袁野
(南充農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)測檢驗中心,四川南充 637000)
砷是一種在自然界中廣泛存在且毒性很強的元素,于2012 年被世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(gòu)列為Ⅰ類致癌物[1]。砷進入人體后將影響細胞中酶的活性,從而影響人的新陳代謝。砷在人體內(nèi)大量富集會導致人體中毒,輕者表現(xiàn)為皮膚干燥、角質(zhì)化嚴重等皮膚損害,重者表現(xiàn)為腎臟、肝臟、神經(jīng)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)等功能受損[2-6]。砷在大氣沉降、微生物代謝等作用下,參與自然環(huán)境中內(nèi)部循環(huán)。人們使用農(nóng)藥、礦產(chǎn)開采等生產(chǎn)活動,加劇了砷在自然環(huán)境中的循環(huán)過程。土壤中的砷元素易被生物(尤其是水稻)富集。水稻根部對砷元素較敏感,在受污染的土壤中極容易吸收砷元素,因此準確測定大米中的砷含量,對評估大米中砷對人體健康的危害和有效防控重金屬污染、維護國家食品安全具有十分重要的意義[7-9]。
砷含量測定有多種方法,其中電感耦合-等離子體質(zhì)譜法[10]和原子熒光光譜法[11]應用較為廣泛,而氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法使用成本更低,普及率更高[12]。GB 5009.11—2014 《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》中第二法:氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法包括濕法消解和干法灰化兩種樣品處理方法,但是在實際測定大米中砷含量時,上述兩種樣品處理方法操作步驟繁瑣,耗酸量大,實驗時間長[13],影響檢測效率。當采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定砷時,消解后殘留的有機顆粒和硝酸等會影響檢測結(jié)果,需要將酸盡可能趕盡[14-15]。
筆者探索了一種快速消解樣品的方法,與GB 5009.11—2014 中第二法:氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法中濕法消解樣品方法相比具有以下優(yōu)點:(1)加酸種類少,國標法需要加入硝酸、硫酸、高氯酸,而該方法只需要加入硝酸;(2)酸消耗量少,國標法需要加入20 mL 硝酸、4 mL 高氯酸、1.25 mL 硫酸,該方法只需10 mL 硝酸,國標法的酸用量比該方法多了一倍多;(3)在實驗環(huán)境相同的條件下,除去放置時間,用國標法完全消解樣品需要10 h,而該方法只需要5 h,消解時間縮短了一半,大幅度提高了消解效率。同時探討了硼氫化鉀溶液、載流酸溶液及還原掩蔽劑溶液的質(zhì)量濃度等因素對砷含量測定結(jié)果的影響,確定了最優(yōu)測定條件,建立了快速消解-原子熒光光譜法測定大米中總砷的分析方法。
原子熒光光度計:AFS-9230 型,北京吉天儀器有限公司。
自動進樣器:AS-90 型。北京吉天儀器有限公司。
砷空心陰極燈:北京有色金屬研究院。
全自動樣品消解儀:Vulcan84 型,加拿大Qtechcorp 公司。
消解管:50 mL,美國Cole-Parmer 儀器公司。天平:ML204 型,感量為1 mg,梅特勒-托利多儀器(上海)有限公司。
濃鹽酸、濃硝酸:優(yōu)級純,蘇州晶瑞化學股份有限公司。
氫氧化鉀:優(yōu)級純,成都市科隆化學品有限公司。
硼氫化鉀:優(yōu)級純,成都市科龍化工試劑廠。
硫脲:優(yōu)級純,天津市科密歐化學試劑有限公司。
