前處理方法對測定山藥中的汞和砷含量的影響

翟碩莉李志濤張秀豐

(1.衡水學院生命科學系，河北 衡水 053000；2.石家莊海關技術中心，河北 石家莊 050000)

山藥為薯蕷科植物薯蕷(Dioscorea opposita Thunb.)的干燥根莖[1]，因其含有豐富的多糖、氨基酸、脂肪酸、淀粉、微量元素等營養元素以及尿囊素、黃酮、甾醇類、鹽酸多巴胺等功能性成分，是我國傳統的藥食同源的養生食材。近幾年，隨著人們食品安全意識的提高及對環境污染的重視，山藥中重金屬含量的檢測受到廣泛關注。汞和砷都是自然界中分布廣泛的重金屬元素，作為原料普遍應用于多種工業中，可能造成環境污染，進而通過各種途徑進入食物鏈，微量的攝入在人體內具有強的蓄積性，產生遠期效應或慢性疾病。無機汞主要蓄積于腎臟，造成腎臟損傷，甲基汞毒性強，能夠通過血腦屏障進入大腦，造成神經損傷。無機砷的毒性大于有機砷，無機砷中三價砷毒性最大，能夠阻礙細胞的呼吸和代謝。

國標以及收集的文獻表明，冷原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、電感耦合等離子體質譜法是汞和砷常用的檢測方法。季瀾洋[2]等以稻谷為研究對象檢測汞，對比了冷原子吸收光譜法與原子熒光法，測定數據表明，二者無顯著差異，冷原子的準確度、精密度和加標回收率高于原子熒光光譜法。刁春霞[3]等分析了微波消解-電感耦合等離子體質譜法測定帶魚中汞和砷等5種重金屬，結果表明，實驗選擇的方法靈敏度高，重現性好。由于汞極其不穩定，樣品的前處理必須慎重，前處理也會影響砷的檢測結果，選擇合適的汞和砷的前處理方法尤為重要。汞和砷常用的前處理方法有濕法消解、微波消解、干法灰化、壓力罐消解法[4-7]。陳亮[8]建立了快速消解的前處理方法，石墨爐原子吸收測定大米、茶葉、奶粉中砷的檢測方法。劉鈺釵[9]等建立了壓力罐消解法測定面粉中的汞和砷。李蓉[10]等采用微波消解同時處理香辛料，建立測定汞和砷的前處理方法。陳洪浪[11]等匯總了2019年之前關于山藥中重金屬污染的相關文獻，對其進行了分析表明，按照GB2762-2017[12]標準比較，山藥中的汞和砷均已超標，因此建立健全山藥中汞和砷的前處理方法和測定方法很有必要。本文采用檢測技術成熟的原子熒光法檢測山藥中汞和砷，選擇實驗室常用的濕法消解和微波消解，研究不同前處理方法對檢測結果的影響。比較2種前處理方法對測定結果的影響，以期獲得較高準確度和精確度的汞和砷測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料

小白嘴山藥(購于菜市場)。

1.2 儀器與試劑

SH220F石墨爐消解儀、AFS3100原子熒光光度計、EHD-24控溫趕酸器、微波消解儀、汞空心陰極燈、砷空心陰極燈。

汞標準儲備液(1000mg·L-1，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)、砷標準儲備液(1000mg·L-1，國家有色金屬及電子材料分析測試中心)、硝酸、高氯酸、硫酸、過氧化氫、重鉻酸鉀、硼氫化鉀、氫氧化鉀、硫脲、抗壞血酸。

硫脲加抗壞血酸的混合溶液配制：10g硫脲，加80mL水，加熱溶解，冷卻后，加入10g抗壞血酸，定容至100mL，現用現配。

1.3 實驗方法

1.3.1 標準溶液的配制

1.3.1.1 50μg·L-1汞標準溶液

0.5g·L-1重鉻酸鉀的硝酸溶液稀釋汞標準儲備液(1000mg·L-1)，現用現配。

1.3.1.2 1mg·L-1砷標準溶液硝酸溶液(2+98)稀釋砷標準儲備液(1000mg·L-1)，現用現配。

1.3.2 樣品處理

將山藥清洗、去皮、烘干、研磨，過60目篩，備用。

1.3.3 濕法消解

參考GB5009.11-2014[2]和GB5009.17-2014[3]。選擇不同的混酸和消解溫度取2g山藥粉，加入一定體積的混酸，混酸分別選擇硝酸、硝酸加高氯酸、硝酸加過氧化氫、硝酸加高氯酸加+硫酸，放置過夜，第2天于石墨爐消解儀消解，若消解至1mL時仍有未分解物或者顏色較深，冷卻后補加硝酸直至消解完全，降低溫度至100℃趕酸至白煙散完，備用。同時做試劑空白實驗。

