原子熒光光譜法測定稻谷中總砷及形態砷的研究與分析

張大誠 李發啟 彭燦

[摘要]采用微波消解-原子熒光光譜法測定稻谷中總砷，操作簡單，并且快速準確;采用液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）測定稻谷中形態砷。通過比較總砷和各種形態砷的含量，可知稻谷中砷主要是以無機砷為主，無機砷酸含量占總砷含量的55.0%～84.0%，其中主要是以亞砷酸（As3）的形式存在，亞砷酸含量占總砷含量的44.8%～80.7%，其次，是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）形式存在，而以一甲基砷（MMA）形態存在的非常少。

[關鍵詞]微波消解-原子熒光光譜法;液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）;總砷;形態砷;亞砷酸（As3）

中圖分類號：TS207.3 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202001

民為國基，谷為民命。糧食事關國運民生，糧食安全是國家安全的重要基礎[1]。隨著現代人類的生活水平越來越高，環境污染問題越來越嚴重，人們對于糧食安全也就越來越關注[2-4]。國際癌癥組織（IARC）早已經把砷及其化合物列入為致癌物，聯合國糧農組織（FAO）與世界衛生組織（WHO）早在1972年就將砷列為食品中首批污染物之一。砷在自然界主要以亞砷酸（As3）、砷酸（As5）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、砷糖（AsS）等多種形式存在，其中亞砷酸（As3）和砷酸（As5）的毒性遠大于其他形態的砷，因此研究稻谷中總砷及形態砷的含量具有特別重要的意義[5-6]。

目前測定食品中總砷的方法主要有電感耦合等離子體質譜法[7-8]、氫化物發生原子熒光光譜法[9-11]和銀鹽法[12]，本實驗采用微波消解-原子熒光光譜法測定稻谷中總砷含量，這與《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》（GB 5009.11-2014）中第二法樣品預處理的方法有所不同，第二法是以濕法消解樣品為主要的預處理方法，此種方法需要大量的混酸，所花費的時間較長，有時干擾也非常嚴重，這就導致了測定結果不準確。而采用微波消解預處理樣品，樣品消解的時間會大大縮短，同時用酸量少，空白值低有利于痕量檢測。此外，本實驗中無機砷的測定采用了液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）。稻谷中的無機砷經稀硝酸提取后，經液相色譜進行組分分離，分離后各形態砷在鹽酸介質中與KBH4反應，生成氣態砷化合物，借助原子熒光光譜儀進行測定，從而定量分析各形態砷的含量[13-14]。

1 試驗部分

1.1 材料與試劑

40份原始樣品全部來自2019年常德地區收獲晚秈稻質量調查的農戶。

大米粉標準物質[GBW（E）100348]：鋼鐵納克檢測技術有限公司;砷單元素標準溶液（GSB 04-1714-2004）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心;亞砷酸根溶液標準物質（GBW 08666）：中國計量科學研究院;砷酸根溶液標準物質（GBW 08667）：中國計量科學研究院;一甲基砷溶液標準物質（GBW 08668）：中國計量科學研究院;二甲基砷溶液標準物質（GBW 08669）：中國計量科學研究院;硝酸（優級純）、雙氧水（分析純）、鹽酸（優級純）、抗壞血酸（分析純）、硫脲（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、磷酸二氫鉀（分析純）、磷酸氫二鈉（分析純）：國藥集團化學試劑有限公司;硼氫化鉀（優級純）：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器與設備

液相色譜-原子熒光光譜儀（LC-AFS6500）：北京海光儀器有限公司;微波消解儀（ETHOS UP19033969）：萊伯泰科儀器股份有限公司;趕酸板（VB24）：萊伯泰科儀器股份有限公司;水浴恒溫振蕩器（THZ-82）：江蘇金壇區宏華儀器廠;礱谷機（BLH-3280K）：浙江伯利恒儀器設備有限公司;錘式旋風磨（JXFM110）：浙江伯利恒儀器設備有限公司;超純水機（ZWL-PA1-10）：湖南中沃水務環保科技有限公司。

1.3 儀器條件

總砷測定條件：光電倍增管負高壓300V，燈電流40mA，原子化器高度8mm，載氣為Ar，載氣流量300mL/min，屏蔽氣流量800mL/min，讀數時間15s，延遲時間1.0s。載液：體積分數5%HCl，還原劑：質量分數0.5%氫氧化鈉和2.5%硼氫化鉀的混合液。

無機砷測定條件：光電倍增管負高壓300V，燈電流60mA，原子化器高度8mm，載氣為Ar，載氣流量600mL/min，屏蔽氣流量900 mL/min。載液：體積分數10% HCl，還原劑：質量分數0.5%氫氧化鈉和3.5%硼氫化鉀的混合液。等度洗脫流動相：45mmol/L KH2PO4+5mmol/L Na2HPO4，pH值=5.9，流速：1.0mL/min。

