霍燕燕，王 瑾，劉雪婷

（西安文理學(xué)院 化學(xué)工程學(xué)院，陜西 西安710065）

砷、汞及其化合物在自然界中廣泛存在，它們對(duì)環(huán)境和人體健康的危害也倍受關(guān)注。很長(zhǎng)時(shí)間以來，砷、汞都是必檢的有害元素。砷元素的毒性很低，砷化合物毒性卻很強(qiáng)，尤為三價(jià)砷化合物，其毒性比其他價(jià)態(tài)砷化合物更強(qiáng),可積蓄在人體內(nèi)，導(dǎo)致慢性中毒或急性中毒。汞及其化合物為劇毒物質(zhì)，也可積蓄在人體內(nèi)，進(jìn)入人體的無機(jī)汞離子可在人體內(nèi)轉(zhuǎn)變?yōu)橛袡C(jī)汞，引起中毒。這兩種元素對(duì)人體具有潛在威脅[1]。現(xiàn)在檢測(cè)食品中的有毒有害物質(zhì)的技術(shù)越來越先進(jìn)和精確。

目前，對(duì)食品中砷和汞的測(cè)定方法主要包括原子吸收法、光譜法、冷原子吸收法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[2,3]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、X射線熒光法、電化學(xué)法和極譜法等[4]。以上分析方法中會(huì)引入雜質(zhì)、測(cè)試手續(xù)繁瑣。因此，選擇適當(dāng)?shù)姆椒?zhǔn)確、快速的測(cè)定汞和砷的含量就尤為重要。

本文選擇原子熒光光譜法進(jìn)行測(cè)定。原子熒光光譜儀是由光源、原子化系統(tǒng)、光學(xué)系統(tǒng)、檢測(cè)系統(tǒng)和檢出裝置五部分組成[5]。其中原子化系統(tǒng)是整個(gè)裝置中的重中之重，其作用是提供能量、干燥、蒸發(fā)和原子化試樣。原子化系統(tǒng)基本可以消除消解液的基體效應(yīng),使結(jié)果的精密度、靈敏度變高,其檢出限也小[6]。既彌補(bǔ)了上述方法的不足,又可節(jié)約大量時(shí)間,提高了工作效率,從而降低成本。原子熒光法是最近幾年發(fā)展起來的新方法,此方法具有靈敏度高、基體干擾少、檢出限小、可同時(shí)分析多種元素等優(yōu)點(diǎn)[7]。樣品的消解有微波消解[8]，濕法消解，石墨消解，干法消解等。本文選擇微波消解，微波消解具有所用時(shí)間少，稱樣量少，損失少[9]等優(yōu)點(diǎn)。因此，實(shí)驗(yàn)以微波消解做前處理，原子熒光法測(cè)定樣品中的砷和汞。國(guó)標(biāo)中規(guī)定食糖中砷的限值為0.5mg·kg-1，而汞未作限定，只能粗略參考其他食品中汞的限值。對(duì)蜂蜜未做限定，也參考其他食品。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

載流：5% HCl溶液；硫脲（50g·L-1）還原劑:稱取5g硫脲，溶解于燒杯中，轉(zhuǎn)移至容量瓶中定容到100mL；

1%KBH4溶液 用天平稱取10g KBH4，5g NaOH（先溶解NaOH），定容到1000mL容量瓶中；

0.01%KBH4溶液 稱取0.1g KBH4，5g的NaOH（先溶解NaOH）溶液定容至1000mL；

汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 取10mL標(biāo)液于100mL容量瓶中，用10% HCl定容。

砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液 取1mL標(biāo)液于100mL容量瓶中，用10% HCl定容；

實(shí)驗(yàn)所用試劑均為分析純，所用水為超純水。樣品為蜂蜜（江西省高安市八景鎮(zhèn)工業(yè)園）、姜糖（久啦昆明食品有限公司）。

AFS-922系列原子熒光光度計(jì)（北京吉天儀器有限公司）；HAF-2砷空心陰極燈、汞空心陰極燈（北京吉天儀器有限公司）；TEPOX系列微波消解儀（上海屹堯儀器科技有限公司）；AS-90系列自動(dòng)進(jìn)樣器（北京吉天儀器有限公司）；G-100系列智能控溫加熱器（上海屹堯儀器科技有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

砷標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（10mg·L-1）、汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（100mg·L-1）用5% HCl逐級(jí)稀釋至汞標(biāo)準(zhǔn)使用液（1ng·mL-1）、砷標(biāo)準(zhǔn)使用液（10ng·mL-1）[10]。稱取適量樣品（0.5000g）于微波消解專用的消解罐中，加入5mL HNO3，2mL 30% H2O2（不同的樣品做不同預(yù)處理），放入微波消解儀中進(jìn)行消解。待消解完畢后，若消解液呈淡黃色，則趕酸30min或趕酸至無色，取出冷卻后轉(zhuǎn)移到25mL比色管中加入硫脲（0.05g·mL-1）溶液，用5% HCl定容，放置反應(yīng)30min。同時(shí)做一個(gè)樣品空白。

