大米中砷和硒同時測定的方法研究

鄧源喜 許 暉 汪張貴 柯春林 馬 龍 李 妍

大米中砷和硒同時測定的方法研究

鄧源喜 許 暉 汪張貴 柯春林 馬 龍 李 妍

(安徽蚌埠學(xué)院生物與食品工程系，蚌埠 233030)

應(yīng)用氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法對大米樣品中砷、硒2種元素同時進(jìn)行測定，研究儀器條件，主要包括負(fù)高壓、燈電流、載氣流量、屏蔽氣流量等對測定結(jié)果的影響，在0～10μg/L范圍內(nèi)砷(As)、硒(Se)的濃度與熒光強(qiáng)度呈線性關(guān)系，相關(guān)系數(shù)為0．999 6和0．999 8，加標(biāo)回收率分別為96．2%～100．8%和98．1%～107．6%，RSD分別≤7．4%和≤5．5%，并同單獨對樣品中砷、硒測定進(jìn)行比較，驗證方法的可行性。

砷 硒 原子熒光法

目前，食品中砷(As)和硒(Se)元素含量測定的方法主要有比色法、分光光度法、原子吸收光譜法、原子發(fā)射光譜法、質(zhì)譜法、毛細(xì)管電泳法及原子熒光光譜法［1－9］。各種測定方法根據(jù)本身性質(zhì)及儀器檢出限度又各不相同。其中氫化物原子熒光光譜法是發(fā)展于20世紀(jì)60年代的原子熒光法分析技術(shù)，具有譜線簡單、靈敏度高、檢測限低和多元素分析的優(yōu)點，因此，它成為實驗室常用的元素測定方法。近幾年，應(yīng)用原子熒光光譜法測定食品中砷和硒已有報道［7］。但對于砷和硒檢測一般都是分別消化樣品，分別測定，檢測比較煩瑣、費時、費力。為節(jié)約成本、提高檢測效率、適應(yīng)食品快速檢測的需要，本試驗研究了大米中砷、硒元素測定儀器的各個參數(shù)并優(yōu)化了反應(yīng)條件，初步建立了濕法一次性消化樣品，雙通道原子熒光同時檢測大米中砷和硒元素含量的方法。

1 材料與方法

1．1 儀器與試劑

1．1．1 儀器

AFS－930雙道原子熒光光度計:北京海光儀器有限公司;砷(As)空心陰極燈、硒(Se)空心陰極燈:北京有色金屬研究總院;FA1604電天平:上海天平儀器廠。

1．1．2 試劑

As標(biāo)準(zhǔn)貯備液(GBW(E)080117)、Se標(biāo)準(zhǔn)貯備液(GBW(E)080215)(國家標(biāo)物中心):100μg/mL;As、Se混合標(biāo)準(zhǔn)中間液:1μg/mL;As、Se混合標(biāo)準(zhǔn)工作液:0．01μg/mL。

HNO3、HClO4、HCl(優(yōu)級純):國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司;混合酸(HNO3∶HClO4=4∶1)(優(yōu)級純);硼氫化鈉、氫氧化鈉、硫脲、抗壞血酸、質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%HC1溶液;5%硫脲+5%抗壞血酸混合液，臨用前現(xiàn)配;質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%硼氫化鈉溶液。試劑中除特殊規(guī)定外，所有試劑為分析純，試驗用水為蒸餾水或同等純度水。

1．2 試驗方法

1．2．1 樣品前處理

將樣品攪勻(固體樣品則需要磨碎混勻后備用)，直接在已稱重的100 mL三角瓶中稱取樣品0．5～2．0 g，分別加入10．0 mL混合酸及3粒玻璃珠，蓋上表面皿，放置過夜。次日，將放有樣品的上述三角瓶置于電熱板上緩慢升溫、消煮，待有機(jī)質(zhì)消解，試樣變?yōu)榍辶翢o色并產(chǎn)生白色濃煙時，再繼續(xù)加熱至剩余體積2 mL左右，切不可蒸干。冷卻，再加6 mol/L的鹽酸5 mL，重復(fù)上述消解加熱操作以完全將六價硒還原為四價硒。冷卻，轉(zhuǎn)移定容至100 mL容量瓶中。同時做空白試驗。吸取10 mL試樣消化液于15 mL離心管中，加濃鹽酸2．5 mL，5%硫脲+5%抗壞血酸混合液2．5 mL，混勻放置1 h后待測［7］。