汞測定前，將上述消解液轉入25mL容量瓶中，用水洗滌消解管3次，合并洗滌液，定容，待測；砷測定前，將上述消解液轉入25mL容量瓶中，用水洗滌消解管3次，合并洗滌液，加入硫脲加抗壞血酸溶液2mL，定容，放置30min，待測。

1.3.4 微波消解

取0.5g山藥粉于微波消解管中，加入一定量的硝酸和過氧化氫，按照微波消解的步驟消解山藥粉，消解完成后80℃加熱至棕色氣體消失，冷卻后將消解液加入25mL容量瓶中，用水洗滌消解管3次，合并洗滌液，備用。同時做試劑空白實驗。

汞測定前，將上述消解液用水定容至25mL，待測；砷測定前，將上述消解液加入硫脲加抗壞血酸溶液2mL，定容，放置30min，待測。

表1 微波消解升溫程序

1.3.5 原子熒光光度計的工作條件[2,3]

1.3.5.1 汞測定儀器條件

負高壓：240V；汞空心陰極燈電流：30mA；載氣：氬氣；載氣流速：500mL·min-1；屏蔽氣流速：800mL·L-1；測量方法：熒光強度；讀數方式：峰面積。試樣進入原子熒光光譜儀，以5%鹽酸為載流，5g·L-1硼氫化鉀和氫氧化鉀還原汞成原子態，由載氣帶入原子化儀中，氬氣火焰將其形成基態原子，在汞陰極燈發射光的激發下產生原子熒光。

1.3.5.2 砷測定儀器條件

負高壓：260V；砷空心陰極燈電流：50mA；載氣：氬氣；載氣流速：50mL·min-1；屏蔽氣流速：800mL·L-1；測量方法：熒光強度；讀數方式：峰面積。試樣進入原子熒光光譜儀，以鹽酸為載流，10g·L-1硼氫化鉀和氫氧化鉀生成砷化氫氣體，由載氣帶入原子化儀中，氬氣火焰將其形成基態原子，在砷陰極燈發射光的激發下產生原子熒光，測得原子熒光強度。

2 結果與分析

2.1 標準曲線的繪制

用5%硝酸溶液將50μg·L-1汞標準溶液和1mg·L-1砷標準溶液進行稀釋，配制汞和砷混標溶液，混標溶液中汞為0μg·L-1、0.2μg·L-1、0.5μg·L-1、1.0μg·L-1、1.5μg·L-1、2.0μg·L-1、2.5μg·L-1系列濃度，砷為0μg·L-1、5.0μg·L-1、10μg·L-1、20μg·L-1、30μg·L-1系列濃度。在1.3.5原子熒光光度計的工作條件下進行測得，根據測得熒光值繪制標準曲線，其對應的回歸方程如下。汞：y=779.3x-3.3778，砷：y=171.92x-45.6。R值分別為0.9990和0.9992。說明汞在0～2.5μg·L-1范圍內有較好的線性關系，砷在原子熒光光度計的工作條件0～30μg·L-1范圍內有較好的線性關系。

2.2 濕法消解最高消解溫度考察

根據1.3.3的實驗步驟，對山藥樣品進行消解，消解體系選擇GB 5009.11-2014規定的混酸體系，即20mL硝酸加4mL高氯酸加1.25mL硫酸，最高消解溫度選擇100℃、150℃、200℃、350℃、300℃。在該條件下消解山藥樣品，測得汞和砷含量如圖1、圖2所示。

由圖1、圖2可知，最高消解溫度為150℃時，汞含量最大，消解溫度超過150℃后，隨著溫度的升高，測得汞含量降低，可能是因為濕法消解過程屬于半封閉，溫度越高汞溢出量增加，因此汞消解的最高溫度選擇150℃。而砷含量隨最高消解溫度的升高一直在增加，200℃以上時，砷含量的增幅速度減慢，這是因為實驗中選擇的消解體系為硝酸、高氯酸和硫酸的混酸體系，硝酸沸點為121℃，高氯酸沸點為203℃，硫酸沸點為338℃，高氯酸和硫酸的存在可能影響元素的測定[13]，因此砷測定的前處理消解溫度應為350℃。所以山藥樣品選擇濕法消解時，汞和砷不能同時消解。