1.3 樣品預(yù)處理

稱取0.5000g樣品于消解管中，加入5mL HNO3，2mL 30%的H2O2。微波消解程序經(jīng)多次優(yōu)化見表1，消解完畢后取出，趕酸30min。冷卻至室溫后轉(zhuǎn)移到25mL比色管中，加入5%的硫脲1mL，用5%的HCl定容，放置30min。

表1 微波消解程序Tab.1 Microwave digestion procedure

1.4 儀器工作條件

光電倍增管負(fù)高壓300V，載氣流量400mL·min-1，延遲時(shí)間1.5s，讀數(shù)時(shí)間7s。砷燈電流30mA，屏蔽氣流量1000mL·min-1,原子化器高8mm。汞燈電流60mA，屏蔽氣流量900mL·min-1，原子化器高7mm。

2 結(jié)果與結(jié)論

2.1 儀器參數(shù)的選擇

2.1.1 光電倍增管負(fù)高壓 在一定范圍內(nèi)（280～320 V）負(fù)高壓增大的同時(shí)儀器靈敏度也增大，噪聲也隨之增大且減少燈的使用壽命[11]，但太低的負(fù)高壓導(dǎo)致靈敏度下降。因此，在不影響結(jié)果重現(xiàn)性且可以滿足靈敏度的范圍的前提下，不能將負(fù)高壓設(shè)置太大，選擇300V的負(fù)高壓即可滿足實(shí)驗(yàn)所需條件。

2.1.2 燈電流 燈電流增大，靈敏度也隨之增大，但燈電流過大，自吸效應(yīng)嚴(yán)重，影響檢出限和穩(wěn)定性，空心陰極燈的壽命同時(shí)也被縮短，還可能會(huì)影響工作曲線的線性相關(guān)系數(shù)。因此，在滿足分析的條件下，選擇砷燈電流60mA，汞燈電流30mA。

2.1.3 原子化器高度 本實(shí)驗(yàn)分別選擇原子化器高度為6、7、8、9、10、11、12mm進(jìn)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，原子化器的高度影響試樣的原子化效率，原子化器高度過高時(shí)，靈敏度下降；原子化器高度過低時(shí)，產(chǎn)生干擾。綜上所述，當(dāng)原子化器高為8mm時(shí)，砷的靈敏度最高，原子化器高度為7mm時(shí)，汞燈的靈敏度最高。

2.1.4 載氣流量和屏蔽氣流量 試驗(yàn)結(jié)果表明當(dāng)載氣流速為400mL·min-1時(shí)，熒光強(qiáng)度值最大，線性相關(guān)系數(shù)也較好[12]。屏蔽氣作用是屏蔽火焰周圍的空氣，保證較好的火焰形狀及較高的熒光效率。防止了石英管在加熱的過程中產(chǎn)生背景吸收。確定載氣流量一定，試驗(yàn)了屏蔽氣流量為800、850、900、950和1000mL·min-1。結(jié)果表明，隨著屏蔽氣流量的不斷增大，汞和砷的熒光強(qiáng)度不斷增大。實(shí)驗(yàn)選擇載氣流量為400mL·min-1，屏蔽氣流量為：汞：900mL·min-1；砷：1000mL·min-1。

2.2 消解過程優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)姜糖選擇HNO3-H2O2（5∶2）消解體系，蜂蜜選擇HNO3-H2O2（5∶1）消解體系。高糖類食品屬于難消解樣品，試驗(yàn)中對(duì)HNO3-H2O2的配比，樣品的預(yù)消解溫度和時(shí)間及微波消解的程序進(jìn)行優(yōu)化。經(jīng)多次試驗(yàn)，確定的消解過程如表1，準(zhǔn)確稱取0.5g樣品，加入5mL HNO3，再加入2mL H2O2，裝上外殼并蓋好安全閥，置于微波消解儀內(nèi)，按表1進(jìn)行梯度升溫微波消解，得到消解液后趕酸30min。

2.3 載流濃度的選擇

實(shí)驗(yàn)對(duì)HNO3和HCl兩種不同介質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，用HCl作載流，熒光強(qiáng)度的穩(wěn)定性好且大，因此，選擇HCl作為載流。再對(duì)HCl濃度分別為2%、5%、10%和15%進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2%和15%熒光強(qiáng)度明顯減少，但5%和10%的熒光強(qiáng)度相差不大。實(shí)驗(yàn)選擇5% HCl溶液作載流。