1．2．2 樣品測定［1，7］

調(diào)整儀器的光源及各種測試條件后，輸入試樣編號、試樣質(zhì)量、稀釋體積及測定結(jié)果濃度單位等相關(guān)參數(shù)，啟動點火鍵，預(yù)熱20 min左右后對As、Se混合標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)行測定，并自動繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。接著轉(zhuǎn)入試樣空白測定和試樣的依次測定。儀器測量條件如表1所示。

表1 砷和硒的儀器測量條件

1．2．3 試樣測定數(shù)據(jù)處理［1］

取5份不同廠家的大米樣品(消化前先將樣品干燥粉碎過篩)，按照1．2．2的步驟要求測得試樣中的砷和硒含量。試樣測定數(shù)據(jù)采用公式進(jìn)行換算:

式中:X為試樣中砷(硒)的含量/mg/kg;c、c0分別為試樣和試樣空白消化液的測定濃度/ng/mL(即μg/L);V為試樣消化液定容體積/mL(本次測定中V為100．00 mL);m為試樣質(zhì)量/g。

2 結(jié)果與討論

2．1 樣品預(yù)處理(消化體系)的選擇

對比試驗了HNO3，HNO3/H2SO4，HNO3/HClO4和HNO3/H2SO4/HClO4溶液消解樣品的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)HNO3/HClO4消化體系消解效果好，測定干擾小，結(jié)果重現(xiàn)性好。以同一個米樣為試驗對象，試驗了不同配比的HNO3/HClO4消解樣品的效果，每一種配比各稱5個樣，測定米樣中砷含量，結(jié)果如表2所示，4∶1的HNO3/HClO4消化效果和精密度都較好。試驗選用HNO3/HClO4(4∶1)消解樣品。

消化過程中加入的硫酸是強(qiáng)氧化劑，由于沸點高，很難驅(qū)除，能保持消化液中一定的酸度，但它的強(qiáng)氧化性與抗壞血酸、硫脲還原劑反應(yīng)而影響五價砷的還原，從而影響砷元素的測定，可能會造成測定結(jié)果偏低。鹽酸是非氧化性酸，在溶解過程中它表現(xiàn)出弱的還原性。測定過程中加入一定量的鹽酸，增加了氫化物發(fā)生反應(yīng)過程中的還原作用，從而提高了熒光強(qiáng)度，使結(jié)果準(zhǔn)確性得到提高［10］。

表2 不同消化體系的加標(biāo)回收率比較

2．2 儀器工作條件的確定

2．2．1 燈電流的確定

燈電流的大小，代表了激發(fā)光源的強(qiáng)弱。燈電流大，激發(fā)強(qiáng)度大，靈敏度則高。但燈電流過大會縮短燈的壽命，信號水平及噪聲同時提高，有時還會造成工作曲線的彎曲。當(dāng)滿足要求時，宜選用較低的燈電流［11］。由試驗結(jié)果可知(圖1)，選擇砷、硒燈電流為60～80 mA，可以得到較好的線性關(guān)系，熒光強(qiáng)度相對穩(wěn)定，靈敏度高。

圖1 燈電流對10μg/L As和Se熒光強(qiáng)度的影響

2．2．2 負(fù)高壓的選擇

盡管光電倍增管負(fù)高壓增加時，儀器的靈敏度也增大，但過高的負(fù)高壓會產(chǎn)生較大的噪音，即信號及噪聲水平同時提高。當(dāng)滿足要求時，宜選用較低的光電倍增管負(fù)高壓［11］。由圖2試驗結(jié)果可知，280～300 V負(fù)高壓可得到較好的線性關(guān)系，熒光強(qiáng)度相對穩(wěn)定，靈敏度高，能夠滿足分析要求。

