分析不同的消解方法对原子荧光光谱法测定小麦粉中砷含量的影响*

李文绮，陈 璐，李自芹，贾文婷

（1.石河子质量与计量检测所，新疆 石河子 832000；2.北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司；3.新疆农垦科学院农产品加工研究所）

小麦是我国的主要粮食作物。当前土壤重金属污染严重，不仅影响小麦的产量，而且有毒重金属元素在农作物中富集，通过食物链进入人体，危及人类健康，且不易被人察觉，具有潜在的危害[1-5]。

研究人员将有毒性的重金属分为强毒性元素和中等毒性元素两类，其中As是强毒性的元素[1，6]。不同形态的砷，毒性不同，对人体有毒性的主要是砷的化合物[7-8]。As3+毒性大于As5+，As2O3是毒性最强的化合物，有研究表明，口服As2O3（5～50）mg剂量可中毒，（60～100）mg剂量可致死[1，7，9]。同时，砷是国际肿瘤机构和世界卫生组织确认的人类致癌物之一，最常见的是皮肤癌，其次是肺癌、肾癌等多种癌症[2，7-8]。

张楠在重金属健康风险监控研究中发现，大米、酱油、醋、蜂蜜、苹果、鲍鱼6类食品中，同等剂量水平下，致癌物质砷所引起的健康风险远远大于其他金属元素，小麦粉中砷的风险排在第二，仅次于锌[2]。GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量（含第1号修改单）》规定：谷物碾磨加工品中总砷的限量为0.5 mg/kg[10]。综上所述，对小麦粉中的砷含量进行监测具有重要的现实意义，有效的监测手段就是依托于相关的检验技术。

氢化物发生原子荧光光谱法是国标规定的总砷的测定方法之一，其因操作简便，灵敏度高，被广泛应用。采用该法之前，通常需要对试样进行前处理。GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》中氢化物发生原子荧光光谱法规定的小麦粉的消解方法有湿法和干法两种[11]。干法消解，样品消解量大，耗时较长，测试样品局限性大；湿法消解在实际应用中，存在消耗试剂量大、样品易被污染等问题。本文探索研究将微波消解结合原子荧光应用到小麦粉砷含量的检测中，比较微波和湿法两种消解方法的优缺点，为各实验室建立适合的样品消解方法提供参考和指导。

1 材料与方法

1.1 实验材料

小麦粉盲样（新疆农垦科学院提供），标准值为（0.05±0.005）mg/kg。

1.2 仪器设备

AF-2200全自动固液相色谱-原子荧光联用仪（北京北分瑞利分析仪器（集团）有限责任公司）、Touchwin4.0微波消解仪（成都奥普乐仪器有限公司）、DB-2B不锈钢电热板（常州中光仪器有限公司）、ME204电子天平（分辩力0.1 mg，梅特勒-托利多仪器上海有限公司）、JE3002电子天平（分辩力0.01 g，上海浦春计量仪器有限公司）。

1.3 试剂

砷标准溶液：1 000 μg/mL（GBW086II中国计量科学研究院）、盐酸（优级纯，成都市科隆化学品有限公司）、硝酸（优级纯，Fisher Chemical）、氢氧化钾（分析纯天津市北方化玻购销中心）、硼氢化钾（优级纯,天津市风船化学试剂科技有限公司）、硫脲（分析纯,天津市北联精细化学品开发有限公司）、30%过氧化氢（分析纯,上海凌峰化学试剂有限公司）。

1.4 样品处理

湿法消解：称取样品约0.1 g 3份、0.2 g 3份（精确至0.000 1 g）于100 mL高脚烧杯中，并依次加入10 mL硝酸、2 mL高氯酸、1 mL硫酸。加盖放置过夜后于电热板上加热消解，直至消解液澄清透明或有淡淡的黄色，余1 mL左右消解液时，从电热板上取下放置冷却，同时润洗盖玻片，一并转入烧杯中，再加10 mL去离子水继续加热蒸发，将残留的酸赶净，整个过程在通风处中操作。最后冷却，用去离子水少量多次润洗烧杯，将内容物转入50 mL容量瓶中，加入盐酸5 mL、10%硫脲5mL，用水定容至刻度，充分混匀，至少放置30 min后待测。同上法设置2份试剂空白。

微波消解：称取样品约0.1 g2份、0.2 g2份（精确至0.000 1 g）于微波消解罐内。考虑面粉试样中含有有机质，先在通风橱中进行预处理：加入5 mL硝酸，将消解罐（取下盖子）放入微波消解仪配套的赶酸器中，温度设置（130～140）℃，加热30 min，待黄烟冒尽后，从消解罐中取出冷却至室温，再加4 mL硝酸和2 mL双氧水，混匀后静置10 min，放入微波消解仪开始消解。消解程序见表1。

