微波消解-原子熒光光譜法測定大米中總砷含量

摘要：采用微波消解-原子熒光光譜法測定大米中總砷含量，研究了微波消解時消解體系的配比、消解浸泡時間和試劑選擇對大米中總砷含量的影響。結果表明：在HNO3用量為8 mL，H2O2用量為3 mL，浸泡時間為15 h的條件下，實驗測量值與真實值最接近。總砷含量在0～10 μg/L的質量濃度范圍內具有良好的線性關系，相關系數為0.999 6，檢出限為0.001 8 mg/kg，利用該方法對不同大米樣進行測定，測定值在真實值不確定范圍內，相對標準偏差在5.5%以下，樣品加標回收率為89%～95%。該方法可用于大米總砷含量的測定。

關鍵詞：總砷；原子熒光光譜法；大米；微波消解

中圖分類號：TS212.7 文獻標志碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.20230219

Detection of total arsenic content in rice by microwave digestion-atomic fluorescence spectrometry

He Rui， Li Li， Li Jinchun， Gong Yang， Li Huaying， Yan Wenjing， Lei Zhengda

（Sichuan Grain and Oil Research Institute， Chengdu， Sichuan 611130）

Abstract： The total content of arsenic in rice was determined by microwave digestion-atomic fluorescence spectrometry. In this paper， the effects of the ratio of digestion system， the digestion soaking time， and the reagent selection on the total arsenic content in rice during microwave digestion were studied. The results showed that when the dosage of HNO3 was 8 mL， the addition amount of H2O2 was 3 mL， and the soaking time was 15 hours， the measured value was closest to the real value. The total arsenic content had a good linear relationship in the concentration range of 0 ～ 10 μg/L， the correlation coefficient was 0.999 6， and the detection limit was 0.001 8 mg/kg. The method was used to determine different samples of rice， and the measured values were within the uncertainty range of the true values， the relative standard deviations RSD were all lower than 5.5%， and the recoveries ranged from 89% to 95%， indicating that the method could be used for the determination of total arsenic content in rice.

Key words： total arsenic， atomic fluorescence spectrometry， rice， microwave digestion

砷是一種有毒且致癌的重金屬元素，其可通過消化道、呼吸道等途徑進入人體，經富集后可引起人體器官的癌變[1-2]。在環境保護標準中，砷被列為第一類污染物[3]。

水稻是我國主要糧食作物，與其他糧食作物作物相比，水稻更容易吸收富集土壤中的砷[4]。當砷超標的稻谷加工成大米進入食物鏈后會威脅消費者的身體健康，甚至生命。

GB 5009.11—2014《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》規定用原子熒光光譜法測定食品中總砷含量時，樣品消解方法只有濕法消解和干法消解，但這兩種方法操作復雜、耗時長且試劑用量大。微波消解法具有加熱速度快、用時短、加熱均勻、準確度高等顯著優點，目前微波消解結合原子熒光光譜法在各類檢測機構中被廣泛應用，并有大量文獻報道可以用微波消解-原子熒光光譜法測定食品中總砷的含量，但不同研究者應用微波消解時，消解液試劑種類、配比及消解時間不同，方法選擇存在差異，例如朱亞萍等[5]測定大米樣品時要求靜置過夜，而張大誠等[6]認為樣品無需靜置過夜，這導致結果的準確性有待考證。本文擬對微波消解時消解體系配比、消解時間和消解試劑進行優化和選擇，利用氫化物發生原子熒光光譜法測定大米中總砷含量，以期為準確測定大米及其他食品中總砷含量提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

大米粉標準物質（GBW（E）1003599）：總砷含量0.15 mg/kg，鋼研納克檢測技術有限公司；1 000 μg/mL砷單元素標準溶液（GSB04-1714-2004）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；硝酸（優級純）：德國默克公司；鹽酸（優級純）、硫酸（優級純）、雙氧水（優級純）：國藥集團化學試劑有限公司；抗壞血酸（分析純）、硫脲（分析純）、氫氧化鈉（分析純）、硼氫化鉀（優級純）：天津市科密歐化學試劑有限公司。

1.2 主要儀器和設備

AFS-921型原子熒光光譜儀：北京吉天儀器有限公司；Multiwave Go型微波消解儀：安東帕（上海）商貿有限公司；BHW-09A型真空濃縮趕酸系統：安東帕（上海）商貿有限公司；ML204T型電子天：梅特勒托利多科技（中國）有限公司。

