化学原子化－原子吸收光谱法直接测定酱油中砷含量的方法研究

曹骁，上官苗苗

（1.杭州市余杭区质量计量监测中心，杭州 311100；2.杭州市余杭区食品药品监测中心，杭州 311112）

化学原子化－原子吸收光谱法直接测定酱油中砷含量的方法研究

曹骁1，上官苗苗2

（1.杭州市余杭区质量计量监测中心，杭州 311100；2.杭州市余杭区食品药品监测中心，杭州 311112）

建立一种化学原子化－原子吸收光谱法快速测定砷的方法。样品仅通过加酸定容处理后，通过对介质酸度、硼氢化钠浓度、氢氧化钠浓度、载气流速等条件的优化，直接测定酱油中的砷含量。在选定的条件下，该方法的检出限（3σ）为0.10μg／L，在0～10μg／L内线性良好，回归方程为Y＝0.05667X＋0.00303，回收率为97.7%～100.5%，相对标准偏差（n＝7）为0.21%～1.02%。该方法简便、高灵敏度、高精密度、无背景校正，能够很好地检测酱油中总砷。

化学原子化器；原子吸收光谱法；砷；酱油

酱油俗称豉油，是中国传统的调味品，主要由大豆、小麦、食盐经过制油、发酵等程序酿制而成。早在数千年前中国的劳动人民就掌握了其生产工艺，其富含多肽、氨基酸等营养成分，对人体铁吸收有促进作用［1，2］，是现代烹饪的必备佐料。

砷元素具有非金属特性，是公认的致癌物之一，在自然界中含量十分丰富［3］。其氧化物和砷酸盐对人体的心肌和呼吸、神经、生殖、造血、免疫系统都有不同程度的损伤作用，可引起血液中砷中毒和糖尿病［4］，容易引发恶性肿瘤、肾脏功能紊乱和肝硬化等健康问题［5，6］，早在20世纪80年代就被世界卫生组织列为A类致癌物［7］。由于砷具有蓄积作用，再加上含砷农药的使用，工业三废的无序排放，以及食品在加工过程中使用某些含砷化学添加剂而引起农产品及加工食品中砷的污染，并通过食物链进入人体［8，9］。因此，我国食品安全国家标准对各种食品中的砷含量有着严格的限制［10］。世界卫生组织（WHO）也建立砷元素的毒理学参考值，规定每人每周无机砷的摄入量要低于0.015mg／kg体重［11］。而酱油的成分比较复杂，除食盐外，还有多种氨基酸、糖类、有机酸、色素及香料等成分［12，13］，因此对其砷含量的准确测定是十分困难的。

目前，测定砷含量的方法主要有氢化物原子荧光光谱法［14，15］，该方法存在需要进行样品消解处理，步骤繁琐，基体干扰和背景干扰严重而且复杂的操作过程容易引入新的砷污染等问题［16］。电感耦合等离子体质谱（ICP－MS）法［17－19］也存在许多不利因素，比如氩气和基质中物质产生的多原子离子干扰、同量异位素干扰等［20］。本研究拟利用化学原子化器在测定液体样品时无需消解处理，仅需对样品进行酸化定容后便可直接测定的特点，来实现快速、准确地测定酱油中的总砷含量。其原理是As在HCl介质中被新生态氢逐渐还原成共价型化合物AsH3，这一化合物在几百摄氏度下被原子化后，极易进行分析检测。该方法简便、高灵敏度、高精密度、无背景校正。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 试剂

砷标准溶液（1000μg／mL）：国家钢铁材料测试中心；盐酸（GR）、氢氧化钠（GR）：国药集团化学试剂有限公司；实验用水：美国PALL公司MK2超纯水装置生产的一级实验用水；硼氢化钠（≥98.5%）、抗坏血酸、硫脲、酱油：均为国产。

1.1.2 仪器

AA 700原子吸收光度计、N3050605砷元素无极放电灯 珀金埃尔默仪器（上海）有限公司；MCA－202微型化学原子化器（专利号：ZL200420084256.7）。