抗壞血酸:優(yōu)級純,成都市科隆化學品有限公司。
大米粉成分分析標準物質(zhì):編號為GBW(E)100359,標準值為0.15 mg/kg,擴展不確定度0.02 mg/kg,鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司。
大米粉成分分析標準物質(zhì):編號為GBW(E)100361,標準值為0.12 mg/kg,擴展不確定度0.01 mg/kg,鋼研納克檢測技術(shù)股份有限公司。
氬氣:純度不小于99.999%(體積分數(shù)),四川金瑞氣體有限公司。
砷標準溶液:1 000 μg/mL,編號為BWJ 4223-2016,北京北方偉業(yè)計量技術(shù)研究院。
實驗用水為去離子水。
鹽酸溶液(5+95):量取50 mL 濃鹽酸,緩緩倒入950 mL 水中,混勻。
硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液:硫脲、抗壞血酸的質(zhì)量濃度均為10 g/L,稱取10 g 硫脲,加適量鹽酸溶液溶解,再加入10 g 抗壞血酸,用鹽酸溶液定容至1 L,搖勻。
氫氧化鉀溶液:5 g/L,稱取2.5 g 氫氧化鉀,溶于500 mL 純水中。
硼氫化鉀溶液:10 g/L,稱取5 g 硼氫化鉀,溶于500 mL 氫氧化鉀溶液中,搖勻。
砷標準中間溶液:10 μg/mL,準確吸取1 mL砷標準溶液于100 mL 容量瓶中,用鹽酸溶液稀釋至標線,搖勻。
砷標準使用溶液:0.1 μg/mL,準確吸取1 mL砷標準中間溶液于100 mL 容量瓶中,用鹽酸溶液稀釋至標線,搖勻。
系列砷標準工作溶液:依次吸取0、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 mL 砷標準使用溶液,分別置于6只100 mL 容量瓶中,用硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液定容至標線,搖勻,配制成質(zhì)量濃度分別為0.00、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00 μg/L 的系列砷標準工作溶液。
負高壓:270 V;燈電流:60 mA;原子化高度:10 mm;載氣:氬氣,流量為300 mL/min;屏蔽氣:氬氣,流量為700 mL/min;讀數(shù)時間:8 s;延遲時間:1.0 s。
以鹽酸溶液為載流,硼氫化鉀溶液為還原劑,在1.3 儀器工作條件下,按照質(zhì)量濃度由低到高的順序,分別測定系列砷標準工作溶液,以溶液質(zhì)量濃度(ρ)為橫坐標、熒光強度(I)為縱坐標繪制標準工作曲線。同法測定樣品溶液,用標準曲線法定量。
稱取0.500 0 g 大米樣品于50 mL 消解管中,加入10 mL 硝酸,放置12 h,然后置于全自動樣品消解儀中,升溫至90 ℃保持30 min,揭蓋趕酸,溫度不能超過120 ℃(該消解管超過120 ℃會有輕微形變),趕酸完成后將溶液轉(zhuǎn)移至25 mL 比色管中,用硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液定容至標線,搖勻,靜置,充分還原后上機測定。同時做試劑空白試驗。
樣品經(jīng)濕法消解處理后,加入硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液,將5 價砷預還原為3 價砷,同時硫脲對Cu2+、Co2+、Ni2+等干擾離子有掩蔽作用。表1 為不同硫脲、抗壞血酸質(zhì)量濃度的硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液還原8 μg/L 砷標準工作溶液后測得的熒光值,圖1 為對應的趨勢圖。
表1 不同硫脲、抗壞血酸質(zhì)量濃度對應的熒光值
圖1 不同硫脲、抗壞血酸質(zhì)量濃度對應的熒光值