1.3 原子熒光光譜儀工作條件

載流5% HCl；還原劑1% KBH4+0.5% KOH；負高壓280 V；負高壓280 V；總電流80 mA；輔陰極電流40 mA；載氣流量400 mL/min；屏蔽氣流量800 mL/min；原子化高度8 mm；蠕動泵65 r/min。根據前期預實驗和儀器設備性能，選擇表1的消解程序上微波。

1.4 實驗方法

1.4.1 硫脲-抗壞血酸混合溶液配制

稱取10 g硫脲，加約80 mL水，加熱溶解，待冷卻后加入10.0 g抗壞血酸，稀釋至100 mL。現配現用。

1.4.2 實驗器皿清洗

實驗所用玻璃器皿和消解罐需用20% HNO3浸泡過夜，并用超純水反復清洗，低溫烘干后使用。

1.4.3 標準曲線配制

吸取100 μL的1 000 μg/mL砷標準溶液于100 mL容量瓶中，用5%鹽酸定容至刻度，搖勻。第一次稀釋后砷標液為1 000 μg/L。再取100 μL 1 000 μg/L的砷標準溶液于10 mL容量瓶中，加1 mL硫脲+抗壞血酸于容量瓶中，用5%鹽酸定容至刻度，質量濃度為10 μg/L。混勻后靜置30 min后上機，儀器自動稀釋。

1.4.4 消解體系的選擇與優化

（1）電熱板預消解：準確稱取大米質控樣約 0.2 g（精確到0.001 g）于密閉式聚四氟乙烯的微波消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL過氧化氫，擰緊蓋子靜置30 min，然后在170 ℃預消解直黃煙散去。

（2）過氧化氫用量對消解結果的影響：預消解完成后補加3 mL硝酸和0 mL濃硫酸于消解罐中，再分別補加1、2 mL過氧化氫于消解管中，擰緊消解罐蓋進行微波。待微波消解結束后，取出消解罐置于通風櫥中緩慢打開；置于真空濃縮趕酸系統中，在180 ℃下趕酸至液體澄清透明且黃豆粒大小。探究過氧化氫使用量對大米總砷測定值的影響。同時做空白實驗。

（3）硫酸用量對消解結果的影響：預消解后補加3 mL硝酸、1 mL過氧化氫。分別補加0、0.5 mL濃硫酸于消解罐中，進行微波消解。之后步驟同1.4.4（2）。研究硫酸用量對大米總砷測定值的影響。同時做空白實驗。

（4）預消解浸泡時間對消解結果的影響：準確稱取樣質控品約0.2 g（精確到0.001 g）于消解罐中，加入5 mL硝酸、2 mL過氧化氫，擰緊消解罐蓋浸泡0.5、15 h，然后在170 ℃預消解直黃煙散去。預消解后補加3 mL硝酸、1 mL過氧化氫于消解罐中，之后步驟同1.4.4（2）。研究預消解浸泡時間對大米總砷測定值的影響。同時做空白實驗。

2 結果與分析

2.1 標準曲線與檢出限

配制10 μg/L砷標準工作液，系統自動稀釋（1、2、4、8、10 μg/L），以砷標準溶液質量濃度為橫坐標，相應的熒光強度為縱坐標，構建砷標準工作曲線，見圖1。標準曲線方程為y=156.88x-33.603，相關系數R2=0.999 6，在0～10 μg/L的質量濃度范圍內，線性關系良好。

在給定的儀器工作條件下，連續進11次載流空白（即5%鹽酸），按LOD（檢出限）=3 s/b（s為試劑空白熒光值的標準偏差，b為標準曲線的斜率）計算檢出限[7-8]，求得儀器檢出限為0.072 μg/L。稱樣量為1 g，定容至25 mL時，方法檢出限為0.001 8 mg/kg。參考倪海平等[9]的方法計算定量限，即LOQ（定量限）=3 LOD，求得定量限為0.005 4 mg/kg，均低于GB 5009.11—2014《食品安全國家標準 食品中總砷及無機砷的測定》中原子熒光光譜法的檢出限和定量限。

2.2 過氧化氫用量對消解結果的影響

采用原子熒光光譜法測定砷元素時，需將樣品中有機砷完全轉化成無機砷才能測定[10]。微波消解溫度在200 ℃以下，僅能將砷消解成離子態。硝酸具有強氧化性，大多數金屬都能被其溶解成可溶性鹽，且硝酸強氧化性與溫度有一定的關系，隨著消解溫度升高而增強，但是在微波消解時即使加入硝酸有機態砷也可能不能完全轉化成無機態的砷。大米中含有一定量有機砷，采用微波消解時需要保持消解液的強氧化性和高沸點，因此在消解體系加入過氧化氫，一方面可減少氮氣的生成，提高消解溫度，另一方面過氧化氫消解完后可分解除去。