1.2 方法

1.2.1 试剂配制

硼氢化钠＋氢氧化钠溶液：配制一定质量浓度的硼氢化钠＋氢氧化钠溶液作为还原剂，现配现用。

硫脲＋抗坏血酸溶液：称取5.0g硫脲，加入40mL水加热溶解，待冷却后加入5.0g抗坏血酸，稀释至50mL，现配现用。

1.2.2 标准溶液配制

砷标准使用液（100μg／L）：使用砷标准溶液（1000μg／mL）逐级稀释至标准使用液（100μg／L），备用。

分别吸取0，0.25，0.50，1.00，1.5，2.00，2.50mL砷标准使用液（100μg／L）于1组25mL容量瓶中，各容量瓶中加入2mL硫脲＋抗坏血酸溶液，用10%盐酸定容，摇匀静置30min，该组溶液即为0，1.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0μg／L浓度的砷标准系列溶液。

1.2.3 样品前处理

准确吸取5.0mL酱油至25mL容量瓶中，加入2mL硫脲＋抗坏血酸溶液，用10%盐酸定容，摇匀静置30min，待测。

1.2.4 仪器条件

将AA700原子吸收光度计测定方式设置成MHS模式，设定下列仪器条件：砷元素无极放电灯电流：400mA；波长选择：193.7nm；狭缝：0.7H；积分方式：峰面积法；积分时间：15s；延迟时间：2s；BOT时间：2s；燃气流量：乙炔1.0L／min；助燃气流量：空气8.0L／min。

2 结果与分析

2.1 实验条件优化

2.1.1 还原剂的选择

由于酱油样品中部分的砷元素是以高价态的形式存在，如果直接用硼氢化钠还原将会导致反应不完全，无法完全形成AsH3，最终造成检测结果偏低。因此，必须加入过量的硫脲和抗坏血酸溶液使之高价态的五价砷完全还原成低价态的三价砷。本研究按照食品安全国家标准的要求［21］，采用在25mL样品及标准待测液中各加入5%硫脲＋5%抗环血酸2mL混合液。

2.1.2 介质酸度的影响

介质的酸度是影响氢化物发生效率产生重要因素，考虑到盐酸对五价砷还原具有更好的效果［22］，因此选择盐酸进行介质酸度的影响测定。通过考察5μg／L As标准溶液在不同体积分数（1%～15%）盐酸溶液中的吸光度，来确定最佳的介质酸度。

图1 盐酸溶液体积分数对吸光度的影响Fig.1 Effect of HCl concentration on the absorbance of reaction system

由图1可知，盐酸体积分数在5%以下时，砷的吸光度不理想，特别是在盐酸体积分数为1%左右时，该方法基本没有吸光度；盐酸体积分数在5%～10%时，砷的吸光度随酸度增长呈快速上升趋势；当盐酸体积分数达到10%以后，砷的吸光度趋于稳定。综合考虑，本研究选取体积分数为10%的HCl进行实验。

2.1.3 氢氧化钠浓度的影响

氢氧化钠作为硼氢化钠溶液的抑制剂，它的浓度大小直接控制硼氢化钠产生还原性极强的H离子的速度。因此，本研究通过改变25g／L的硼氢化钠溶液中氢氧化钠的浓度来考察5μg／L As标准溶液的吸光度的大小，最终确定选取氢氧化钠浓度为5g／L。

图2 氢氧化钠浓度对吸光度的影响Fig.2 Effect of NaOH concentration on the absorbance of reaction system

由图2可知，当氢氧化钠浓度小于4g／L时，硼氢化钠溶液释放的H离子过快，产生大量气泡，影响该方法的吸光度；当氢氧化钠浓度在5～7g／L时，实验吸光度最理想且趋于稳定；而当氢氧化钠浓度大于7g／L时，又抑制了硼氢化钠溶液释放H离子的速度，造成吸光度降低。

2.1.4 硼氢化钠浓度的影响

硼氢化钠的质量浓度直接影响AsH3的生成速度，浓度过低，则反应缓慢，吸光度低；而浓度过高则易产生大量气泡，造成吸光度不稳定。现以5μg／L As标准溶液为实验对象，通过改变硼氢化钠质量浓度（5，10，15，20，25，30，35g／L），来观察砷的吸光度变化，最终确定合适的硼氢化钠质量浓度。

图3 硼氢化钠浓度对吸光度的影响Fig.3 Effect of NaBH4concentration on the absorbance of reaction system

由图3可知，砷的吸光度随着硼氢化钠质量浓度的增大而增大，当硼氢化钠质量浓度达到20g／L后，砷的吸光度趋于稳定；而硼氢化钠质量浓度大于25g／L后，吸光度开始下降。本研究最终选择质量浓度为20g／L的硼氢化钠作为还原剂。

