ICP-MS和原子荧光光谱测定油脂中总砷的关键点控制和差异性研究

周世龙，张榴萍，钱国平，周 洲，张 成，罗世龙

(中储粮镇江粮油质量检测中心有限公司，江苏 镇江 212006)

砷元素广泛存在于自然界，因其化合物毒性较大，而被人所熟知。植物油脂加工和储藏过程中，接触的机械设备、管道，使用的润滑油等，以及加工助剂如正己烷、磷酸、柠檬酸、氢氧化钠、活性白土、硅藻土等，均可能将砷元素带入食用油脂[1-4]。近年来含砷及其化合物的农药、除草剂、杀虫剂的大量使用，使得粮食、油脂及植物油料在加工、运输中的污染风险加重，总砷含量的检测也一直作为食品安全控制重要指标之一[5]。GB 2762—2017《食品安全国家标准 食品中污染物限量》强制要求油脂及其制品总砷含量小于等于0.1 mg/kg。目前现行GB 5009.11—2014《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》规定总砷的测定方法主要有电感耦合等离子质谱法(ICP-MS)、氢化物原子荧光光谱法(AFS)、银盐法。其中AFS由于投入成本低、灵敏度适宜以及操作相对简单，在我国被广泛应用[6]。随着技术的进步ICP-MS应用也日益增多[7-10]。当前针对矿物质元素的检测，通常采用的前处理消解方法包括微波消解、湿法消解、干法灰化和高压消解罐消解[11-12]。由于考虑到检测方法的原理以及所有种类食品的普遍适用性，AFS方法GB 5009.11—2014中只给出了湿法消解和干法灰化，但事实上由于油脂中砷的存在形式简单，除了规定的方法外，还可以使用微波消解[11-13]。

本文选用葵花籽油(一级)、大豆油(原油)、油茶籽油(压榨)、玉米油(一级)、花生油(一级)5种油脂及其加标样，结合前期的检测实践积累，对于微波消解后采用ICP-MS和AFS两种检测方法测定油脂中总砷的关键点控制和差异性进行研究。

1 材料与方法

1.1 实验材料

1.1.1 原料与试剂

葵花籽油(一级)，大豆油(原油)，油茶籽油(压榨)，玉米油(一级)，花生油(一级)。

硝酸1、盐酸、硫脲、抗坏血酸(VC)均为优级纯，国药集团；硝酸2，分析纯，默克公司；硝酸3，UP级，苏州景瑞化学股份有限公司；氢氧化钾、硼氢化钾为分析纯，国药集团；一级水，实验室西门子纯水机制得。

5 g/L氢氧化钾溶液，100 g/L硫脲+VC溶液。

20 g/L硼氢化钾溶液：称取硼氢化钾20.0 g，溶于5 g/L氢氧化钾溶液1 000 mL中，混匀。

砷标准储备液：1 000 mg/L砷标准溶液(有证标准物质溶液，中国计量科学研究院)。

ICP-MS检测用砷标准使用液：将砷标准储备液用2%硝酸逐级稀释至质量浓度分别为2、4、6、8、10 μg/L。AFS检测用砷标准使用液：将砷标准储备液逐级稀释至1 mg/L，移取1 mL至100 mL容量瓶中加入100 g/L硫脲+VC溶液10 mL，用5%盐酸稀释至刻度，反应60 min，混匀获得10 μg/L砷标准使用液。

1.1.2 仪器与设备

NexION 300ICP-MS，美国PE公司；AFS-933原子荧光光度计，北京吉天仪器有限公司；Multiwave PRO高性能微波消解系统，奥地利安东帕(中国)有限公司；CPA224S分析天平；BHW-09A恒温消解仪(赶酸仪)。

1.2 实验方法

1.2.1 油脂的微波消解

称取试样0.5 g左右加入消解管中，加入5 mL硝酸浸泡过夜，补加1 mL硝酸(注：也可以进行120℃预消解10 min)，盖好内盖及消解管套后，放入微波消解仪内，选择16个消解罐进行样品消解，设置微波消解程序(见表1)，消解完成后赶酸定容至25 mL后进行测定。

表1 微波消解程序(16个消解罐)

1.2.2 ICP-MS检测条件

将消解样品转移(多次清洗)、一级水定容至25 mL后上ICP-MS检测。ICP-MS仪器条件见表2。

表2 ICP-MS仪器条件

设定分析砷元素，选择特定同位素(质量数74.921 6)，标准(STD)模式；选用外标法；标准曲线选权重线性。

1.2.3 AFS检测条件

将消解样品转移(多次清洗)至25 mL容量瓶中，加入100 g/L硫脲+VC溶液2.5 mL，补加水至刻度，混匀，放置反应60 min，待AFS检测。

AFS仪器条件：光电倍增管电压270 V；砷空心阴极灯电流60 mA，高度8 mm；载气(氩气)流速400 mL/min；屏蔽气流速800～400 mL/min。测量方式，荧光强度或浓度直读，读数方式为峰面积，读数延迟时间1 s；读数时间15 s；硼氢化钾溶液加入时间5 s，进样量2 mL。制作标准曲线，外标法定量。