表1 微波消解仪消解小麦粉程序

待消解结束，取出消解罐，在电热板上于160 ℃赶酸至1 mL左右。取下消解罐恢复至室温后，将内容物转移至50 mL容量瓶中，再用去离子水少量多次清洗消化罐内壁和管盖，将清洗液一并转入容量瓶中，加入盐酸5 mL、10%硫脲5 mL，用水定容至刻度，充分混匀，至少放置30 min待测。同上法设置2份试剂空白。

1.5 测定条件

光电倍增管负高压：280 V；原子化器温度：200 ℃；原子化器高度：8 mm；灯电流：70 mA；载气流量：400 mL/min；屏蔽气流量：800 mL/min。读数时间：7 s；测量方式：标准曲线法；延迟时间：0.5 s；读数方式：峰面积；注入量：1 mL；分析液单位：μg/L。载流：盐酸溶液（5+95）；还原剂[（硼氢化钾10 g/L+氢氧化钾5 g/L），先溶解氢氧化钾，再溶解硼氢化钾]。

所的器皿及微波消解罐均在（1+5）硝酸溶液中浸泡过夜，再用自来水反复冲洗，最后用去离子冲洗干净，晾干待用。

2 结果与分析

2.1 标准曲线的制作及测定结果

将1 000 μg/mL的砷标准溶液稀释为10 μg/L的砷标准使用溶液，采用仪器自动稀释装置，将其依次设置成0 μg/L、1.0 μg/L、2.0 μg/L、4.0 μg/L、8.0 μg/L、10.0 μg/L标准系列进行检测，得到的标准曲线方程为I=110.964 9×C-9.147 4，曲线的拟合度为0.999 9。

2.2 两种前处理方法消解试样和空白的结果

采用微波消解和湿法消解分别对小麦粉盲样进行处理后，湿法消解的6个样品，0.1 g和0.2 g样品中各有1份样品消解液颜色偏深，舍弃，保留余下的4份样品。微波消解的4个样品均澄清透明。两种方法消解的样品结果见表2。

表2 两种前处理方法消解试样和空白的结果

2.3 两种前处理方法测得空白荧光值

分别测湿法消解和微波消解的空白样品11次，发现湿法消解的空白荧光值较微波消解的高。两种前处理法测得的空白荧光值见表3。

表3 两种前处理方法测定的空白荧光值

2.4 两种前处理方法测得砷的检出限

连续测定不同前处理方法的空白荧光值11次，求得空白值的标准偏差，代入公式QL ＝3S0/K（其中：S0为标准偏差，K为工作曲线的斜率）计算得到湿法消解砷的最低检出限为0.077 6 μg/L（约为0.08 μg/L）；微波消解砷的最低检出限为0.011 5 μg/L（约为0.01 μg/L）。两种消解方法相比，微波消解具有更低的检出限，对于痕量分析仪器来说，检出限越低，灵敏度越高，更利于获得准确可靠的实验结果。

2.5 两种前处理方法测得消解样中砷的浓度

分别测定两种消解方式得到的小麦粉试样。湿法消解4个试样，其中0.1 g的2个平行样6次测的砷的平均浓度分别为0.282 7 μg/L和0.285 3 μg/L，均值为0.284 0 μg/L。0.2 g的2个平行样6次测的砷的平均浓度分别为0.427 2 μg/L和0.345 8 μg/L，均值为0.386 5 μg/L。

微波消解4个试样，其中0.1 g的2个平行样6次测的砷的平均浓度分别为0.170 8 μg/L和0.170 3μg/L，均值为0.170 6 μg/L。0.2 g的2个平行样6次测的砷的平均浓度分别为0.191 8 μg/L和0.188 7 μg/L，均值为0.190 2 μg/L。

2.6 两种前处理方法测得小麦粉盲样中砷的含量

由原子荧光光谱仪测得的试样中砷的浓度，带入公式（1）计算砷的含量。

式中：X为小麦粉中砷的含量（mg/kg）；C为消解液中测得砷的浓度（μg/L）；V为消解液定容体积（mL），本实验定容体积为50 mL；m为小麦粉的质量（g）；1 000为单位换算系数。