1.4 實驗方法

1.4.1 樣品前處理

40份原始樣品經礱谷機脫殼處理，再通過錘式旋風磨磨成糙米粉即可。

總砷含量的測定：準確稱取0.35g（準確至0.001g）糙米粉于消解罐中，加入5mL硝酸和2mL雙氧水，蓋好安全閥，放入微波消解儀消解。微波消解分五個階段：第一階段，功率1 800W，溫度從室溫升到140℃，時間10min;第二階段，功率1 800W，溫度140℃，保持3min;第三階段，功率1 800W，溫度從140℃升到180℃，時間10min;第四階段，功率1 800W，溫度180℃，保持25min;第五階段，系統冷卻到室溫。試樣消解完成后，自然冷卻到室溫再打開消解罐，放入趕酸板趕酸。趕酸板的溫度設置160℃，時間100min。趕酸結束后，用體積分數5%HCl涮洗消解罐，轉移到10mL比色管中，加入1mL 100g/L硫脲+100g/L抗壞血酸混合液，再用體積分數5%HCl定容，同時做試劑空白試驗。反應30min后，上機測定。

無機砷含量的測定：準確稱取1.0g（準確至0.001g）糙米粉于50mL塑料離心管中，加入20mL 0.15mol/L硝酸溶液，放置過夜。第二天將離心管置于90℃水浴恒溫振蕩器中熱浸提2.5h，每0.5h振蕩1min。提取完畢后，取出離心管自然冷卻到室溫再離心。離心機的轉速8 000r/min離心15min即可。離心完之后，取上層清液，經0.45um有機濾膜過濾，上機測定。

1.4.2 標準曲線配制

測總砷的標曲配制：分別準確移取1ug/mL的砷標準使用液0mL、0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL到25mL容量瓶中（各相當于砷的質量濃度0ug/L、2ug/L、4ug/L、6ug/L、8ug/L、10ug/L），加入2.5mL 100g/L硫脲+100g/L抗壞血酸混合液，再用體積分數5%HCl定容，反應30min后，上機測定。

無機砷的標曲配制：分別準確移取1ug/mL的砷混合標準使用液0mL、0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、2.5mL到25mL容量瓶中（各相當于各形態砷的質量濃度0ug/L、10ug/L、20ug/L、40ug/L、80ug/L、100ug/L），加水定容，上機測定。

2 結果與分析

2.1 標準曲線線性范圍

總砷含量的標準曲線測得結果如圖1所示，砷的濃度在0～10ug/L范圍內呈現良好的線性關系，線性回歸方程為Y=135.452 2X–16.057 7，相關系數為0.999 2。

形態亞砷酸（As3）的標準曲線測得結果如圖2所示，亞砷酸（As3）的濃度在0～100ug/L呈現良好的線性關系，線性回歸方程為Y=392.862 5X+219.958 4，相關系數為0.999 4。

形態二甲基砷（DMA）的標準曲線測得結果如圖3所示，二甲基砷（DMA）的濃度在0～100ug/L呈現良好的線性關系，線性回歸方程為Y=337.568 8X-63.020 3，相關系數為0.999 2。

形態一甲基砷（MMA）的標準曲線測得結果如圖4所示，一甲基砷（MMA）的濃度在0～100ug/L呈現良好的線性關系，線性回歸方程為Y=354.614 0X-112.785 9，相關系數為0.999 8。

形態砷酸（As5）的標準曲線測得結果如圖5所示，砷酸（As5）濃度在0～100ug/L呈現良好的線性關系，線性回歸方程為Y=263.798 0X-101.432 4，相關系數為0.999 8。

2.2 標準物質中總砷和無機砷樣品的測定

按照本實驗方法對大米粉標準物質中總砷和無機砷分別進行6次測定，測定結果如表1所示，計算出6次測定值與樣品標準值相差很小，絕對誤差在可信范圍之內，說明本試驗方法測定總砷和無機砷的結果準確，可以使用;另外總砷和無機砷6次測定結果的相對標準偏差分別為4.0%和5.2%，表明本試驗方法的精密度良好。

2.3 加標回收率的測定

按照本實驗方法對5份樣品進行總砷加標回收測定，分別添加相同含量的砷標準溶液，測定結果如表2所示，發現總砷測定的加標回收率為98.7%～107.8%，加標回收實驗結果較滿意。

按照本實驗方法對5份同樣的樣品進行無機砷加標回收測定，分別添加不同含量的砷標準溶液，測定結果如表3所示，發現無機砷測定的加標回收率為87.7%～100.8%，加標回收實驗結果較滿意。

2.4 樣品中總砷及形態砷的測定分析

按照本實驗方法對40份稻谷樣品總砷及形態砷進行測定，測定結果如表4所示。研究表明本批晚秈稻谷中砷主要是以無機砷為主，無機砷酸含量占總砷的含量為55.0%～84.0%，其中主要是以亞砷酸（As3）形式存在，亞砷酸含量占總砷的含量為44.8%～80.7%，其次是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）的形式存在，一甲基砷（MMA）形態存在的很少。

3 結 論

本文主要通過原子熒光光譜法對晚秈稻谷中總砷及形態砷進行了研究，建立了微波消解-原子熒光光譜法測定稻谷中總砷。該方法操作簡單快速，結果準確度高，可作為食品中總砷測定的一種快速檢測方法;同時采用液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）測定稻谷中無機砷。通過研究比較總砷和各種形態砷的含量，發現晚秈稻谷中的砷主要是以亞砷酸（As3）形式存在，最高含量占總砷含量的80.7%。

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