圖1 濕法消解溫度與汞含量關系圖

圖2 濕法消解溫度與砷含量關系圖

2.3 微波消解最高消解溫度考察

根據1.3.4的微波消解程序，山藥樣品中加入5mL硝酸進行消解，最高消解溫度設計范圍在160～200℃，其它升溫條件仍按表1設置。在該條件下消解山藥樣品，測得汞和砷含量如圖3、圖4所示。

由圖3、圖4可以看出，隨著微波消解最高溫度的增加，汞和砷的含量在增加，汞含量在190℃時最高，砷含量在180℃時最高，但通過圖3、圖4可知，在180℃以上，汞和砷的測定值波動不大，因此實驗中可選擇180℃或190℃作為微波消解的最高溫度。

圖3 微波消解溫度與汞含量關系圖

圖4 微波消解溫度與砷含量關系圖

2.4 不同混酸體系對汞和砷含量的影響

根據2.2的實驗結果，測汞的山藥樣品濕法消解選擇150℃，測砷的山藥樣品濕法消解選擇350℃。微波消解溫度選擇180℃。由表2實驗結果可以看出，濕法消解測定的汞含量最高為0.010mg·kg-1，砷含量為0.363mg·kg-1，微波消解測定的濕法消解時汞含量最高為0.016mg·kg-1，砷含量為0.381mg·kg-1，可見微波消解前處理方法優于濕法消解。濕法消解處理時，混酸選擇10mL硝酸加2mL高氯酸，汞含量最高；砷含量最高的混酸體系為10mL硝酸加2mL高氯酸加0.5mL硫酸。微波消解時，硝酸加過氧化氫體系測定的汞值略高，不同消解體系測定的砷含量相差不大。

表2 不同前處理方法的汞和砷測定結果

2.5 回收率實驗

將山藥粉采用微波消解的方法進行前處理，消解液選擇6mL硝酸加1mL過氧化氫，分別加入一定量汞、砷標準溶液進行加標回收實驗，結果見表3。

表3 汞和砷的加標回收結果

由實驗結果可知，采用5mL硝酸加2mL過氧化氫進行微波消解處理，測得的汞加標回收率在94%～105%，砷加標回收率在92%～103%，說明此前處理方法可獲得較好的加標回收率。

2.6 精密度實驗

取汞標準溶液1.0μg·L-1，砷標準溶液10.0μg·L-1，原子熒光光譜法連續測6次，根據數值計算RSD值分別為1.05%和0.83%，表明選擇的原子熒光光譜法的工作條件適用于山藥中汞和砷的測定，精密度好。

根據2.4的實驗結果，將山藥樣品在6mL硝酸加1mL過氧化氫消解體系下微波消解，連續測定6次，汞和砷的其RSD值分別為0.96%和0.72%。分別取6份山藥樣品在6mL硝酸加1mL過氧化氫消解體系下進行微波消解，汞和砷的其RSD值分別為1.63%和1.28%。表明在5mL硝酸加2mL過氧化氫消解體系下進行微波消解重復性好。

將山藥樣品在6mL硝酸加1mL過氧化氫消解體系下微波消解，原子熒光光譜法測定，消解液放置24h后，再次測定，結果顯示2次所測數據相差無幾，說明此消解條件下測得汞和砷的穩定性好。

3 結論

食品中汞和砷檢測的前處理方法很多，通過實驗可以看出，濕法消解和微波消解分別處理后，汞和砷的檢測值有差別，微波消解處理檢測值略高于濕法消解。分別對2種前處理方法的最高消解溫度進行實驗，濕法消解條件下，汞需要在較低溫度下消解，而砷則需要較高的溫度，因此不能同時對樣品進行前處理。微波消解溫度相差不大，可以同時處理樣品，精密度、準確度、重復性較好，能夠滿足測定要求。且微波消解過程為密閉空間，危險系數低。本實驗結果表明,微波消解是處理山藥樣品的可靠方法。