原子荧光测定食品中总砷方法的改进与探讨＊

赵海峰，胡彦兵，汝少国＊＊

（1.中国海洋大学海洋生命学院，山东 青岛266003；2.青岛市商务局菜篮子商品质量监督检测中心，山东 青岛266071）

食品中总砷的测定方法有砷斑法、银盐法、氢化物原子吸收光谱法、氢化物原子荧光光谱法、ICP－MS等多种方法[1－3]，氢化物原子荧光光谱法由于灵敏度高、干扰少、操作简单等特点，在食品领域应用广泛[4]。然而，使用原子荧光光谱仪测定总砷对样品前处理的要求很高，检测结果的好坏取决于能否将样品中的砷经过消解和还原完全转化为三价无机砷，并能保证前处理过程中砷的损失量少。常用的样品前处理方法有湿法消解、干法消解、微波消解及其相互结合的方法[1－3]。湿法消解具有灵活可调的特点，普遍应用于元素分析，可是，湿法消解－原子荧光测定总砷的结果易受人为操作影响，而且酸消耗量大；干法消解能有效破坏有机物，但干法消解－原子荧光测定总砷应选择最佳灰化温度和时间，并需加入硝酸镁助熔，覆盖氧化镁吸收高温逸出的砷[5－6]，否则都有可能导致检测结果偏低[7]；微波消解具有操作简单、方便快捷的特点，但是受到酸种类、酸用量和最高温度的限制，很难完全消解含有砷甜菜碱和砷糖的样品[8]。本文利用浓硫酸能脱水碳化有机物的特性，改进了国标《GB 5009.11—2003食品中总砷及无机砷的测定》中原子荧光－湿法消解测定总砷的方法，并利用改进方法，测定了菠菜粉（GBW10015）、海带粉（GBW08517）和虾粉（CNAS能力验证样品T0442）中的总砷含量，均获得了满意的结果，为海洋食品总砷的测定奠定了方法基础。

1 材料和方法

1.1 仪器和试剂

AF－610A原子荧光光度计（北京瑞利）。砷标液GBW08611 8114（中国计量科学研究院），1 000μg/mL；菠菜粉GBW10015生物成分分析标准物质、海带粉GBW08517海带成分分析标准物质，均购自国家标物中心；虾粉CNAS T0442为能力验证样品。所用酸均为优级纯，实验用水均为超纯水，其他试剂均为分析纯。

1.2 实验方法

1.2.1 原方法 详见国标《GB 5009.11—2003食品中总砷及无机砷的测定》中原子荧光－湿法消解测定总砷的方法[1]。不少于6个平行样，以下相同。

1.2.2 原方法中不加硫酸的试验 只去除原方法中加入硫酸1.25mL的步骤，其他步骤同原方法。

1.2.3 原方法补加硫酸继续消解的试验 按原方法处理样品至冒硫酸白烟时，冷却，补加硫酸10mL，电炉低温加热，可重复加入硫酸，处理至溶液澄清透明无变化，蒸发至近干，冷却，再补加硫酸1.25mL用于定容，其他步骤同原方法。

1.2.4 一次碳化改进方法 按原方法称量样品，干粉标准物质称取0.5g（精确到0.000 1g）做质控，置于50 mL锥形瓶中，同时做2份空白，加硝酸5mL，盖小漏斗，置于80℃电热板预消解30min，以此替代原方法加入硝酸20mL和硫酸1.25mL浸泡过夜。取下稍冷，加硫酸2mL，增加130℃电热板上加热15～20min的低温消解步骤。设置电热板温度为340℃，升温过程中可观察到棕烟冒尽，溶液变少，为防止发生碳化，赶尽硝酸，提高硫酸的浓度和温度，脱水碳化破坏样品中的有机物，使溶液颜色逐渐变深至黑色，关闭电热板电源，利用余温继续加热1～2min，使样品碳化较完全。取下锥形瓶放至室温，加硝酸2mL，高氯酸1mL，摇匀后，重新开启电热板加热，氧化生成的碳，待高氯酸白烟冒尽，观察溶液是否澄清透明，可重复加入硝酸2mL，高氯酸1mL；待溶液澄清透明无变化后，取下锥形瓶稍冷，轻轻抬起小漏斗再放下，让残存在锥形瓶瓶口和小漏斗交接处的液体回流到锥形瓶中，电热板加热至白烟冒尽，重复至不再有白烟生成。取下锥形瓶放至室温，用水将内容物转至25mL比色管中，加入50 g/L硫脲＋50g/L L－抗坏血酸2.5mL，补水至刻度并混匀，放置30min，备测。

