微波消解氫化物原子熒光法測定食品中的砷和汞

郭同兵 黃 謙 劉劍波

（湖南省岳陽市產商品質量監督檢驗所，湖南 岳陽 414000）

微波消解氫化物原子熒光法測定食品中的砷和汞

郭同兵 黃 謙 劉劍波

（湖南省岳陽市產商品質量監督檢驗所，湖南 岳陽 414000）

采用高壓密閉微波消解氫化物原子熒光法對食品中砷、汞進行同時測定，并與傳統的濕法消解進行比較。結果表明：該法具有操作簡單、快速、干擾少、良好的過程可控性等優點。通過對大米、肉類罐頭、礦泉水和水產品等樣品的檢測，發現砷、汞的檢出限分別為0.030 6，0.005 2μg／L；相對標準偏差（RSD）：砷為2.40%，Hg為1.39%；回收率：As為99.4%～101.2%，Hg為94.5%～106.5%；相關系數（r）：As為0.999 7，Hg為0.999 6。結果良好，適用于多種食品中砷和汞的同時檢測。

微波消解；原子熒光；砷；汞

砷和汞的化合物在自然環境中廣泛存在，它們對環境的污染已引起全世界的關注，一直以來，砷和汞都被列入必檢的有害元素［1］，對砷、汞的安全性評價與含量檢測也已成為重要的研究內容之一。GB／T 5009.11——2003《食品中總砷及無機砷的測定》推薦的砷的測定方法有氫化物發生原子熒光法、銀鹽法、砷斑法和硼氫化物還原比色法等。銀鹽法操作復雜，分析時間長，靈敏度低，難以適應低含量樣品的檢測；砷斑法是半定量方法，靈敏度低，精密度比較差［2］。GB／T 5009.17——2003《食品中總汞及有機汞的測定》推薦的汞的測定方法主要有冷原子吸收法和氫化物發生原子熒光法等。冷原子吸收法操作繁瑣、分析時間長，靈敏度、準確度比較差［3］。As和Hg具有易揮發性，因此前處理過程中保證樣品的完整性尤為重要［4］。氫化物原子熒光光譜法（HGAFS）是近年發展應用起來的一種新的痕量元素分析技術［5，6］。它是在酸性條件下，以硼氫化鉀為還原劑，使砷生成砷化氫，二價汞還原生成元素汞，以惰性氣體氬氣為載體，將氫化物帶入石英原子化器中，在砷、汞空心陰極燈發出的特定光線照射下，原子中處于基態的外層電子躍遷到較高能級，并在回到較低能級的過程中輻射出原子熒光，其熒光強度與砷、汞含量成正比，與標準系列比較即可定量［7］。由于HG－AFS法測定砷的條件相對較寬，所以砷可與其他元素同時測定，常見的有 As－Hg［7，8］，As－Sb［9］，As－Se［10，11］等。這些聯合測定的方法極大地減少了分析時間，提高了分析效率，具有較好的利用價值。在日常生活中，人們接觸的食品種類繁多且成分復雜，消解起來差異比較大，因此消解條件難以掌握。通常情況下，對低蛋白質、脂肪、碳水化合物的食品，可選擇低功率加熱。反之，選擇高功率、長時間的加熱方式。應用微波消解法結合AFS－930型雙道原子熒光光度計同時測定砷和汞，可以有效地防止分析元素在樣品處理階段的揮發損失，且具有操作簡單、快速，試劑用量少等特點。

1 材料與方法

1.1 試驗儀器與材料

1.1.1 儀器

原子熒光光度計：AFS－930型，北京吉天儀器有限公司；

編碼砷空心陰極燈：AS－2，北京有色金屬研究總院；

編碼汞空心陰極燈：AF，北京有色金屬研究總院；

微波消解儀：Multimave3000，奧地利安東帕有限公司。

1.1.2 試劑

氬氣：≥99.99%，市售；

試驗用水：均為無砷、汞去離子水；

鹽酸溶液（1＋1），硝酸，高氯酸：優級純，上海國藥集團化學試劑有限公司；

砷標準儲備液：1 000μg／mL（GSB04－1714－2004），國家標準物質研究中心；

汞標準儲備液：1 000μg／mL（GSB04－1729－2004），國家標準物質研究中心；

1.2 試驗方法

1.2.1 試劑準備

（1）硫脲＋抗壞血酸溶液（50g／L）：稱取硫脲和抗壞血酸各5g，低溫加熱溶解于100mL超純水；

（2）硼氫化鉀溶液（10g／L）：稱取2.0g硼氫化鉀并使其溶于200mL 5g／L的氫氧化鉀溶液中，現配現用；

（3）載流：5%鹽酸溶液；

（4）砷、汞混合標準使用液：將砷和汞標準儲備液稀釋至 As：100μg／L，Hg：10μg／L。

1.2.2 濕法消解 準確稱取2.000g樣品于燒杯中，加10mL濃硝酸、1mL高氯酸浸泡過夜，放在電熱板上消化，直至消化液清亮。取下冷卻，用水沖洗杯壁，加入少量濃硝酸在電熱板上蒸至冒白煙，取下冷卻，加5mL鹽酸（1＋1），硫脲－抗壞血酸（50g／L）溶液5mL，用水稀釋至50mL，搖勻，與標準系列同時測定。