2.1.5 载气流速的影响

载气的大小直接影响AsH3进入原子化反应器的速率，流速过小，则不易将AsH3快速带入原子化器内，检测到信号弱且不稳定；而载气的流速过大，则会对AsH3的信号产生干扰，同样会使信号减弱。

图4 氩气流速对吸光度的影响Fig.4 Effect of Ar gas flow rate on the absorbance of reaction system

由图4可知，5μg／L As标准溶液与20g／L硼氢化钠＋5g／L氢氧化钠溶液反应，当载气流量在600～1000mL／min之间时，吸光度基本稳定；当流量大于1000mL／min时，其吸光度开始逐渐下降。本研究最终选择氩气流速为800mL／min。

2.2 干扰实验

在最佳测定条件下，向50mL 5.0μg／L As标准溶液内分别加入可能的干扰离子（Fe，Zn，Hg，Pb，Cu，Cd）进行试验，以吸光度变化超过5%视为存在干扰。结果表明：200μg的Fe，Zn，Hg和100μg的Pb，Cu，Cd等元素离子在实验的浓度范围内对As的检测不产生影响。考虑到实际样品中共存元素的含量远低于干扰实验，可以认为常见离子对该实验方法测定总砷无干扰。

2.3 线性关系、检出限与精密度

在最佳实验条件下，测定了0～10.0μg／L的砷标准溶液，以测定3次吸光度的平均值为纵坐标，砷标准溶液浓度为横坐标，建立相关标准曲线，其回归方程为：Y＝0.05667X＋0.00303，R＝0.9994，结果见图5。

图5 0～10.0μg／L砷标准曲线Fig.5 Standard curve of 0～10.0μg／L As

对试验空白溶液进行连续11次测定，用3倍空白标准偏差除以标准曲线斜率计算本方法的检出限（3σ）为0.10μg／L，证明该方法的检出限非常低。在最佳实验条件下，连续测定2.0，5.0，8.0μg／L砷标准溶液各7次，结果见表1，计算该方法的精密度（RSD）为0.21%～1.02%。

表1 精密度测试Table 1 Precision Test

2.4 样品测定与回收率

对样品经前处理后进行连续测定3次，取平均值测得该酱油中总砷含量为14.6μg／L，该方法实验过程中只涉及到取样与定容，未运用湿法消解等方法对样品进行前处理，因此该方法的加标回收率极高，为97.7%～100.5%，结果见表2。

表2 样品测定与回收率Table 2 Sample determination and recovery

3 讨论

本研究对化学原子化－原子吸收光谱法测定酱油中微量砷的参数进行了优化，确认了方法的检出限、回收率、精密度能够满足酱油中微量砷的定量分析。与传统的原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法相比，该方法检出限更低，更能满足低检出的要求；试验过程更短，一次测量完成时间不到30s；节省了大量的高纯度盐酸、硼氢化钠试剂；且样品前处理更简单，避免了实验人员从事复杂、繁琐且极易污染的消解过程。本研究所建立的分析方法是食品安全检测标准的重要补充，可替代原子荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法进行液体样品中微量砷的检测，值得推广运用。

［1］蔡祥煜，霍军生，孙静，等.铁强化酱油对学生认知能力的干预效果研究［J］.中国酿造，2015，34（4）：21－24.

［2］靳艳，袁江兰，李文竹，等.米渣酱油生产工艺优化［J］.食品科技，2013，38（4）：290－293.

［3］冼宪恒，陈卓锐，潘伟斌.华南某金矿下游河道砷镉分布特征［J］.环境保护科学，2013，39（6）：40－43.

［4］Guha－Mazumder D N.Chronic arsenic toxicity ＆human health［J］.Indian J Med Res，2008，128（4）：436－447.

［5］Bhattacharyach S K.Human health effects from chronic arsenic poisoning：a review［J］.Journal of Environmental Science and Health，2006，41（10）：2399－2428.

［6］World Health Organization（WHO）.Task group on environmental health criteria for arsenic：arsenic［R］.Geneva：WHO，1981.

［7］World Health Organization（WHO）.IARC monographs on the evaluation of the carcinogenic risk of chemicals to humans［R］.Geneva：WHO，1980.