1.2.5 两次碳化改进方法 按照1.2.4的方法操作，当溶液澄清透明无变化后，并不是消解终点，而是要继续消解，增加硫酸回流碳化消解30min的步骤，其他操作同1.2.4。

1.3 检测方法的评定

1.3.1 评定方法 使用有证标准物质和能力验证样品进行方法测试，计算测定结果的Z比分数进行评定[9－10]。

其中：Z为Z比分数；x为测定值；X为指定值，标准物质参考值或能力验证结果中间值；s为满足计划要求的变动性合适估计值/度量，不确定度或标准偏差。为Z比分数绝对值；表示满意结果；表示可疑结果；表示离群结果。

1.3.2 CNAS T0442的中间值及合适估计值 根据CNAS公布的T0442虾粉能力验证实验室名称、检测结果和Z比分数汇总表，总砷测定结果为28.9mg/kg的Z比分数为0，表明28.9mg/kg为CNAS T0442的能力验证结果中间值；测定结果为30.3mg/kg的Z比分数为1.91，测定结果为30.5mg/kg的Z比分数为2.19，推算合适估计值为0.73mg/kg。

2 结果与讨论

2.1 原方法测定的结果

使用原方法测定GBW10015、GBW08517和CNAS T0442的总砷含量，结果见表1。由表1可见GBW10015的测定结果范围为0.161～0.202mg/kg，范围为1.07～2.10，属于满意结果及可疑结果。GBW08517的总砷测定结果范围为12.1～17.0mg/kg，均小于2，为满意结果；CNAS T0442的总砷测定结果范围为18.4～21.9mg/kg，均大于3，为负偏离较大的离群结果。结果表明，原方法能够用于测定菠菜粉和海带粉中的总砷，但不适宜虾粉中总砷的测定。

海带和虾虽同属于海产品，但是海带粉和虾粉中砷存在的形态是有所区别的。张文德等研究发现海带中的有机砷以砷糖（Arsenosugars）为主，虾中总砷的80%属砷甜菜碱（AsB）[13]。砷糖类和砷甜菜碱非常稳定，200℃强酸条件下也难于使它们分解，尤其是砷甜菜碱，250℃混合酸条件下才能将其分解[8]。原方法测定GBW08517的总砷含量结果是满意结果，说明砷糖类物质在200℃硝酸、硫酸和高氯酸的混合强酸作用下，就可以较好的消解；CNAS T0442的测定结果在18.4～21.9mg/kg之间，与参考中间值28.9mg/kg相比，约占63.7%～75.8%，虽然是离群结果，但是远高于20%的非砷甜菜碱含量，说明虾粉中的砷甜菜碱也有部分被消解，表明200℃硝酸、硫酸和高氯酸的混合酸就可以分解砷甜菜碱[8]。因此，拟解决虾粉中总砷测定结果负离群较大的问题，需要使样品消解更完全，并进一步降低消解过程中砷的损失。

表1 不同方法对GBW10015、GBW08517和CNAST0442总砷含量的测定结果Table 1 The amounts of total arsenic in GBW10015，GBW08517and CNAS T0442determined by different methods