1.2.3 微波消解 準確稱取0.1～0.5g樣品于微波消解專用的消解管內，加入4mL濃硝酸、2mL 30%過氧化氫（根據不同樣品做不同的預處理）。蓋上消解管內蓋，晃動幾次，裝外套，放入微波消解儀中消解。根據不同類型的食品選擇壓力和加熱時間，消化至無色透明，取出，冷卻至室溫，取出消解管放在沸水浴中煮30min，將趕酸后的溶液全部移入25mL比色管中，冷卻后，再加硫脲－抗壞血酸（50g／L）溶液5mL，鹽酸（1＋1）2.5mL，用去離子水定容至25mL，放置15～30min，將砷、汞混合標準使用液稀釋為As 10μg／L，Hg 1μg／L，并使樣品與標準系列保持相同的酸度和硫脲－抗壞血酸混合液濃度，室溫放置15～30min，同時做空白試驗。

1.2.4 儀器工作條件 光電倍增管負高壓270V，砷空心陰極燈電流60mA，汞空心陰極燈電流30mA，載氣流量400mL／min，屏蔽氣流量800mL／min，爐溫200℃，原子化器高度8mm，延遲時間1s，讀數時間7s。

開機后設定工作參數，待儀器穩定后，測定空白和標準系列，做工作曲線。按同樣方法對樣品進行測定，通過工作曲線可讀出被測元素含量。

2 結果與分析

用所配制的混合標準使用液（As 10μg／L，Hg 1μg／L），選擇自動配制進行測定。食品中砷、汞的含量及衛生指標都很低，因而砷的標準曲線濃度范圍為0～10μg／L，汞的標準曲線濃度范圍為0～1μg／L，在選定的儀器條件下測定，砷的線性方程：If＝37.350 4×C－2.852 4，相關系數r＝0.999 7；汞的線性方程：If＝2 489.695 7×C－0.518 2，相關系數r＝0.999 6，結果見表1。

表1 砷、汞檢測的標準曲線數值Table 1 The standard data of determine As and Hg

2.1 儀器條件的選擇

2.1.1 負高壓 在一定范圍內（200～430V）負高壓增大，儀器的靈敏度也增大，同時噪聲增大。因此，在已能滿足分析靈敏度的條件下，不宜將負高壓選擇太大，否則會影響測定重現性。選擇負高壓為270V即可滿足本試驗分析要求。

2.1.2 燈電流 雖然根據原子熒光原理，燈電流與熒光強度成正比，但燈電流太大會產生自吸，影響檢出限和穩定性以及縮短空心陰極燈的使用壽命，因此，在滿足分析靈敏度的要求下，盡可能選擇小的燈電流。綜合考慮，本試驗選擇砷、汞燈電流各為60，30mA。

2.1.3 原子化器高度 測定結果證明，原子化器的高度與被測樣品所產生的熒光強度密切相關，原子化器高度為8mm時，熒光強度最高，故選擇原子化器高度為8mm。

2.1.4 屏蔽氣和載氣流量 載氣流量大會稀釋氫化物，降低靈敏度，流量太低則使形成的氫化物無法迅速進入原子化器，易產生記憶效應。圖1表明，載氣流量選擇為400mL／min時，砷、汞的熒光強度最大。適當的屏蔽氣流可防止周圍空氣進入原子化器，保證火焰形狀穩定。屏蔽氣流量對汞的測定影響不大，但砷在較高屏蔽氣流量下靈敏度較高。在確保靈敏度的情況下，選擇稍大的載氣流量可獲得較穩定的熒光信號，本試驗選擇流量分別為400，800mL／min。

圖1 載氣流量對熒光強度的影響Figure 1 The influence of flow rate to fluorescent intensity

2.2 檢出限

根據儀器設定的測定檢出限程序，連續測定空白溶液15次，測得本方法最低檢出限As為0.030 6μg／L，Hg為0.005 2μg／L。

2.3 加標回收率

在食品中加入一定量的As、Hg標準液，按1.2.3處理后進行含量測定，計算加標回收率，結果見表2。由表2可知，加標回收率 As為99.4%～101.2%，平均為100.4%；Hg為94.5%～106.5%，平均為100.1%。說明本試驗的準確度較高，結果是可靠的。

表2 食品中砷、汞檢測結果及回收率Table 2 The recovery and measurement result for As and Hg in food