由表1 和圖1 可以看出,隨著硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液中硫脲、抗壞血酸質(zhì)量濃度的增大,熒光強度有所增加,但當硫脲、抗壞血酸的質(zhì)量濃度達到10 g/L 后,繼續(xù)增大硫脲、抗壞血酸的質(zhì)量濃度,熒光值變化不大,這說明當硫脲、抗壞血酸的質(zhì)量濃度為10 g/L 時,已經(jīng)能夠?qū)? 價砷全部還原為3 價砷,所以選擇硫脲、抗壞血酸的質(zhì)量濃度均為10 g/L 的硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液作為預還原劑。
硼氫化鉀作為還原劑能夠?qū)? 價砷進一步還原為砷化氫。硼氫化鉀溶液的質(zhì)量濃度影響測定結(jié)果的準確性。在保持其它條件相同的情況下,考察不同質(zhì)量濃度的硼氫化鉀溶液對8 μg/L 砷標準工作溶液熒光值的影響,試驗數(shù)據(jù)見表2,圖2 為對應的趨勢圖。
表2 不同硼氫化鉀濃度對應的熒光值
圖2 不同硼氫化鉀溶液質(zhì)量濃度對應的熒光值
由表2 和圖2 可以看出,在以5 g/L 氫氧化鉀溶液作為穩(wěn)定劑的前提下,當硼氫化鉀溶液的質(zhì)量濃度小于5 g/L 時,熒光值為負數(shù),說明硼氫化鉀溶液質(zhì)量濃度太低時幾乎沒有砷化氫生成,隨著硼氫化鉀溶液質(zhì)量濃度的增大,熒光值逐漸增大,當硼氫化鉀溶液質(zhì)量濃度為10 g/L 時熒光值最大,繼續(xù)增大硼氫化鉀溶液的質(zhì)量濃度,熒光值反而降低。這說明當硼氫化鉀溶液的質(zhì)量濃度過高時會產(chǎn)生大量氫氣,從而稀釋砷化氫,使得熒光值降低。綜合考慮,選擇硼氫化鉀溶液的質(zhì)量濃度為10 g/L。
鹽酸具有還原性,選擇鹽酸溶液作為載流能有效避免強氧化性對測定結(jié)果的影響。選擇硫脲、抗壞血酸質(zhì)量濃度均為10 g/L 的硫脲-抗壞血酸-鹽酸溶液預還原樣品,10 g/L 硼氫化鉀溶液作為還原劑,考察不同濃度的載流鹽酸溶液對8 μg/L 砷標準工作溶液熒光值的影響,結(jié)果見表3,圖3 為對應的趨勢圖。
表3 不同鹽酸濃度對應的熒光值
圖3 不同鹽酸溶液濃度對應的熒光值
由表3 和圖3 可以看出,隨著鹽酸溶液濃度的增加,熒光值有所增大,但趨勢不明顯。當鹽酸溶液中濃鹽酸與水的體積比大于5∶95 時,熒光值基本恒定,因此選擇鹽酸溶液(5+95)作為載流。
按照1.4 方法測定系列砷標準工作溶液并繪制標準工作曲線,計算線性方程和相關系數(shù)。連續(xù)測定樣品空白11 次,計算測定結(jié)果的標準偏差,按照文獻[15]計算方法檢出限。砷質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關系數(shù)及檢出限見表4。
表4 砷質(zhì)量濃度線性范圍、線性方程、相關系數(shù)及檢出限
選取3 種大米樣品,精確稱定,分別加入0.1、0.2、0.4 mg/kg 砷標準溶液,按照1.5 方法各平行處理5 份樣品溶液,在1.3 儀器工作條件下分別進行測定,結(jié)果見表5。由表5 可知,樣品加標回收率為92.1%~104.9%,測定結(jié)果的相對標準偏差為0.27%~2.35%。表明該方法精密度、準確度滿足測定要求。
表5 加標回收與精密度試驗結(jié)果
稱取有證標準物質(zhì)樣品GBW(E) 100359、GBW(E) 100361 各7 分,按照1.5 方法處理,在1.3儀器工作條件下分別進行測定,結(jié)果見表6。由表6可知,兩種標準物質(zhì)測定值均在標準值不確定度范圍內(nèi),相對誤差分別為6.7%和8.3%。表明該方法準確度良好。
表6 標準物質(zhì)測定結(jié)果
采用快速消解-原子熒光光譜法測定大米中砷,該方法步驟簡單,酸消耗量少,準確度、精密度良好,具有推廣應用價值。