劉淑萍 李榮齋 張雨佳 甘肅省計(jì)量研究院，甘肅蘭州 730000

引言：

砷屬于《GB2762-2017食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)》食品污染物限量元素之一，其中規(guī)定谷物中總砷含量不能超過0.5 mg/kg[1]；國際食品法典委員會(huì)（CAC）在2010年第72次會(huì)議頒布了《食品和飼料中污染物和毒素通用標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定糙米總砷限量為0.35 mg/kg[2]。砷污染屬于全球問題，中國屬于砷污染較嚴(yán)重的國家之一，主要分布于山西、內(nèi)蒙古、新疆、陜西、四川、安徽、湖南、貴州、吉林、黑龍江、河南和山東等地區(qū)，其中一些地區(qū)存在嚴(yán)重砷中毒事件。

地方性砷中毒主要是因環(huán)境污染，當(dāng)?shù)鼐用耖L期通過飲水和食物攝入過量的砷而引起的[3]。研究發(fā)現(xiàn)，砷可以通過呼吸道、消化道和皮膚進(jìn)入人體，在人體內(nèi)富集可引起皮膚損害以及全身各系統(tǒng)、各器官的毒副反應(yīng)，甚至發(fā)生癌變［4-10］，直接威脅人民的身體健康和生命安全。在砷污染區(qū)發(fā)現(xiàn)，砷過量不僅影響農(nóng)作物的品質(zhì)和產(chǎn)量[11,12]，而且很容易富集在植株體內(nèi)進(jìn)入食物鏈[13-15]。在貴州黔西南洲興仁縣交樂村污染區(qū)三個(gè)區(qū)域進(jìn)行小麥采樣，用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法對(duì)其中砷進(jìn)行了檢測(cè)，其中兩個(gè)區(qū)域的砷含量分別為 0.85 mg/kg 和 0.58 mg/kg[16]，超過了GB2762-2017中規(guī)定的砷限量。研究數(shù)據(jù)出示，人體通過食物攝入的砷含量占人體砷總量的20%[17]。這些研究資料和數(shù)據(jù)警示我們對(duì)人類生存環(huán)境和食品中砷含量及時(shí)準(zhǔn)確的檢測(cè)，對(duì)保護(hù)人民身體健康具有非常重要的意義。

本文針對(duì)目前國內(nèi)As元素污染的現(xiàn)狀，結(jié)合甘肅省白銀地區(qū)土壤遭受重金屬嚴(yán)重污染情況，從白銀污染區(qū)選取小麥樣品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。本實(shí)驗(yàn)采用微波消解-原子熒光光譜法（AFS）測(cè)定小麥樣品中的As，優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)條件。通過 GBW(E) 100493小麥粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值一致。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要儀器和試劑

原子熒光光譜儀：型號(hào)PF7，北京譜析儀器公司；電子天平：型號(hào)AT201，瑞士Mettler-Toledo公司；超純水機(jī)：型號(hào)Milli-Q Integral 5，美國Millipore公司；微波消解儀：型號(hào)Multiwave PRO，奧地利Anton Paar公司；鼓風(fēng)干燥箱：型號(hào)DHG-9920A，上海一恒公司；碾磨儀：型號(hào)ZM200，德國Retsch公司；篩分儀：型號(hào)AS200，德國Retsch公司。試劑：砷單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物：GBW0861，標(biāo)準(zhǔn)值1000ug/mL，中國計(jì)量科學(xué)研究；小麥粉成分分析標(biāo)準(zhǔn) 物 質(zhì)：GBW(E) 100493， 標(biāo) 準(zhǔn) 值 0.04mg/kg±0.01mg/kg，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司；優(yōu)級(jí)純硝酸；優(yōu)級(jí)純鹽酸；分析純硼氫化鉀，抗壞血酸和硫脲；超純水（18.2MΩ.cm）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2 .1 樣品采集與制備

小麥粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)原料采自白銀重金屬污染區(qū)東大溝沿岸，將選購的小麥經(jīng)過脫殼、除雜、清洗后，于80℃的溫度條件下烘干24小時(shí)。分批置于碾磨機(jī)中粉碎，用篩分儀通過100目篩網(wǎng)篩分，篩分后的樣品裝在PE封口袋中密封干燥保存，等所有的粉碎篩分步驟完成后，將全部樣品置于滾筒式均分儀，進(jìn)行360度方位搖勻至24h，使其最大可能達(dá)到均勻。均分好的樣品在干凈工作臺(tái)上進(jìn)行雙層包裝，首先將樣品裝入專用聚乙烯材質(zhì)的食品級(jí)真空袋，用真空封口機(jī)抽真空熔封；外包裝采用復(fù)合膜鋁箔袋二次抽真空密封，以防樣品穩(wěn)定性受外界環(huán)境的影響。最后經(jīng)60Co輻照滅菌后于避光干燥處儲(chǔ)存。