圖2 負(fù)高壓對10μg/L As和Se熒光強(qiáng)度的影響

2．2．3 載氣、屏蔽氣流量的確定

硼氫化鉀反應(yīng)產(chǎn)生的新生態(tài)氫與樣品反應(yīng)后生成的硒化氫是由載氣運送至原子化器的，載氣流量與熒光強(qiáng)度有一定的關(guān)系，而屏蔽氣可以防止周圍大氣的滲入，以保證測定時熒光值的穩(wěn)定。但過低的載氣量難以迅速將氫化物帶入石英爐，過高的載氣量又會沖稀原子的濃度［12］。由圖3、圖4可知，載氣流量在400～500 mL/min、屏蔽氣流量在800～900 mL/min時，熒光強(qiáng)度處于較高的穩(wěn)定平臺。測定中選擇載氣流量為400 mL/min，屏蔽氣流量為800 mL/min可以得到穩(wěn)定的熒光值，即能達(dá)到分析要求。

2．2．4 還原劑濃度的選擇

試驗表明，Se(Ⅵ)必須在鹽酸體系中被還原為Se(Ⅳ)，才能與硼氫化鈉反應(yīng)，形成SeH4，As(Ⅴ)和As(Ⅲ)均與硼氫化鈉反應(yīng)，但反應(yīng)速度不同，As(Ⅲ)比As(Ⅴ)快1．5～2倍。因而，盡管As(Ⅴ)的工作曲線線性同樣良好，但工作曲線斜率，即靈敏度比As(Ⅲ)約低一倍［12］。本試驗用硫脲一抗壞血酸將As(Ⅴ)還原為As(Ⅲ)測定，由試驗結(jié)果可知(圖5)，還原劑(NaBH4)濃度過低，則不利于砷和硒轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氫化物，反之，NaBH4濃度過高，則產(chǎn)生大量氫氣，稀釋氫化物濃度，以上兩種情況均使結(jié)果降低，因此為保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性并考慮儀器噪音的因素，將硼氫化鈉溶液的濃度確定為2%。

圖5 硼氫化鈉濃度對10μg/LAs和Se熒光強(qiáng)度的影響

2．2．5 酸濃度的確定

樣品和載流要求具有一定的酸度，通過對鹽酸、硝酸、硫酸、高氯酸作為反應(yīng)介質(zhì)時進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)鹽酸介質(zhì)的靈敏度較高［12］。本文選擇鹽酸作為反應(yīng)介質(zhì)，按照優(yōu)化好的測定條件對用不同酸度溶液定容的同一濃度(10μg/mL)As和Se標(biāo)準(zhǔn)工作液進(jìn)行測定，由圖6可知，通過比較發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽酸濃度高于5%時，熒光強(qiáng)度相對趨于穩(wěn)定。為使流路中酸度盡量低以避免流路長時間遭受腐蝕，試驗選擇5%鹽酸介質(zhì)。

圖6 酸度對10μg/LAs和Se熒光強(qiáng)度的影響

2．2．6 共存離子的干擾問題

在研究對砷、硒同時測定的干擾時，發(fā)現(xiàn)銅、鉛、銻、鉍等元素會對它們產(chǎn)生不同程度的干擾，試驗表明，加入硫脲－抗壞血酸溶液時，這些離子的干擾被掩蔽，若單獨測定硒時，也可以提高酸度來消除，且食品中這些離子的濃度都較低。因而硫脲－抗壞血酸溶液既是還原劑又作為掩蔽劑可掩蔽一些離子的干擾。在選定的工作條件下，對于10μg/L的砷、硒測定，以下濃度離子(mg/L)不干擾測定:Ca2+、Mg2+、Zn2+、Fe3+、Al3+、Mn2+、Cr6+(100)、Bi3+、Hg+、Sb5+(0．5)、Pb2+、Cd2+(0．3)，在食品溶液中共存離子未超出此量。砷和硒為100倍也互不影響測定，可不必考慮干擾問題［1，7，12］。

2．3 試樣測定與結(jié)果分析

2．3．1 砷、硒標(biāo)準(zhǔn)曲線［7，13－14］

如圖7所示，由于AFS－930雙道原子熒光光度計具有自動進(jìn)樣稀釋功能，以砷、硒的濃度(C)為橫坐標(biāo)，以熒光強(qiáng)度(I)為縱坐標(biāo)進(jìn)行線性回歸，得到砷的曲線方程:I=15．961 2c－4．292 4，其相關(guān)系數(shù)0．999 6;得到硒的曲線方程:I=33．371 5×c－3．828 6，其相關(guān)系數(shù):0．999 8。與此同時，在同樣的儀器工作條件下，對空白樣品進(jìn)行了11次平行測定，計算得砷、硒測定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0．75%和0．86%。以3倍的標(biāo)準(zhǔn)偏差除以斜率，求得砷、硒的檢出限分別為0．14μg/L和0．08μg/L。

