摘要：采用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定大米中總砷含量，研究了微波消解時(shí)消解體系的配比、消解浸泡時(shí)間和試劑選擇對(duì)大米中總砷含量的影響。結(jié)果表明：在HNO3用量為8 mL，H2O2用量為3 mL，浸泡時(shí)間為15 h的條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與真實(shí)值最接近?？偵楹吭?～10 μg/L的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0.999 6，檢出限為0.001 8 mg/kg，利用該方法對(duì)不同大米樣進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定值在真實(shí)值不確定范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差在5.5%以下，樣品加標(biāo)回收率為89%～95%。該方法可用于大米總砷含量的測(cè)定。

關(guān)鍵詞：總砷；原子熒光光譜法；大米；微波消解

中圖分類號(hào)：TS212.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230219

Detection of total arsenic content in rice by microwave digestion-atomic fluorescence spectrometry

He Rui， Li Li， Li Jinchun， Gong Yang， Li Huaying， Yan Wenjing， Lei Zhengda

（Sichuan Grain and Oil Research Institute， Chengdu， Sichuan 611130）

Abstract： The total content of arsenic in rice was determined by microwave digestion-atomic fluorescence spectrometry. In this paper， the effects of the ratio of digestion system， the digestion soaking time， and the reagent selection on the total arsenic content in rice during microwave digestion were studied. The results showed that when the dosage of HNO3 was 8 mL， the addition amount of H2O2 was 3 mL， and the soaking time was 15 hours， the measured value was closest to the real value. The total arsenic content had a good linear relationship in the concentration range of 0 ～ 10 μg/L， the correlation coefficient was 0.999 6， and the detection limit was 0.001 8 mg/kg. The method was used to determine different samples of rice， and the measured values were within the uncertainty range of the true values， the relative standard deviations RSD were all lower than 5.5%， and the recoveries ranged from 89% to 95%， indicating that the method could be used for the determination of total arsenic content in rice.

Key words： total arsenic， atomic fluorescence spectrometry， rice， microwave digestion

砷是一種有毒且致癌的重金屬元素，其可通過消化道、呼吸道等途徑進(jìn)入人體，經(jīng)富集后可引起人體器官的癌變[1-2]。在環(huán)境保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)中，砷被列為第一類污染物[3]。

水稻是我國主要糧食作物，與其他糧食作物作物相比，水稻更容易吸收富集土壤中的砷[4]。當(dāng)砷超標(biāo)的稻谷加工成大米進(jìn)入食物鏈后會(huì)威脅消費(fèi)者的身體健康，甚至生命。

GB 5009.11—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測(cè)定》規(guī)定用原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷含量時(shí)，樣品消解方法只有濕法消解和干法消解，但這兩種方法操作復(fù)雜、耗時(shí)長且試劑用量大。微波消解法具有加熱速度快、用時(shí)短、加熱均勻、準(zhǔn)確度高等顯著優(yōu)點(diǎn)，目前微波消解結(jié)合原子熒光光譜法在各類檢測(cè)機(jī)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用，并有大量文獻(xiàn)報(bào)道可以用微波消解-原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷的含量，但不同研究者應(yīng)用微波消解時(shí)，消解液試劑種類、配比及消解時(shí)間不同，方法選擇存在差異，例如朱亞萍等[5]測(cè)定大米樣品時(shí)要求靜置過夜，而張大誠等[6]認(rèn)為樣品無需靜置過夜，這導(dǎo)致結(jié)果的準(zhǔn)確性有待考證。本文擬對(duì)微波消解時(shí)消解體系配比、消解時(shí)間和消解試劑進(jìn)行優(yōu)化和選擇，利用氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定大米中總砷含量，以期為準(zhǔn)確測(cè)定大米及其他食品中總砷含量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）1003599）：總砷含量0.15 mg/kg，鋼研納克檢測(cè)技術(shù)有限公司；1 000 μg/mL砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1714-2004）：國家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；硝酸（優(yōu)級(jí)純）：德國默克公司；鹽酸（優(yōu)級(jí)純）、硫酸（優(yōu)級(jí)純）、雙氧水（優(yōu)級(jí)純）：國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；抗壞血酸（分析純）、硫脲（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、硼氫化鉀（優(yōu)級(jí)純）：天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司。

1.2 主要儀器和設(shè)備

AFS-921型原子熒光光譜儀：北京吉天儀器有限公司；Multiwave Go型微波消解儀：安東帕（上海）商貿(mào)有限公司；BHW-09A型真空濃縮趕酸系統(tǒng)：安東帕（上海）商貿(mào)有限公司；ML204T型電子天：梅特勒托利多科技（中國）有限公司。

1.3 原子熒光光譜儀工作條件

載流5% HCl；還原劑1% KBH4+0.5% KOH；負(fù)高壓280 V；負(fù)高壓280 V；總電流80 mA；輔陰極電流40 mA；載氣流量400 mL/min；屏蔽氣流量800 mL/min；原子化高度8 mm；蠕動(dòng)泵65 r/min。根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)和儀器設(shè)備性能，選擇表1的消解程序上微波。