［8］Chojnacka K，Chojnacki A，Gorecka H，et al.Bioavailability of heavy metals from polluted soils to plants［J］.Science of the Total Environment，2005，337（1／3）：175－182.

［9］Mantovi P，Bonazzi G，Maestri E，et al.Accumulation of copper and zinc from liquid manure in agricultural soils and crop plants［J］.Plant Soil，2003，250（2）：249－257.

［10］GB 2762－2012，食品中污染物限量［S］.

［11］Guo W，Hu S，Li X，et al.Use of ion－molecule reactions and methanol addition to improve arsenic determination in high chlorine food samples by DRC－ICP－MS［J］.Talanta，2011，84（3）：887－894.

［12］邓远均，刘爽，刘凯，等.提高低盐固态酱油利用率和风味的探索［J］.中国调味品，2015，40（11）：57－58.

［13］邸万山.高效液相色谱内标法测定酱油中糖精钠和苯甲酸钠［J］.中国酿造，2015，34（11）：153－156.

［14］林淼，赵志辉，韩薇，等.氢化物原子荧光光谱法测定饲料中的砷［J］.中国饲料，2014（15）：21－22.

［15］高向阳，韩帅，王莹莹，等.微波消解－氢化物原子荧光光谱法同时测定贼豆中的砷、硒、锑［J］.食品科学，2013，34（10）：215－218.

［16］刘柳，张向明，王硕，等.标准加入－碰撞／反应池技术ICP－MS法测定酱油中As的应用［J］.职业与健康，2015，31（8）：1038－1040.

［17］斯文，钱翠珠，林垦，等.电感耦合等离子体质谱法测定烟用接装纸中砷时内标法和标准加入法的比较［J］.理化检验：化学分册，2015，51（11）：1552－1556.

［18］Li Xiaowei，Xie Ke，Yue Bing，et al.Inorganic arsenic contamination of rice from Chinese major rice－producing areas and exposure assessment in Chinese population［J］.Science China，2015（12）：1898－1905.

［19］戴骐，吴艳燕，张伟，等.电感耦合等离子体质谱（ICP－MS）法测定动植物源食品中有害元素铅、砷、镉、汞、铜的含量［J］.食品科技，2009，34（12）：315－317.

［20］Su S，Chen B，He M，et a1.Determination of trace／ultratrace rare earth elements in environmental samples by ICP－MS after magnetic solid phase extraction with Fe3O4，SiO2，polyaniline－graphene oxide composite［J］.Talanta，2014（119）：458－466.

［21］GB 5009.11－2014，食品中总砷和无机砷的测定［S］.

［22］阮星，杨立红.断续流动－氢化物发生原子荧光法测定浓缩苹果汁中的砷［J］.分析科学学报，2002，18（2）：152－154.

Research on Direct Determination of Arsenic in Soy Sauce by Chemical Atomizer－Atomic Absorption Spectrometry

CAO Xiao1，SHANGGUAN Miao－miao2

（1.Hangzhou Yuhang District Supervision ＆Testing Center for Quality and Metrology，Hangzhou 311100，China；2.Hangzhou Yuhang District Food and Drug Supervision ＆Testing Center，Hangzhou 311112，China）

A method for rapid determination of arsenic is established by using chemical atomizer－atomic absorption spectrometry.The samples are only treated with acid solution，through the optimization of medium acidity，the concentration of sodium borohydride and sodium hydroxide，the carrier gas flow rate and other factors，the arsenic in soy sauce is detected directly.Under the selected conditions，the detection limit（3σ）of this method is 0.10μg／L，the linearity is good in 0～10μg／L，the regression equation is Y＝0.05667X＋0.00303，the recoveries of arsenic from spiked samples are 97.7%～100.5%，with relative standard deviation（RSD）of 0.21%～1.02%（n＝7）.This method is simple，with high sensitivity and high precision，without background correction，can meet the requirements of determination of total arsenic in soy sauce.

chemical atomizer；atomic absorption spectrometry；arsenic；soy sauce

TS264.21

A

10.3969／j.issn.1000－9973.2017.04.033

1000－9973（2017）04－0145－04

2016－10－11

曹骁（1983－），男，工程师，研究方向：食品、药品中重金属的检测；上官苗苗（1985－），女，工程师，研究方向：食品中重金属、农药、添加剂的检测。