抑制植物樣品消解過程中硒揮發的方法

陳海杰 馬娜 陳衛明 顧雪 張鵬鵬 張靈火 白金峰 于兆水

摘?要?氫化物發生-原子熒光光譜法（HG-AFS）是測定植物樣品中硒（Se）的理想方法，但植物樣品中Se在消解過程中容易揮發損失，而使結果偏低。Se標準溶液采用HCl、HF、HClO4消解時，加熱至蒸干后，Se會揮發損失，而單獨采用HNO3消解時不會揮發損失，表明Se的揮發可能與F、Cl的存在有關。本研究發現，Ca2+可以有效抑制Se的揮發損失，基于此建立了HG-AFS測定植物樣品中痕量Se的分析方法。 取0.5000 g植物樣品，加入8 mL 0.015 g/mL Ca2+，采用HNO3-HClO4（15∶2，V/V）混合液于低溫電熱板進行消解，加熱至蒸干，Se也不會揮發損失。考察了Ca2+對于共存干擾元素允許量的影響，發現加入Ca2+后，共存干擾元素的允許量并未發生明顯變化。本方法檢出限為4.95 ng/g，精密度達到2.56%～3.17%，采用不同類型的植物標準物質驗證，測定值與標準值吻合。

關鍵詞?氫化物發生-原子熒光光譜法; 痕量硒; 植物樣品; 揮發; 損失

1?引 言

硒（Se）是人體必須的微量元素，參與多種酶和蛋白質的合成，Se的缺乏和過量都會引起毒性作用[1～4]。糧食、蔬菜和水果等植物是人體攝入Se的重要來源，因此準確測定植物樣品中Se的含量具有重要的意義。

目前，Se的測定方法主要有伏安法[5，6]、原子吸收光譜法（AAS）[7，8]、電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）[9～11]、電感耦合等離子體發射光譜法（ICP-OES）[12，13]和原子熒光光譜法（AFS）[14，15]。其中，伏安法操作簡便，靈敏度高，但長期穩定性略差; AAS和ICP-OES檢出限相對較高; 由于Se的第一電離能較高，因此ICP-MS測定Se的靈敏度相對較低，同時存在較為嚴重的多原子離子干擾，雖然可以采用氦氣、氧氣等碰撞反應消除干擾，但卻降低了測定的靈敏度; 氫化物發生（HG）[16]技術具有將分析元素與可能引起干擾的元素分離，進樣效率高等優點，多與AAS、ICP-OES、ICP-MS和AFS聯用[12～15，17，18]。其中，HG-AFS具有結構簡單、靈敏度高、設備使用成本低等優點，是測定Se的主要方法。

植物樣品中Se的消解主要采用濕法敞開消解[15]和微波密閉消解[9]等方法，消解后殘留的氮氧化物和HNO3等會對HG-AFS的測定造成干擾[19]。因此，需要將HNO3等除盡，而Se容易在消解過程中揮發損失。相關標準要求加熱至近干，但切不可蒸干[20]，防止Se揮發。鄒大瓊等[21]采用HNO3 + HClO4對樣品進行消解，加入Cu可以抑制HClO4冒煙時Se揮發損失。但Cu作為HG-AFS測定Se時最主要的干擾元素之一，其允許量較低。本研究的干擾實驗結果表明，1.6 μg/mL Cu2+已嚴重影響2 ng/mL Se的測定，因此，加入Cu后的含Se樣品并不適合采用HG-AFS測定。植物樣品采用濕法消解時，未見加熱至蒸干而Se不揮發的方法。

實驗結果表明，消解過程中Se的揮發可能是樣品中存在的氯（Cl）等引起的，本研究前期實驗發現，通過加入Ca2+可以抑制Se在消解過程的揮發，即使加熱至干，Se也不會揮發損失。 在此基礎上，建立了HG-AFS測定植物樣品中痕量Se的分析方法，顯著降低了操作難度，提高了方法的準確度和可靠性。

2?實驗部分

2.1?儀器與試劑

XGY-1011 A氫化物-原子熒光光譜儀（河北廊坊開元高技術開發公司）。HNO3、HCl、HClO4和HF（優級純，北京化工廠）; Ca（NO3）2、CaCl2、Ca（OH）2（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）。 標準物質大米（GBW10010）、小麥（GBW10011）、玉米（GBW10012））、圓白菜（GBW10014）、豆角（GBW100121）、蒜粉（GBW10022）、紫菜（GBW10023）、人參（GBW10027））、黃芪（GBW10028）、胡蘿卜（GBW10047）和芹菜（GBW10048）（中國地質科學院地球物理地球化學勘查研究所）; KBH4溶液： 取7 g KBH4和2 g NaOH以去離子水溶解并定容1000 mL配制而成; 0.015 g/mL Ca2+溶液：取88.4 g Ca（NO3）2·4H2O，以去離子水溶解并定容至1000 mL。