1.4 實(shí)驗(yàn)方法

1.4.1 硫脲-抗壞血酸混合溶液配制

稱取10 g硫脲，加約80 mL水，加熱溶解，待冷卻后加入10.0 g抗壞血酸，稀釋至100 mL?，F(xiàn)配現(xiàn)用。

1.4.2 實(shí)驗(yàn)器皿清洗

實(shí)驗(yàn)所用玻璃器皿和消解罐需用20% HNO3浸泡過夜，并用超純水反復(fù)清洗，低溫烘干后使用。

1.4.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線配制

吸取100 μL的1 000 μg/mL砷標(biāo)準(zhǔn)溶液于100 mL容量瓶中，用5%鹽酸定容至刻度，搖勻。第一次稀釋后砷標(biāo)液為1 000 μg/L。再取100 μL 1 000 μg/L的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液于10 mL容量瓶中，加1 mL硫脲+抗壞血酸于容量瓶中，用5%鹽酸定容至刻度，質(zhì)量濃度為10 μg/L?；靹蚝箪o置30 min后上機(jī)，儀器自動(dòng)稀釋。

1.4.4 消解體系的選擇與優(yōu)化

（1）電熱板預(yù)消解：準(zhǔn)確稱取大米質(zhì)控樣約 0.2 g（精確到0.001 g）于密閉式聚四氟乙烯的微波消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL過氧化氫，擰緊蓋子靜置30 min，然后在170 ℃預(yù)消解直黃煙散去。

（2）過氧化氫用量對(duì)消解結(jié)果的影響：預(yù)消解完成后補(bǔ)加3 mL硝酸和0 mL濃硫酸于消解罐中，再分別補(bǔ)加1、2 mL過氧化氫于消解管中，擰緊消解罐蓋進(jìn)行微波。待微波消解結(jié)束后，取出消解罐置于通風(fēng)櫥中緩慢打開；置于真空濃縮趕酸系統(tǒng)中，在180 ℃下趕酸至液體澄清透明且黃豆粒大小。探究過氧化氫使用量對(duì)大米總砷測(cè)定值的影響。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

（3）硫酸用量對(duì)消解結(jié)果的影響：預(yù)消解后補(bǔ)加3 mL硝酸、1 mL過氧化氫。分別補(bǔ)加0、0.5 mL濃硫酸于消解罐中，進(jìn)行微波消解。之后步驟同1.4.4（2）。研究硫酸用量對(duì)大米總砷測(cè)定值的影響。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

（4）預(yù)消解浸泡時(shí)間對(duì)消解結(jié)果的影響：準(zhǔn)確稱取樣質(zhì)控品約0.2 g（精確到0.001 g）于消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL過氧化氫，擰緊消解罐蓋浸泡0.5、15 h，然后在170 ℃預(yù)消解直黃煙散去。預(yù)消解后補(bǔ)加3 mL硝酸、1 mL過氧化氫于消解罐中，之后步驟同1.4.4（2）。研究預(yù)消解浸泡時(shí)間對(duì)大米總砷測(cè)定值的影響。同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線與檢出限

配制10 μg/L砷標(biāo)準(zhǔn)工作液，系統(tǒng)自動(dòng)稀釋（1、2、4、8、10 μg/L），以砷標(biāo)準(zhǔn)溶液質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，相應(yīng)的熒光強(qiáng)度為縱坐標(biāo)，構(gòu)建砷標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，見圖1。標(biāo)準(zhǔn)曲線方程為y=156.88x-33.603，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 6，在0～10 μg/L的質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好。

在給定的儀器工作條件下，連續(xù)進(jìn)11次載流空白（即5%鹽酸），按LOD（檢出限）=3 s/b（s為試劑空白熒光值的標(biāo)準(zhǔn)偏差，b為標(biāo)準(zhǔn)曲線的斜率）計(jì)算檢出限[7-8]，求得儀器檢出限為0.072 μg/L。稱樣量為1 g，定容至25 mL時(shí)，方法檢出限為0.001 8 mg/kg。參考倪海平等[9]的方法計(jì)算定量限，即LOQ（定量限）=3 LOD，求得定量限為0.005 4 mg/kg，均低于GB 5009.11—2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測(cè)定》中原子熒光光譜法的檢出限和定量限。

2.2 過氧化氫用量對(duì)消解結(jié)果的影響

采用原子熒光光譜法測(cè)定砷元素時(shí)，需將樣品中有機(jī)砷完全轉(zhuǎn)化成無機(jī)砷才能測(cè)定[10]。微波消解溫度在200 ℃以下，僅能將砷消解成離子態(tài)。硝酸具有強(qiáng)氧化性，大多數(shù)金屬都能被其溶解成可溶性鹽，且硝酸強(qiáng)氧化性與溫度有一定的關(guān)系，隨著消解溫度升高而增強(qiáng)，但是在微波消解時(shí)即使加入硝酸有機(jī)態(tài)砷也可能不能完全轉(zhuǎn)化成無機(jī)態(tài)的砷。大米中含有一定量有機(jī)砷，采用微波消解時(shí)需要保持消解液的強(qiáng)氧化性和高沸點(diǎn)，因此在消解體系加入過氧化氫，一方面可減少氮?dú)獾纳?，提高消解溫度，另一方面過氧化氫消解完后可分解除去。