2.4 微波消解條件的選擇

通過前期預試驗可以得出，消解壓力宜采用梯度加壓程序（升壓速率為30kPa／s，紅外溫度為190℃，最大壓力不超過4MPa），這樣既可保證樣品完全消化，又可以防止植物油、酒等含有機物豐富的樣品劇烈反應產生的氣體沖破防暴膜。根據前期多次試驗摸索，提出不同類型食品消化參考條件見表3。

表3 不同類型食品消化參考條件Table 3 Reference condition of digest different food

2.5 微波消解與濕法消解結果比較

為進一步考察方法的可靠性，用微波消解法與傳統濕消化法分別對幾種食品進行消解，測定結果見表4。通過控制加硝酸的量和加熱時間進行微波消解，效果一般都很好，試驗表明采用微波消解法對食品中Pb、As、Hg、Se等元素檢測的樣品處理有良好的效果。一次消解測定多種元素且只需要少量的酸，污染機會少，空白值低，精密度好，準確度高，操作簡便，易掌握，工作效率高，優于濕式消化法［12］，能滿足快速分析的要求。

表4 微波消解法與濕法消解的結果比較Table 4 The results compare microwave digestion with heating block method ／（μg·L－1）

3 結論

中國現行的國標方法中砷、汞的原子熒光法、分光光度法均為單一元素分別進行測定，費時、費力、工作效率低。并且樣品前處理均為濕法和干灰化法，不僅費時、費試劑且易污染，空白值高，待測元素易損失等缺點。應用微波消解法結合AFS－930型雙道原子熒光光度計同時測定砷和汞，可以有效地防止分析元素在樣品處理階段的揮發損失，一次消解測定多種元素，而且微波消解法不需要大量的酸，沾污機會少，空白值低，操作簡單、快速等。用本方法同時測定食品中痕量砷和汞，靈敏度高，檢出限低，簡化了分析方法，提高了分析效率，便于應用。

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2 韓宏偉，王永芳，趙馨.氫化物發生－原子熒光光度法同時測定保健食品中砷、汞的研究［J］.中國食品衛生雜志，2000，12（5）：7～10.

3 湯毅珊.微波消解—原子熒光法測定中藥中的汞、砷［J］.中藥新藥與臨床藥理，1999，11（3）：177～179.

4 Kingston H M.分析化學中的微波制樣技術—原理與應用［M］.郭振庫，譯.北京：高等教育出版社，1992.

5 張建輝，石國榮，楊代明，等.超聲波提取－原子熒光光度法測定食品中無機砷及其不確定度的評估［J］.食品與機械，2009，25（5）：117～120.

6 李靜娜，梁高道，吳珩.雙道原子熒光光譜法同時則定食品中砷汞［J］.中國衛生檢驗，2001，11（1）：51～52.

7 陳曉妹.氫化物發生—原子熒光法測定水中痕量砷和汞［J］.理化檢驗（化學分冊），2003，39（2）：83～84.

8 常曉途，陳新煥，楊代明，等.直接測汞儀測定大米中汞的不確定度評定［J］.食品與機械，2010，26（3）：85～87.

9 關銘，郭淑英，王春燕，等.氫化物—原子熒光法同時測定食品中總砷和總銻［J］.中國衛生檢驗雜志，2001，11（6）：673～674.

10 彭琨，吳珩.原子熒光法測定食品中砷和硒［J］.理化檢驗（化學分冊），2000，36（12）：557～558.

11 Bias J D，Mateos N R，Sanchez A G.Determination of total As and Se in soils and plants by FIA—AAS—HG analysis coupled techniques［J］.Journal of AOAC International，1996，79（3）：764～768.

12 劉華.微波消解技術在分析食品中微量元素方面的應用［J］.中國衛生檢驗，2001，11（4）：406～408.

Simultaneous determination of arsenic and mercury in food by microwave digestion and atomic fluorescence spectroscopy

GUO Tong－bing HUANG Qian LIU Jian－bo

（Hunan Supervision and Inspection Institute of Product Quality，Yueyang，Hunan414000，China）

A process of closed and high pressure microwave digestion with atomic fluorescence spectrometer for simultaneously determine As and Hg in food was established.Compared with traditional wet digestion method，the microwave digestion features simple operation，fast，little interference and excellent process controllability.After detect rice，meat，mineral water，aquatic product and so on，we find the detection limits for arsenic and mercury were 0.030 6μg／L and 0.005 2μg／L respectively.The relative standard deviation for As was 2.40%，while 1.39%for Hg.The recovery for As was in the rang of 99.4%～101.2%and 94.5% ～106.5%for Hg.And the As correlation coefficient was 0.999 7，while the Hg was 0.999 6.The result is fine，and is fit for simultaneously determine As and Hg in food.

microwave digestion；atomic fluorescence；arsenic；mercury

10.3969／j.issn.1003－5788.2011.04.024

郭同兵（1968－），男，湖南省岳陽市產商品質量監督檢驗所工程師。E－mail：huangqian260＠126.com

2011－04－10