1000 mg/L Se標準儲備液（國家標準物質中心），逐級稀釋成 0.1 μg/mL Se標準工作溶液。標準系列溶液：分別移取0.1 μg/mL Se標準工作溶液0.0、0.25、0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 mL于100 mL容量瓶中，分別加入20 mL HCl和32 mL Ca2+溶液，以去離子水定容，配制成0、0.25、0.5、1.0、2.0、4.0和8.0 ng/mL的標準系列溶液。

2.2?儀器工作條件

XGY-1011 A型氫化物-原子熒光光譜儀工作條件為：燈電流80 mA，負高壓280 V，原子化器高度7 mm，原子化器溫度100 ℃，載氣流量800 mL/min，樣品進樣量 2 mL，KBH4用量為5 mL。

2.3?樣品消解程序

稱取0.5000 g樣品于50 mL玻璃錐形瓶中，加入15 mL HNO3、2 mL HClO4和8 mL 0.015 g/mL Ca2+溶液，于低溫電熱板（約220℃）上加熱至蒸干。取下冷卻后，加入10 mL HCl（1∶1，V/V），于低溫電熱板繼續加熱5 min，取下冷卻后，轉入25 mL比色管中，加去離子水至刻度，搖勻，待測。

3?結果與討論

3.1?Ca2+對標準溶液中Se回收率的影響

取HNO3、HCl、HF、HClO4和HNO3-HClO4（10∶1，V/V）溶液各10 mL，分別加入2 mL 50 ng/mL Se標準溶液，按照2.3節進行消解，加熱至蒸干，結果見圖1。不加Ca2+時，單獨采用HNO3消解（避免標準溶液中引入Cl），Se不會揮發損失; 引入F和Cl后，Se的損失加劇，表明Se易與F和Cl形成易揮發化合物; 加入Ca2+后，所有消解溶液中Se均不會揮發損失。可能是Ca與Se形成穩定的化合物，抑制了Se的揮發。加入Ca2+后，不僅回收率接近100%，而且重現性也明顯改善。

3.2?Ca2+對實際樣品中Se回收率的影響

選取植物樣標準物質 GBW10022（蒜粉），按照樣品消解步驟，分別加熱到不同階段，加Ca2+和不加Ca2+的對比結果見圖2。加熱至消解液剩余較多且HClO4尚未冒白煙時，植物樣品中殘留了大量HNO3、氮氧化物和有機顆粒物等，會嚴重影響測定，加Ca2+和不加Ca2+的結果均偏低; 不加Ca2+時，只在HClO4冒白煙時，回收率較好。這與植物樣品的標準分析方法中要求加熱至近干的描述一致，此時Se并未揮發損失。如蒸干就會造成Se的揮發損失; HClO4冒煙時間不足時，植物樣消解不完全，結果也會偏低，這極大增加了操作難度。加入Ca2+后，從HClO4冒白煙一直到蒸干2 h后，回收率基本恒定（趨近于100%），表明在植物樣品消解過程中，Ca同樣可以抑制Se的揮發損失。

3.3?Ca2+加入量

分別取 0.5000 g 植物標準物質 GBW10022（蒜粉，標準值為 0.390 μg/g）、GBW10023（紫菜，標準值為 0.124 μg/g），加入不同量的0.015 g/mL Ca2+溶液，按照樣品消解步驟進行消解，

結果見圖3。對于0.5000 g植物樣，加入6 mL Ca2+溶液可以抑制Se的揮發，即使加入量達到10 mL時，也不會對測定結果造成干擾。為保證加入足量的Ca2+，對于0.5000 g 植物樣，選擇加入8 mL 0.015 g/mL Ca2+溶液。另外，不改變Ca2+的加入量，采用Ca（NO3）2、CaCl2和Ca（OH）2均能取得一致的效果。

3.4?加Ca2+對干擾元素允許量的影響

HG-AFS測定Se時，共存離子會對測定造成影響[22]。分別采用不同量的干擾離子，加入50 ng Se和5 mL HCl，配制成25 mL溶液后進行測定（結果見表1）。共存元素Cd（1.0 mg）、 Cu （0.02 mg）、 Co（1.0 mg）、 Ni（1.0 mg）、Pb（1.0 mg）、Sn（1.0 mg）、Zn（1.0 mg）、As（0.25 mg）、Ge（0.05 mg）、Hg（0.1 mg）、 Sb（1.0 mg）、Ag（5.0 μg）、Au（1.0 μg）、Pt（100 μg）、Bi（25 μg）、Te（10 μg）不會對測定造成干擾。其中主要干擾元素為Cu、Ag、Au、Pt和能生成氫化物的元素As、Ge 、Hg 、Sb、 Bi、 Te等。加Ca前后，共存干擾元素的允許量無明顯差異，并且干擾元素的允許量遠高于植物樣品中的含量，因此不會對Se的測定產生影響。