2.2 原方法不加硫酸测定的结果

原方法中特别强调样品处理过程中要避免碳化[1]，一旦发生碳化，可能会造成砷的损失[7]，硫酸可能是造成碳化的主要原因。因此，在原方法操作过程中，去除加入硫酸1.25mL的步骤，以避免碳化造成砷损失，GBW08517和CNAS T0442总砷测定结果范围分别为3.81～5.66mg/kg和0.063～1.47mg/kg，均大于3，为负偏离较大的离群结果（见表1）。GBW08517的结果与参考值13.9mg/kg相比，约占27.4% ～40.7%，说明高温的硝酸和高氯酸也可以消解砷糖类物质，但要消解完全可能需要较长的时间和大量的试剂；CNAS T0442的结果与参考值28.9mg/kg相比，约仅占0.2%～5.1%，远低于20%的非砷甜菜碱，说明高温的硝酸和高氯酸可能对砷甜菜碱的消解作用较差。由此可见，在原方法中加入硫酸1.25mL的步骤对样品的消解非常重要，但是硫酸脱水碳化是否会造成砷的损失尚不能证明。

2.3 原方法补加硫酸继续消解测定的结果

为证明硫酸脱水碳化是否会造成砷的损失，在原方法消解CNAS T0442的消解液中，再补加硫酸持续消解，总砷含量测定结果范围为28.0～30.4mg/kg，基本小于2，大多是满意结果（见表1），表明高温硫酸对样品的消解能力很强，可有效消解砷甜菜碱，验证了浓硫酸几乎可以消解破坏所有的有机物[11]。而且在补加硫酸持续消解虾粉的过程中，发现样液的颜色先逐渐变深，后变至澄清透明，说明消解过程中发生了硫酸的脱水碳化现象，可见硫酸脱水碳化可能造成的砷损失并不是虾粉中总砷测定结果偏低的主要原因，其主要原因还是消解不完全。另外，由于该方法是敞口式消解，试剂用量较大，而且可能造成砷损失较多，加盖小漏斗制造回流，或许可以节省试剂，减少砷损失。

2.4 一次碳化改进方法测定的结果

在改进方法的过程中，溶液澄清透明后，直接取下，未再加热硫酸回流消解30min，测定结果见表2，GBW10015、GBW08517的总砷测定结果范围分别为0.206～0.213mg/kg和11.5～12.8mg/kg，均小于2，均为满意结果。但CNAS T0442的总砷测定结果范围为26.1～27.0mg/kg，范围为2.60～3.84，为负偏离的可疑结果和离群结果。说明该方法还需在如何将样品消解完全方面做进一步的探讨与改进。

2.4.1 80℃预消解替代浸泡过夜 原方法加入硝酸至少20mL和硫酸1.25mL浸泡样品过夜进行预消解。而该方法加入硝酸5mL，加盖小漏斗，直接放置在80℃电热板上加热30min，消解易分解的有机物，就可以使溶液澄清，不仅达到了原方法浸泡过夜的预消解目的，而且缩短了样品前处理时间、减少了硝酸分解产物NO2的自由扩散对周边仪器设备的腐蚀和实验人员的危害。

表2 2种改进方法对GBW10015、GBW08517和CNAS T0442的总砷测定结果Table 2 The amounts of total arsenic in GBW10015，GBW08517and CNAS T0442determined by two improved methods

2.4.2 增加130℃低温回流消解 该方法增加了130℃低温回流消解15～20min，可以减缓易挥发化合物二甲基胂化合物[8]的挥发速度和硝酸的蒸发速度，减缓对小漏斗的加热升温，小漏斗和蒸汽的温差较大，能够充分冷凝回流易挥发砷化合物和硝酸，减少损失，使测定结果更准确，且节省试剂。

2.4.3 高温浓缩硫酸脱水碳化 2.2和2.3研究结果已证明硫酸脱水碳化造成的砷损失并不是结果偏低的主要原因。因此，在130℃低温消解后，将电热板温度设置为硫酸沸点，加快样液中低温液体的蒸发速度，加速小漏斗升温，缩小小漏斗与蒸汽的温差，减缓冷凝回流，加速硫酸浓缩，从而使样品脱水碳化，再加入少量的硝酸和高氯酸帮助硫酸氧化碳化成CO[14]2。该方法与原方法相比，增加了小漏斗回流和温度控制，减少了易挥发性砷化合物的损失，节省了三分之二的试剂。