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，過氧化氫用量為3、4 mL時(shí)，總砷含量測(cè)定值分別為0.132、0.135 mg/kg，二者之間無顯著性的差異。這可能是因?yàn)檫^氧化氫作用已達(dá)到飽和，即使再增加過氧化氫含量，效果可能也不顯著。因此，過氧化氫用量選擇3 mL。

2.3 硫酸用量對(duì)消解結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，硫酸用量為0、0.5 mL時(shí)，總砷含量測(cè)定值分別為0.132、0.130 mg/kg，二者之間無顯著性差異。從安全性和成本角度出發(fā)，在消解時(shí)可不使用濃硫酸。

2.4 預(yù)消解浸泡時(shí)間對(duì)消解結(jié)果的影響

實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，預(yù)消解浸泡時(shí)間為15、0.5 h時(shí)，總砷含量測(cè)定值分別為0.142、0.132 mg/kg，其中預(yù)消解浸泡15 h的與真實(shí)值最接近。說明浸泡時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響較顯著。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因可能是過夜浸泡讓大米中的有機(jī)砷和酸有了充分反應(yīng)的時(shí)間，次日再通過電熱板加熱和微波消解，可將大米有機(jī)砷完全轉(zhuǎn)化成無機(jī)砷。因此，在實(shí)際實(shí)驗(yàn)中，為合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，最好浸泡過夜之后再預(yù)消解。

2.5 準(zhǔn)確度和精密度實(shí)驗(yàn)

按照上述優(yōu)選出來?xiàng)l件對(duì)2種已知濃度大米粉進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果（表2）表明，總砷的測(cè)定值均在真實(shí)值范圍內(nèi)，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）均在5.5%以下，說明數(shù)據(jù)精密度和準(zhǔn)確度可信，應(yīng)用優(yōu)化后微波消解方法可行。

2.6 加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)

在質(zhì)控樣大米粉GBW（E）1003599中加入不同體積1 000 μg/L砷的標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照上述優(yōu)選條件測(cè)定樣品的加標(biāo)回收率，結(jié)果（表3）表明，加標(biāo)回收率為89%～95%，說明方法的準(zhǔn)確度較高。

3 結(jié) 論

本文研究了微波消解時(shí)消解體系的配比、消解浸泡時(shí)間和試劑選擇對(duì)大米中總砷含量的影響，結(jié)果表明，在HNO3用量為8 mL，H2O2添加量為3 mL，浸泡時(shí)間為15 h的條件下，實(shí)驗(yàn)測(cè)量值與真實(shí)值最接近，其中預(yù)消解浸泡時(shí)間對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響較大，為確保實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性最好浸泡過夜再消解。該方法檢出限為0.001 8 mg/kg，線性關(guān)系好，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠，回收率高，適用于大米中總砷含量的定量分析。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 于云江，王菲菲，房吉敦，等.環(huán)境砷污染對(duì)人體健康影響的研究進(jìn)展[J].環(huán)境于健康雜志，2007（3）：181-183.

[2] 陳朋，晏磊，王雄，等.砷的生物轉(zhuǎn)化與代謝機(jī)制研究進(jìn)展[J].生命科學(xué)研究，2013，17（6）：554-560.

[3] 陳超，劉俊妙.微波消解-原子熒光法測(cè)定海洋沉積物中的砷[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2021（8）：71-72.

[4] SU Y H， MCGRATH S P， ZHAO F J. Rice is more efficient in arsenite uptake and translocation than wheat and barley[J]. Plant and Soil，2010，328（1/2）：27-34.

[5] 朱亞萍，徐軍玲.微波消解-氫化物原子熒光光譜法測(cè)定大米中的總砷[J].糧食與食品工業(yè)，2021，28（2）：67-71.

[6] 張大誠，李發(fā)啟，彭燦，等.原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中總砷及形態(tài)砷的研究與分析[J].糧食科技與經(jīng)濟(jì)，2020，45（1）：69-72.

[7] 謝青松，彭術(shù)，沈銳.微波消解-石墨爐原子吸收法測(cè)定生姜中鎘的含量[J].現(xiàn)代食品，2022，28（18）：142-144+149.

[8] 秦銀舉，崔瑞霞，張耀東，等.原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷的方法驗(yàn)證報(bào)告[J].食品安全導(dǎo)刊，2022（6）：57-59.

[9] 倪海平， 徐煒， 劉彥凱， 等. 大米中總砷與無機(jī)砷含量檢測(cè)與結(jié)果分析[J]. 江蘇預(yù)防醫(yī)學(xué)， 2020， 31（3）： 255-257.

[10] 張玉超，程樂樂，韓娟.前處理方法對(duì)原子熒光光譜法檢測(cè)大米中總砷含量的影響[J].廣州化工，2021，49（4）：84-87+96.