2.4 KBH4濃度的選擇

配置KBH4溶液時(shí)要先溶解NaOH，然后將KBH4加入NaOH溶液中，加入NaOH可防止KBH4分解，以確保溶液穩(wěn)定性。試驗(yàn)結(jié)果顯示當(dāng)NaOH濃度為5g·L-1時(shí)穩(wěn)定性較好。KBH4濃度太低時(shí)，產(chǎn)生的H2不足，使反應(yīng)不完全，靈敏度穩(wěn)定性都下降；KBH4濃度太高則產(chǎn)生的H2太多，導(dǎo)致氫化物被稀釋，減少停留時(shí)間的同時(shí)靈敏度也降低[13]。試驗(yàn)結(jié)果表明砷的熒光強(qiáng)度最好需要的KBH4濃度為10g·L-1；KBH4濃度為0.1g·L-1時(shí)，汞的熒光強(qiáng)度好。

2.5 硫脲溶液濃度的選擇

由于樣品消解后砷以五價(jià)砷存在，用KBH4溶液不能還原完全，造成結(jié)果偏低，并且與KBH4溶液反應(yīng)生成氫化物較為緩慢，還原率較小，向消解液中加入硫脲溶液將砷（V）預(yù)還原為砷（III）。實(shí)驗(yàn)分別對(duì)硫脲1%、2%、5%、10%進(jìn)行試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，硫脲濃度越大，熒光值越大，但10%的硫脲對(duì)溶液及待測(cè)元素稀釋太多，使熒光值明顯降低。綜合考慮，選5%硫脲最為合適。

2.6 標(biāo)準(zhǔn)曲線及檢出限

將配置好的砷標(biāo)液和汞標(biāo)液放入自動(dòng)進(jìn)樣器中，儀器自動(dòng)稀釋砷（1.0、2.0、4.0、6.0、10.0μg·L-1）汞（0.10、0.30、0.50、0.70、1.00μg·L-1）。分別檢測(cè)其熒光強(qiáng)度，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制：縱坐標(biāo)為熒光強(qiáng)度（If），橫坐標(biāo)為濃度（C）。實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸線方程為：砷：If=245.0304×C-11.9382，相關(guān)系數(shù)為0.9999，線性范圍：1～10μg·L-1。汞：If=2895.4436C-4.7218，相關(guān)系數(shù)為0.9999，線性范圍：0.1～1μg·L-1。檢出限為汞：0.0052μg·L-1，砷：0.023μg·L-1。

2.7 共存離子干擾

硫脲本身是還原劑，也是掩蔽劑，對(duì)有可能存在的干擾離子Co2+、Cu2+、Ni2+有掩蔽效果[14]。本實(shí)驗(yàn)中以10%的熒光強(qiáng)度為依據(jù)判斷干擾存在。首先考慮了待測(cè)元素之間的干擾，試驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)100倍的待測(cè)元素彼此不產(chǎn)生干擾。其次考慮樣品中可能含有的其他元素，在標(biāo)準(zhǔn)溶液（砷10μg·L-1、汞1μg·L-1）中分別加入100倍的各種干擾離子如Fe2+、Mn2+、Cd2+、Ni2+、Mg2+等，測(cè)量其熒光值，其結(jié)果表明100倍的干擾離子時(shí)對(duì)其測(cè)定砷汞無影響。

2.8 樣品的測(cè)定

稱取樣品，按照優(yōu)化條件進(jìn)行前處理及測(cè)定，測(cè)定6次求RSD均值，結(jié)果如表2。

表2 樣品中砷汞含量的測(cè)定Tab.2 Determination of arsenic and mercury in samples

2.9 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

稱取適量的姜糖，分別在樣品中加入砷標(biāo)準(zhǔn)0.05、0.1、0.2mg·kg-1和汞標(biāo)準(zhǔn)0.005、0.01、0.02mg·kg-1，按照上述程序進(jìn)行消解和檢測(cè)?；厥章噬椋?4.63%～99.68%；汞：92.67%～99.12%。試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 加標(biāo)回收Tab.3 Spike recovery

3 結(jié)論

本文采用微波消解做前處理測(cè)定高糖食品中的砷和汞，此方法有消解時(shí)間短，操作方便等優(yōu)點(diǎn)。利用原子熒光光譜法測(cè)定砷和汞，原子熒光具有穩(wěn)定性高，準(zhǔn)確性好，靈敏度高，線性范圍寬，速度快等優(yōu)點(diǎn)。儀器的砷汞檢出限低，分別為汞：0.0052μg·L-1，砷：0.023μg·L-1。使用原子熒光法試樣只需消解一次，便可同時(shí)測(cè)定砷和汞，測(cè)出樣品所含砷。與國(guó)標(biāo)法相比[15,16]，樣品前處理的次數(shù)減少一半，優(yōu)化了流程，提高了工作效率，在大批次測(cè)量食品中微量元素有較大的應(yīng)用前景。