1.2 .2 樣品前處理

消解樣品時(shí)，先在消解罐中加入分析純濃硝酸6mL,設(shè)定清洗消解條件，于微波消解儀中微波消解清洗，冷卻后再分別用自來水和純凈水各沖洗1遍，再加分析純濃硝酸重復(fù)上述微波清洗操作兩次，以防消解系統(tǒng)引入干擾。清洗好后，用重量法在消解罐中依次稱取約0.5g（準(zhǔn)確到0.0001g）的小麥粉樣品7份，GBW(E)100493標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2份，空白2份，分別加入6 mL的濃硝酸，置于微波消解儀中消解（消解條件見表1）。

消解好的樣品轉(zhuǎn)移至50mL帶蓋聚乙烯管中，先用超純水多次清洗消解管壁，再轉(zhuǎn)移至聚乙烯管中，盡量使消解罐中的樣品完全轉(zhuǎn)移，以防損失；其后加入5mL的5%的抗壞血酸和5%的硫脲的混合溶液，再加超純水至50mL左右，準(zhǔn)確稱量；用聚乙烯管和溶液總重量減去空聚乙烯管質(zhì)量，獲溶液質(zhì)量，再用溶液質(zhì)量除以小麥粉樣品質(zhì)量得樣品稀釋倍數(shù)，記錄稱量數(shù)據(jù)，待反應(yīng)約1小時(shí)后待測(cè)。

表1 微波消解方法Table 1 Microwave digestion method

1.2 .3 校準(zhǔn)曲線的配制

采用重量法稱取一定量（精確到0.0001 g）As單元素溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)到帶蓋50mL聚乙烯管中,加2%HNO3稀釋成濃度為50.0000 ug/kg的標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。再準(zhǔn)確稱量一系列儲(chǔ)備液，依次加入5 mL的抗壞血酸和硫脲的混合溶液，再加2%硝酸至50 mL,準(zhǔn)確稱量配制成濃度為 0.2424 ug/kg、0.4864 ug/kg、0.9723 ug/kg、2.429 ug/kg 和 4.8677 ug/kg的標(biāo)準(zhǔn)系列。由工作校準(zhǔn)曲線（見圖1）可見，As元素在(0.2000～5.0000) ug/kg質(zhì)量濃度范圍呈線性關(guān)系，線性方程為 y=586.02x-11.75（y表示熒光信號(hào)強(qiáng)度，x表示標(biāo)準(zhǔn)系列溶液濃度；），相關(guān)系數(shù)為 0.9999。

圖1 As的標(biāo)準(zhǔn)曲線Figure 1 Standard curve of arsenic

1.2 .4 儀器工作條件

原子熒光光譜儀優(yōu)化參數(shù)：光電倍增管電壓280 V；主燈電流為40 mA；輔燈電流40 mA；載氣流量300 mL/min；屏蔽器流量600 mL/min；讀數(shù)時(shí)間20s；讀數(shù)方式采用峰面積。圖2 小麥粉樣品在不同溫度下的失水率對(duì)比。

2 結(jié)果和討論

2.1 微波消解條件優(yōu)化

首先保證微波消解系統(tǒng)足夠清潔，以免污染樣品，致使測(cè)定過程帶來干擾。用微波消解儀一次性消解樣品，壓力太小、溫度太低，樣品消解不完全；壓力太大，溫度太高，樣品中易揮發(fā)元素會(huì)因酸氣泄漏造成元素?fù)p失。對(duì)難消解樣品也可根據(jù)其化學(xué)性質(zhì)加入氧化性更強(qiáng)的酸或氧化試劑。通過條件優(yōu)化在小麥粉中加入6mL濃硝酸在高溫高壓的微波條件下（見表1）就能消解成無色澄清透明的溶液，滿足檢測(cè)要求，因此不考慮加入其他強(qiáng)氧化性酸。

2.2 儀器參數(shù)的優(yōu)化

實(shí)驗(yàn)顯示儀器的燈電流越大，激發(fā)的熒光強(qiáng)度越大，儀器靈敏度越高，噪聲也會(huì)隨之增加，而且燈電流過大，會(huì)導(dǎo)致燈的壽命變短[18]，故在滿足測(cè)定條件的原則下，盡量選擇低電流。在本實(shí)驗(yàn)中，燈電流選取40mA。而光電倍增管的負(fù)高壓越大，儀器靈敏度相應(yīng)增大，噪聲也隨著增強(qiáng)，綜合考慮信噪比和靈敏度適合實(shí)驗(yàn)測(cè)定的情況下，本實(shí)驗(yàn)選擇了280V的負(fù)高壓。

載氣流量過小不能及時(shí)攜帶砷的氫化物進(jìn)入石英爐，致使熒光信號(hào)變?nèi)?，而載氣流量太大，氣化的原子在光路中滯留周期短，同樣減弱砷的熒光信號(hào)[19]。屏蔽氣體主要給原子化氣一個(gè)穩(wěn)定的外圍環(huán)境，以免氫化物氧化，也能穩(wěn)定火焰和提高熒光發(fā)射強(qiáng)度的作用[19]。此次測(cè)定載氣和屏蔽氣流量分別設(shè)定為300 mL/min和600 mL/min，既保證儀器性能穩(wěn)定，也能獲得較高的靈敏度。