结果显示：湿法消解4个试样，其中0.1 g的2个平行样6次测定砷的平均含量分别为0.119 3 mg/kg和0.118 9 mg/kg，标准偏差为0.014 3 mg/kg和0.011 7 mg/kg，相对标准偏差为11.99%和9.84%。2个平行样的均值为0.119 mg/kg。0.2 g的2平行样6次测定砷的平均含量分别0.096 4 mg/kg和0.081 2 mg/kg，标准偏差为0.009 4 mg/kg和0.008 6 mg/kg，相对标准偏差为9.75%和10.49%。2个平行样的均值为0.089 mg/kg。微波消解4个试样，其中0.1 g的2个平行样6 次测定砷的平均含量分别为0.055 1 mg/kg 和0.055 7 mg/kg，标准偏差均为0.002 6 mg/kg，相对标准偏差为4.72%和4.67%。2 个平行样的均值为0.055 mg/kg。0.2 g的2个平行样6次测定砷的平均含量分别为0.043 8 mg/kg和0.046 2 mg/kg，标准偏差为0.001 9 mg/kg 和0.001 5 mg/kg，相对标准偏差为4.34%和3.25%。2个平行样的均值为0.045 mg/kg。

微波消解的4个试样相对标准偏差（RSD）%均小于湿法消解的4个试样，微波消解的试样RSD在5%以下，而湿法消解的试样RSD均在10%左右，表明微波消解的试样测定结果重复性更好。

2.7 两种前处理方法的比较

湿法消解是传统的样品处理方法，因所需仪器与耗材简单，又是GB 5009.11-2014指定的用于原子荧光检测试样消解的方法，被实验室广泛采用。而微波消解法则是近些年来兴起的一种样品消解方法，所用的仪器设备昂贵，具有一定的局限性。现将两种方法综合比较，结果见表4，以便实验室根据情况选择相应的样品前处理方法。

表4 两种前处理方法比较

3 结论与讨论

3.1 两种前处理方法实验结果的比较分析

砷盲样的标准值为（0.05±0.005）mg/kg。湿法消解测定的结果分别为0.089 mg/kg和0.119 mg/kg，均值为0.104 mg/kg。偏离目标值；湿法消解测定的结果分别为0.045 mg/kg和0.055 mg/kg，均值为0.05，在目标值的范围内。湿法消解的结果远远大于标准值，微波消解的结果在标准值规定的误差范围内。湿法消解偏离目标值可能存在的原因有以下几个方面：（1）消解用的烧杯、盖玻片可能没有处理干净，造成污染；（2）加入的混合酸没有充分将酸赶净，影响了检测结果，同时也不排除混酸中含有砷元素；（3）开放式的消解环境，易造成污染。在日常检验中发现，湿法消解的样品检测结果常常忽高忽低、稳定性差。正是由于湿法消解存在的影响因素太多，当实验结果出现偏离时，很难查找出问题出现在哪个环节，检验员找不到具体的问题所在，难以分析原因，采取相应的纠正措施，这是该法最大的弊端之处。

3.2 两种前处理方法综合计较分析

湿法消解因是国标指定的方法，在原子荧光检测重金属样品前处理中经常使用，但是该消解方法在运用过程中存在很多问题，例如：操作复杂繁琐、耗时较长、试剂消耗量大、空白背景高、不易消解完全、试样间易交叉污染、敞开式消解产生的大量酸雾不但污染环境，且操作人员长期吸入会危害健康[3，9，12-14]。由于上述原因，湿法消解的试样对后续原子荧光检测的结果有较大的影响。

微波消解是在一个密闭的环境中，通过高温高压加速试样与酸的反应。具有密闭、高效、空白背景低、环境污染少、操作快速安全、样品独立密封不易污染、待测元素不易损失[尤其适合一些易挥发的元素（如砷、汞）]等优点[3，5，9，12-14]。杨小俊指出前处理的数量有限是微波消解的局限之处[15]。目前，有许多改良的微波消解仪，可同时消解处理几十份样品，完全能够满足日常大批量检验的需求。某种程度上，湿法消解一旦消解试样过多，因很难一次消解彻底，通常中途需要补加酸，还要随时观察防止试样炭化，实验人员完全操作不过来，相较于微波消解，湿法消解更不适于批量检验。与此同时，微波消解所需试样量小、试剂消耗少、自动化程度高，不需要像微波消解一样时刻监控消化进程，大大解放了劳动力。唯一不足就是相较于湿法消解，微波消解的仪器设备昂贵，成本较高。

本实验使用的APL特氟龙（TFM）微波消解馆罐，由抗酸（盐酸、硝酸、王水、氟氢酸等）、抗碱的全聚四氟乙烯制作，化学稳定性好，能抗300 ℃以下的温度。材料纯净，不会给痕量元素的测定带来污染。TFM微波消解罐可用于各类试样的消解，特别适用于原子光谱，如原子荧光仪检测重金属。

综上所述，微波消解具有高效快捷、消解液澄清透明、环境友好、省时省力、安全可靠等优点，其处理试样测得结果的重复性、准确度、精密度均优于湿法消解。各实验室可根据各自的情况选择相应的样品前处理方法，在有能力的范围内，优先选择微波消解。没有配备微波消解仪的实验室，建议尝试配置。