實驗發現，過氧化氫用量為3、4 mL時，總砷含量測定值分別為0.132、0.135 mg/kg，二者之間無顯著性的差異。這可能是因為過氧化氫作用已達到飽和，即使再增加過氧化氫含量，效果可能也不顯著。因此，過氧化氫用量選擇3 mL。

2.3 硫酸用量對消解結果的影響

實驗發現，硫酸用量為0、0.5 mL時，總砷含量測定值分別為0.132、0.130 mg/kg，二者之間無顯著性差異。從安全性和成本角度出發，在消解時可不使用濃硫酸。

2.4 預消解浸泡時間對消解結果的影響

實驗發現，預消解浸泡時間為15、0.5 h時，總砷含量測定值分別為0.142、0.132 mg/kg，其中預消解浸泡15 h的與真實值最接近。說明浸泡時間對實驗結果的影響較顯著。產生這種現象的原因可能是過夜浸泡讓大米中的有機砷和酸有了充分反應的時間，次日再通過電熱板加熱和微波消解，可將大米有機砷完全轉化成無機砷。因此，在實際實驗中，為合理安排實驗時間，最好浸泡過夜之后再預消解。

2.5 準確度和精密度實驗

按照上述優選出來條件對2種已知濃度大米粉進行測定，結果（表2）表明，總砷的測定值均在真實值范圍內，相對標準偏差（RSD）均在5.5%以下，說明數據精密度和準確度可信，應用優化后微波消解方法可行。

2.6 加標回收率實驗

在質控樣大米粉GBW（E）1003599中加入不同體積1 000 μg/L砷的標準溶液，按照上述優選條件測定樣品的加標回收率，結果（表3）表明，加標回收率為89%～95%，說明方法的準確度較高。

3 結 論

本文研究了微波消解時消解體系的配比、消解浸泡時間和試劑選擇對大米中總砷含量的影響，結果表明，在HNO3用量為8 mL，H2O2添加量為3 mL，浸泡時間為15 h的條件下，實驗測量值與真實值最接近，其中預消解浸泡時間對實驗結果影響較大，為確保實驗準確性最好浸泡過夜再消解。該方法檢出限為0.001 8 mg/kg，線性關系好，測定結果準確可靠，回收率高，適用于大米中總砷含量的定量分析。

參 考 文 獻

[1] 于云江，王菲菲，房吉敦，等.環境砷污染對人體健康影響的研究進展[J].環境于健康雜志，2007（3）：181-183.

[2] 陳朋，晏磊，王雄，等.砷的生物轉化與代謝機制研究進展[J].生命科學研究，2013，17（6）：554-560.

[3] 陳超，劉俊妙.微波消解-原子熒光法測定海洋沉積物中的砷[J].科學技術創新，2021（8）：71-72.

[4] SU Y H， MCGRATH S P， ZHAO F J. Rice is more efficient in arsenite uptake and translocation than wheat and barley[J]. Plant and Soil，2010，328（1/2）：27-34.

[5] 朱亞萍，徐軍玲.微波消解-氫化物原子熒光光譜法測定大米中的總砷[J].糧食與食品工業，2021，28（2）：67-71.

[6] 張大誠，李發啟，彭燦，等.原子熒光光譜法測定稻谷中總砷及形態砷的研究與分析[J].糧食科技與經濟，2020，45（1）：69-72.

[7] 謝青松，彭術，沈銳.微波消解-石墨爐原子吸收法測定生姜中鎘的含量[J].現代食品，2022，28（18）：142-144+149.

[8] 秦銀舉，崔瑞霞，張耀東，等.原子熒光光譜法測定食品中總砷的方法驗證報告[J].食品安全導刊，2022（6）：57-59.

[9] 倪海平， 徐煒， 劉彥凱， 等. 大米中總砷與無機砷含量檢測與結果分析[J]. 江蘇預防醫學， 2020， 31（3）： 255-257.

[10] 張玉超，程樂樂，韓娟.前處理方法對原子熒光光譜法檢測大米中總砷含量的影響[J].廣州化工，2021，49（4）：84-87+96.