2.3 還原劑的選擇

所用硼氫化鉀和氫氧化鉀的量太大會(huì)生產(chǎn)過量氫氣稀釋砷氫化物[16，18]，降低靈敏度，過少使反應(yīng)不徹底，同樣將減弱熒光信號(hào)，影響測(cè)量結(jié)果，結(jié)合這些因素選用10 g/L硼氫化鉀溶液和5g/L的氫氧化鉀溶液作為該實(shí)驗(yàn)的還原劑。

2.4 共存元素干擾

由于小麥粉基體比較復(fù)雜，共存元素多。通過干擾實(shí)驗(yàn)[18-23]發(fā)現(xiàn)絕大部分元素Zn、Cd、Cr、Mo、Mn、Ca、Mg、Al、Sr 等離子只有共存量非常大時(shí)才對(duì)砷的測(cè)定造成干擾；Cu、Co、Fe和Ni等元素共存量比較大時(shí)會(huì)干擾As元素的檢測(cè)，加入5%的硫脲和5%的抗壞血酸可形成絡(luò)合物,起到配位劑和掩蔽劑的作用，從而消除這些元素的干擾。通過電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)得上述元素含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于上述文獻(xiàn)中共存離子的量。本實(shí)驗(yàn)選用5ug/L的硫脲和5ug/L的抗壞血酸作為掩蔽劑以防共存元素干擾。

2.5 小麥粉樣品失水率計(jì)算

小麥粉樣品在整個(gè)制作過程中，通過很多環(huán)節(jié)，在最終的樣品中會(huì)引入一定的水分含量，尤其是開袋之后泄真空的樣品，容易吸收空氣中的水分。為了測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，要么消解樣品前對(duì)樣品進(jìn)行干燥脫水，要么計(jì)算樣品失水率進(jìn)行水分校正。本實(shí)驗(yàn)在60℃、80℃和100℃三個(gè)溫度條件下進(jìn)行水分測(cè)試，1h稱量記錄結(jié)果1次，總共測(cè)量9h,測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2所示，60℃ 時(shí)，樣品烘干5h后失水率趨于穩(wěn)定；80℃時(shí)，烘干2 h后樣品失水率基本趨于穩(wěn)定；而100℃時(shí)，烘干1h樣品失水率已趨于穩(wěn)定。綜合上述三個(gè)溫度條件，本實(shí)驗(yàn)建議溫度80 C ，烘干時(shí)間2 h進(jìn)行樣品測(cè)定前的失水處理，既保證效率，也防止樣品中易揮發(fā)元素?fù)p失。

圖2 小麥粉樣品在不同溫度下的失水率對(duì)比Figure 1 Comparison of the water loss rate for different temperatue in wheat folur

2.6 測(cè)量結(jié)果

將1.2.2中消解好的樣品溶液通過原子熒光光譜法對(duì)As元素按照上述方法進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定2次，計(jì)算獲得As元素在小麥粉樣品中含量 0.412 mg/kg，標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.009 mg/kg，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2%（見表2）。為了保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確和實(shí)驗(yàn)方法的可行和可信，用小麥粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW(E)100493對(duì)測(cè)定方法進(jìn)行驗(yàn)證，測(cè)量 數(shù) 據(jù) 0.0409 mg/kg， 標(biāo) 準(zhǔn) 偏 差 為 0.0002 mg/kg；GBW(E)100493的As元素標(biāo)準(zhǔn)值為0.04 mg/kg，擴(kuò)展不確定度為0.01 mg/kg，方法驗(yàn)證結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值比較見表3。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示GBW(E)100493標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果和標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)值一致，說明該方法對(duì)測(cè)定小麥粉中的As元素是可靠的。

表2 小麥粉中As元素含量測(cè)定結(jié)果 (單位：mg/kg)Table 2 Determination results of arsenic in wheat flour (unit: mg/kg)

表3 小麥粉中As元素測(cè)定方法驗(yàn)證結(jié)果 (單位：mg/kg)Table 3 Verification result for the determination method of arsenic in wheat flour (unit: mg/kg)

3 結(jié)論

采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定小麥粉中的砷含量，建立了微波消解和儀器工作較優(yōu)條件。As元素在（0.2000～ 5.0000）ug/kg質(zhì)量濃度范圍呈線性關(guān)系，線性方程為y=586.02x-11.75，相關(guān)系數(shù)為0.9999；As元素測(cè)定結(jié)果相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2%。使用GBW(E)100493標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)驗(yàn)證顯示本實(shí)驗(yàn)所采用的方法對(duì)小麥粉中As元素的測(cè)定是可靠的，可用于類似食品基體中As元素的檢驗(yàn)檢測(cè)。