1.2.4 ICP-MS和AFS检测关键点优化

(1)硝酸的选择。选择3种硝酸产品，测定其总砷含量，从而确定适合的硝酸进行样品的消解。

(2)赶酸温度、赶酸时间和赶酸后余量控制。研究赶酸温度在100、120、140、180℃，以及赶酸时间1、2、3、4 h，赶酸余量1、0.5、0 mL下对总砷检测的影响，以获得适宜的赶酸条件保证检测结果准确性和稳定性。

(3)AFS检测反应条件的优化。研究硫脲+VC溶液质量浓度、用量、反应时间对检测结果的影响，以确定最佳的参数。

2 结果与讨论

2.1 ICP-MS和AFS检测关键点控制

2.1.1 试样消解条件优化

(1)硝酸的选择。分别采用AFS和ICP-MS两种方法测定3种硝酸总砷含量，结果表明硝酸1总砷含量分别为0.516 μg/L和0.465 μg/L；硝酸2总砷含量分别为0.496 μg/L和0.425 μg/L；硝酸3总砷含量分别为0.322 μg/L和0.215 μg/L。分析表明，国产优级纯硝酸与默克分析纯硝酸均能满足检测需求，但结合前期大量实验经验来看，默克分析纯硝酸要比国产优级纯硝酸稳定；而国产UP级硝酸要优于前二者。另外，由于ICP-MS和AFS属于痕量检测仪器，其所用到的酸(不同种类、不同厂家、不同批次)均不同程度地含有可检测的元素，会产生背景干扰。因此，尽可能地选用正规厂家生产的高纯硝酸，并进行试剂验证，且所有玻璃器皿均用硝酸(20%)浸泡24 h后用去离子水清洗干净，烘干后使用，以免造成污染，从而降低试剂空白值，提高检测的稳定性[11]。

(2)赶酸条件优化。结果表明在确定赶酸后余量为0.5 mL时，随着温度的升高赶酸时间缩短，当设定180℃时虽然赶酸时间仅1 h，但检测时发现总砷有所损失，造成结果偏低。虽然GB 5009.11—2014中关于微波消解法在赶酸温度方面未作说明，而高压消解罐法指出赶酸温度120℃，但在实际操作中120℃赶酸需要4 h，而设定赶酸温度140℃仅需2 h左右，且研究对比发现对检测结果无影响，因此选择赶酸温度为140℃。另外在赶酸余量的研究中，发现赶酸余量1 mL时，检测结果不稳定且容易偏高；而赶酸至干枯，测定结果容易偏低。这是因为AFS检测需在25 mL内添加硫脲+VC溶液，所以洗涤用水只能控制在约20 mL，而20 mL水很难彻底把干枯在溶样罐壁上消解物彻底洗净，再者，蒸发至干枯也易导致被测成分的过量蒸发[14]，为此控制赶酸余量为0.5 mL(直观控制量约黄豆或指甲盖大小的量)。综上所述，赶酸优化条件为赶酸温度140℃，赶酸余量0.5 mL，赶酸时间2 h左右。

2.1.2 消解试样上机前条件控制

AFS方法需要考虑标准溶液和样品的还原反应：控制好硫脲+VC溶液的浓度、用量及反应时间，是保证反应完全的关键。GB/T 5009.11—2003要求硫脲+VC溶液的质量浓度为50 g/L，而GB 5009.11—2014中调整为100 g/L，用量一般为样品溶液体积的10%。从质量浓度的调整可以看出，增加质量浓度是为了促使溶液的充分反应；该还原溶液过量即可，为此本实验选择100 g/L的硫脲+VC溶液用量为10%。但研究发现对于含有高浓度砷的消解样品，标准要求的反应时间并不是最优的，为此实验室依据砷的含量合理地调整反应时间(标准溶液一般控制在2 h，低含量样品一般控制在1 h)。同时发现实验室温度对反应时间影响较大，低温时还原速度慢，如果不考虑实验室温度仍然按要求反应时间为30 min，标准曲线制作时造成还原不充分，从而造成结果偏高，这就需要注意如室温低于15℃时应延长反应时间或置于60℃以上的水浴中适当保温以加速反应，保证还原充分彻底[14-15]。综上所述，实验室温度一般为20～25℃，为了保证反应充分，标准溶液和样品反应时间控制在1 h左右。而对于ICP-MS需要准确定容。

2.2 ICP-MS和AFS检测结果的差异性

ICP-MS和AFS检测5种油脂及限量点加标样品的总砷含量结果见表3。

由表3可以看出，ICP-MS法回收率为97.7%～104.2%，AFS法回收率为92.6%～105.0%，均能满足检测需求。另外从检测结果来看二者没有显著性差异。

3 结 论

对葵花籽油、大豆油、油茶籽油、玉米油、花生油5种油脂及其加标样品进行微波消解，并采用ICP-MS法和AFS法对油脂样品中总砷含量进行测定。研究结果表明，选择国产UP级硝酸，控制赶酸温度140℃，赶酸余量0.5 mL，赶酸时间2 h左右，以及AFS检测时加入10%100 g/L硫脲+VC溶液延长反应时间为1 h，可以保证检测结果的准确性和重现性。另外，研究发现两种检测方法检测油脂中总砷的含量无显著性差异。

表3 ICP-MS和AFS检测5种油脂及限量点加标样品的总砷含量检测结果