圖7 砷、硒標(biāo)準(zhǔn)曲線

2．3．2 試樣測定結(jié)果

由測定結(jié)果表3可知，5份大米樣品中砷、硒含量均符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB 2762—2005《食品中污染物限量》中對砷和硒含量的要求:無機(jī)砷≤0．15 mg/kg，硒≤0．3 mg/kg［15］。這表明，就砷和硒含量這一檢驗項目而言，這次所抽取的不同正規(guī)廠家的產(chǎn)品質(zhì)量安全狀況良好。

表3 大米試樣中的砷、硒含量

2．3．3 精密度和準(zhǔn)確度

對2．3．2中的5份不同的大米樣品經(jīng)消解后的樣液，進(jìn)行6次平行測定，測定結(jié)果列于表4。由表4可知，本方法測定結(jié)果中，砷、硒的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別≤7．4%和≤5．5%，表明本法的精密度較高。對上述的樣液對應(yīng)加入1．000、2．000、3．000、4．000、5．000μg/L等5個不同濃度的砷和硒標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行加標(biāo)回收試驗，計算回收率，結(jié)果列于表5。由表5可知，砷和硒加標(biāo)回收率分別為96．2%～100．8%和98．1%～107．6%，表明本方法的準(zhǔn)確度較高。

表4 砷、硒的精密度試驗結(jié)果

1 1．072 100．2 2 As 0．048 As 0．052 Se 0．070 1．000 1．049 99．7 Se 0．06 2．000 2．016 98．4 2．022 98．1 3 As 0．039 Se 0．079 ．000 2．926 96．2 3．68 107．6 4 As 0．035 Se 0．065 4．000 4．005 99．2 4．26 99．0 5 As 0．050 Se 0．051 ．000 5．089 100．8 5．15 102．7

3 結(jié)論

通過對大米樣品進(jìn)行分類測試、精密度、加標(biāo)回收等一系列試驗，優(yōu)化了氫化物－原子熒光光譜法同時測定大米中砷、硒含量的條件。與單獨對大米中砷、硒含量進(jìn)行測定相比，該測定方法精密度和準(zhǔn)確度均較好，砷、硒的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別≤7．4%和≤5．5%，砷和硒加標(biāo)回收率分別為96．2%～100．8%和98．1%～107．6%，所得標(biāo)準(zhǔn)曲線線性的線性相關(guān)系數(shù)一般都能達(dá)到3個9以上，檢出限也都在0．01 mg/kg以下;同時操作過程中自動化程度較高，受人為因素的影響少，結(jié)果準(zhǔn)確可靠;另外，減少了檢驗過程中的各種誤差，縮短了檢驗周期，大大提高了檢驗效率，這對檢驗行業(yè)的快速發(fā)展提供了很好的技術(shù)支持。

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Disquisition in Measuring Arsenic and Selenium Simultaneously in Rice

Deng Yuanxi Xu Hui Wang Zhanggui Ke Chunlin Ma Long Li Yan
(Department of Bioengineering and Food，Bengbu College，Bengbu 233030)

The application for the determination of the arsenic and selenium content simultaneously using hydride generation－atomic fluorescence spectrometry was studied．Taking the measurement of As and Se in rice as an example，the conditions of the instrument，mainly including minus high voltage，current of light，flux of carrier gas，flux of shielding airflow，were studied．The working curve was linear in the range of 0～10μg/L and the correlation coefficient was 0．999 6 and 0．999 8．The recoveries were 96．2%～100．8%and 98．1%～107．6%，respectively，and the RSD were no more than 7．4%and 5．5%．It was available for analyzing the arsenic and selenium contents simultaneously compared with measuring their contents separately．

arsenic，selenium，atomic fluorescence spectrometer

O567．31

A

1003－0174(2012)05－0097－05

省級質(zhì)量工程建設(shè)項目(20101091)，高校省級優(yōu)秀青年人才基金項目(2012SQRL214)，蚌埠學(xué)院自然科學(xué)研究(2011ZR18)

2011－09－08

鄧源喜，男，1977年出生，助教，碩士，食品質(zhì)量與安全