2.5 两次碳化改进方法测定的结果

由表2可见 GBW10015、GBW08517、CNAS T0442的总砷测定结果范围分别为0.202～0.254mg/kg、13.0～15.6mg/kg、28.5～29.4mg/kg，均小于2，为满意结果，且R.S.D.值均小于7%。说明两次碳化改进方法的准确性和稳定性都较高。

表2中两次碳化改进方法测定结果的Z比分数基本都位于±1之间，表明测定结果基本都位于参考值范围的中间位置。一次碳化改进方法测定结果Z比分数基本都小于－0.5，表明测定结果基本都比参考中间值小，这就表明，未回流硫酸消解30min的一次碳化改进方法仍不能将样品消解完全；两次碳化改进方法通过两次硫酸脱水碳化样品，可以将样品消解的更完全。这与苏军等提出的，溶液澄清透明后硫酸持续消化30min可使样品消解更完全的结果相一致[12]。

该方法与原方法相比，由于加盖小漏斗，可以降低易挥发砷化合物的损失，使测定结果更准确、更稳定，还可以节省三分之二的试剂。当仪器设备、前处理样品量和定容体积都相同时，该方法处理的样液中砷浓度可能会比原方法更高，原方法不能检出的低含量样品可能就会被检出，有可能降低总砷测定方法的检出限。

实验还发现，加盖小漏斗的锥形瓶在高氯酸白烟冒尽后，观察不到明显的硫酸白烟；在硫酸白烟冒起的锥形瓶上加盖小漏斗，硫酸白烟也会迅速消失。因此，加盖小漏斗有利于识别高氯酸白烟冒尽、硫酸白烟冒起的操作中间节点，使方法更加简单易操作。

3 结论

本文利用菠菜粉（GBW10015）、海带粉（GBW08517）和虾粉（CNAS T0442），探讨、改进了 GB 5009.11—2003原子荧光－湿法消解测定总砷的方法。实验中发现硫酸对测定总砷的结果有重要影响，如果不加入硫酸，测定的结果一般都是负偏离较大的离群结果；即使加入硫酸并得到了澄清透明的消解液，如果不进行较长时间的高温硫酸消解，也很难完全消解含有砷甜菜碱的样品。因此，本文在原方法的基础上，进行了3点改进。一是利用浓硫酸沸点高，能脱水碳化破坏有机物的特性，通过高温浓缩硫酸，实现对样品的两次脱水碳化消解，使样品消解的更完全，且节省试剂；二是针对样品中砷形态的多样性，加强温度控制，低温降低易挥发砷化合物的损失，高温加速样品消解，缩短操作时间；三是加盖小漏斗制造回流，减少易挥发砷化合物的损失，使方法简单易操作，并可节省试剂。改进后的方法测定菠菜粉（GBW10015）、海带粉（GBW08517）和虾粉（CNAS T0442）中的总砷，不少于6个平行样的测定结果均位于参考值范围的中间部分，且RSD值均小于7%，表明方法准确性高，稳定。同时，本文实验结果还表明200℃的硫酸、高氯酸的混合酸和高温的浓硫酸都能消解砷甜菜碱和砷糖类化合物。

两次碳化改进方法适宜于植物类样品和虾粉中总砷的测定，而且，使用该方法测定鸡肉中总砷含量的结果为满意结果（近期，参加山东省出入境检验检疫局组织的测量审核，编号为FATAMAZ—003 2013的《“一对一”能力验证结果通知单》，Z比分数为0.6），说明改进方法能用于鸡肉中总砷的测定，能否用于其他动物样品中总砷的测定，还需更多样品进行验证。

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