法的灵敏度、精密度、准确度都较好，操作简单，结果测得所取大米样品中砷的含量0.08 mg/kg低于国家标准。

[1]韩继武.三氧化二砷对肝癌细胞株HLE的细胞毒和诱导凋亡作用[J].中国误诊学杂志，2003，（5）：645-647.

[2]马军，展昭民.三氧化二砷治疗复发难治性急性早幼粒细胞白血病临床疗效观察[J].癌症进展，2005（2）：98-102.

[3]GB/T 5009.11-2003，食品中总砷及无机砷的测定/食品卫生检验方法理化部分[S].

[4]迂君.ICP-AES法测定海产品中的无机砷[J].中国卫生检验杂志，2003，（5）：631.

[5]GB/T 5009.11-2003，食品卫生理化实验[S].

[6]刘子文.食品中无极砷的定量分析方法的优化[J].华南预防医学，2003，（1）：50-51.

[7]国家药典委员会编.中国药典[M].北京：中国医药科技出版社，2005.

[8]杨岚，王军磊.微波消解-原子荧光法测定食品中的总砷[J].河北化工，2008，（9）：61-63.

[9]廖学红，赵胜芳.微波样品处理技术应用进展[J].黄冈师范学院学报，2003，（3）：69-75.

[10]原子荧光分析方法手册[M].北京：北京吉天仪器有限公司，2013：57-59.

[11]叶海辉.氢化物发生-原子荧光光谱法同时测定食品中的砷锑铋硒[J].安徽农业科学，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

刘家良（1991-），男，四川南充人，在读硕士研究生。E-mail：574240261@qq.com。