3.5?加 Ca2+對方法精密度和檢出限的影響

采用本方法，平行進行12份樣品空白溶液的測定（稀釋倍數50）。加Ca2+和不加Ca2+的檢出限分別為 5.19和 4.95 ng/g。采用 GBW10022（蒜粉）和GBW10048（芹菜），每個樣品進行10次平行測定，按照制定的樣品消解步驟進行消解，計算方法的精密度（表2）。結果表明，加Ca2+后，方法的精密度和準確度都明顯提高。

3.6?方法準確度

選擇糧食作物（大米、小麥等）、蔬菜（圓白菜、胡蘿卜等）和中藥材（人參、黃芪等）等不同類型的標準物質共9個，按照制定的分析方法進行測定（表3），每個樣品進行4次平行實驗，測定結果與標準值一致。

References

1?Rayman M P. Lancet，2012，379（9822）： 1256-1268

2?Zhang L，Gao Y，Feng H，Zou N，Wang K，Sun D. J. Trace Elem. Med. Bio.，2019，56： 21-30

3?Kurniawati S，Lestiani D D，Damastuti E，Santoso M. J. Food Compos. Anal.，2019，82： 103222

4?Ghimire S，Baral B K，Feng D，Sy F S，Rodriguez R. Nutrition，2019，62： 169-176

5?Shahbazi Y，Ahmadi F，Fakhari F. Food Chem.，2016，192： 1060-1067

6?Ochab M，Geca I，Korolczuk M. Talanta，2017，165： 364-368

7?Luz M S，Nascimento A N，Oliveira P V. Talanta，2013，115（17）： 409-413

8?de Oliveira R M，Antunes A C N，Vieira M A，Medina A L，Ribeiro A S. Microchem. J.，2016，124： 402-409

9?Wei Y H，Zhang J Y，Zhang D W，Luo L G，Tu T H. Food Chem.，2014，159： 507-511

10?Griboff J，Wunderlin D A，Monferran M V. Microchem. J.，2017，130： 236-244

11?Henn A S，Rondan F S，Mesko M F，Mello P A，Perez M，Armstrong J，Bullock L A，Parnell J，Feldmann J，Flores E M M. Spectrochim. Acta B，2018，143： 48-54

12?Welna M，Szymczycha-Madeja A. Food Chem.，2014，159： 414-419

13?Welna M，Szymczycha-Madeja A，Pohl P. Talanta，2017，167： 217-226

14?Liu L，Yang X A，Lu X P，Zhang W B. Talanta，2017，171： 90-100

15?L Li，LI Yuan，JING Mei-Jiao，MA Meng-Dan，PENG Yue-Han，QIN Sun-Yi，LI Liu-An. Spectros. Spect. Anal.，2019，39（2）： 607-611

呂 莉，李 源，井美嬌，馬夢丹，彭玥晗，秦順義，李留安. 光譜學與光譜分析，2019，39（2）： 607-611

16?Long Z，Chen C，Hou X，Zheng C. Appl. Spectrosc. Rev.，2012，47（7）： 495-517

17?QIAN Wei，JING Qian，WANG Ru-Hai，GONG Hua，HAN Yong. Spectros. Spect. Anal.，2014，34（1）： 235-240

錢 薇，蔣 倩，王如海，龔 華，韓 勇. 光譜學與光譜分析，2014，34（1）： 235-240

18?Romanovskiy K A，Bolshov M A，Münz A V，Temerdashev Z A，Burylin M Y，Sirota K A. Talanta，2018，187： 370-378

19?WANG Xue-Qin，LU Dan，LIU Jin-Hua，YIN Xue-Feng. Chinese J. Anal. Chem.，2009，37（2）： 288-290

王雪芹，魯 丹，劉金華，殷學鋒. 分析化學，2009，37（2）： 288-290

20?DZ/T 0253.2-2014，Analytic Methods for Biologic Samplesin Eco-Geochemistry Assessment-Part 2： Determination of Selenium Content-Fluorescent Spectrophotometry. Geological and Mineral Industry Standards of the People′s Republic of China

生態地球化學評價動植物樣品分析方法.第2部分： 硒量的測定 原子熒光光譜法. 中華人民共和國地礦行業標準，DZ/T 0253.2-2014

21?ZOU Da-Qong，ZHAN Zhi-Chun，ZHANG Ai-Yuan. J. Instr. Anal.，1992，11（1）： 75-78

鄒大瓊，詹志春，張愛沅. 分析測試學報，1992，11（1）： 75-78

22?ZHANG Jin-Mao，FAN Fan，REN Ping. Rock Min. Anal.，1993，12（04）： 264-267

張錦茂，范 凡，任 萍. 巖礦測試，1993，12（04）： 264-267