陈基东
(钦州市疾病预防控制中心,广西钦州 535000)
砷元素广泛地存在于自然界,其化合物多有毒,无机砷毒性更大。砷与其化合物被运用在农药、除草剂、杀虫剂等领域,这些污染物部分随着水循环最终排放到海洋,导致海洋中的生物体内造成不同程度的蓄积。而海产品中砷含量过高,可能会危害食用者的身体健康。因而,近年的食品安全风险监测把砷列为必检项目之一,目前食品安全国家标准《食品中总砷及无机砷的测定》(GB 5009.11—2014)测定食品中总砷的方法有电感耦合等离子体质谱法、氢化物发生原子荧光光谱法和银盐法。鉴于ICP-MS普及率低和银盐法灵敏度低的问题,最常用还是氢化物发生原子荧光光谱法,此法的样品前处理方法有湿法消解和干灰化法,而植物性海产品不适合用干灰化法,且干灰化法的助熔剂容易引入更多的砷本底和其他杂质。笔者根据多年的食品安全风险监测工作,对湿法消解做出了一些改进,使测定海产品中总砷的结果更加准确可靠[1]。
1.1.1 仪器
原子荧光光度计,北京吉天AFS-8230;微波消解罐,美国CEM 55 mL;电热板,莱博泰科EH45C;电热消解仪,北京东航EHD-24。
1.1.2 试剂
硝酸(CR,德国默克);高氯酸(GR,山东西亚化学工业有限公司);硫酸(AR,西陇化工股份有限公司);氢氧化钾(AR,广东光华科技股份有限公司);硫脲(AR,广东省化学试剂工程技术研究开发中心);硼氢化钾(AR,国药集团化学试剂有限公司);抗坏血酸(AR,上海试四赫维化工有限公司)。砷单元素溶液标准物质GBW08611,1 000 μg/mL,中国计量科学研究院;扇贝成分分析标准物 质GBW10024,(3.6±0.6)mg/kg,地 球 物 理 地 球 化学勘查研究所;螺旋藻成分分析标准物质GBW10025,(0.22±0.03)mg/kg,地球物理地球化学勘查研究所。
1.2.1 前处理方法
(1)湿法消解。称取适量样品置于100 mL锥形瓶中,同时做空白和空白加标,各加硝酸20 mL,高氯酸2 mL,硫酸1.25 mL,放置过夜。次日在锥形瓶中加入几个玻珠,盖上小漏斗,于电热板上以100 ℃预消解0.5 h,升温至130 ℃消解3 h,此过程反应较激烈,并分解出大量的棕色氮氧化物气体,注意反应节奏,必要时从电热板上取下稍冷,反应平缓后再放回电热板继续消解,温度提升至160 ℃继续消解3 h,此过程若发生碳化现象需及时补加硝酸,确保无碳化现象发生后在此温度下赶尽硝酸,再次将温度升至180 ℃消解3 h,最后取下小漏斗将温度升至260 ℃消解5 h[2],此阶段是有机砷转化为无机砷的关键阶段,此时注意硫酸的损失情况,必要时沿着锥形瓶内壁用滴加的方式补充硫酸,消解完成后取下冷却,加20 mL纯水于电热板上缓慢升温至260 ℃,再度蒸发至冒硫酸白烟,各阶段消解时间视样品的反应情况而定,可适当延长,消解完后冷却至常温,用纯水将消解液转入25 mL比色管,加入2 mL硫脲+抗坏血酸溶液,加水至刻度,混匀,放置30 min,待测[3]。
(2)改进的湿法消解。称取适量样品置于55 mL微波消解罐(美国CEM)中,同时做空白和空白加标,各加硝酸10 mL,高氯酸1 mL,硫酸1.25 mL,盖上小漏斗于电热消解仪上以100 ℃预消解0.5 h,随后升温至120 ℃消解3 h,此过程反应较激烈,并分解出大量的棕色氮氧化物气体,注意反应节奏,必要时从电热消解仪上取下稍冷,反应平缓后再放回电热消解仪中继续消解,将温度再度提升至150 ℃消解3 h,此阶段若发生碳化现象需及时补加硝酸,确保无碳化现象发生后在此温度下赶尽硝酸,最后取下小漏斗,将温度提高至190 ℃继续消解5 h,此阶段是有机砷转化为无机砷的关键阶段,待高氯酸的白烟冒尽,消解完成后,取下消解罐冷却后用纯水将消解夜转入25 mL比色管,加入2 mL硫脲+抗坏血酸溶液,加水至刻度,混匀,放置30 min,待测[4-5]。
1.2.2 原子荧光光度计工作条件
负高压:260 V;灯电流:50 mA;载气流量:300 mL/min;屏蔽气流量:800 mL/min;原子化器高度:8 nm;延迟时间:1 s;读数时间:10 s;测量方式:荧光强度;读数方式:峰面积。
1.2.3 标准曲线绘制(改为标准系列的配制)
取25 mL比色管6支,依次准确加入1.00 μg/mL的砷标准使用液0.00 mL、0.10 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.5 mL和3.0 mL(分别相当于砷浓度0.0 μg/L、4.0 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、60 μg/L、120 μg/L),各加硫酸溶液12.5 mL,硫脲+抗坏血酸溶液2 mL,补加纯水至刻度,混匀后放置30 min后测定。
打开气源,将分压阀压力调节为0.3 MPa,安装好砷空心阴极灯后开启原子荧光光度计电源,点亮空心阴极灯,调节好原子化器高度,开启电脑,打开原子荧光光度计工作站软件,设置好仪器条件,点火预热30 min以上,待仪器稳定后,先测定标准曲线,再对空白和样品进行测定[6]。方程Y=45.955X+50.934(r=0.999 6)。
在设定的测试条件下,标准曲线的测量数据见表1,测试结果表明,砷浓度在0~120 μg/L线性关系良好,回归
表1 标准曲线的测量结果
对扇贝、螺旋藻分别用改进前后的湿法消解对样品进行前处理后,按GB 5009.11—2014中氢化物发生原子荧光光谱法测定,结果见表2。表2的实验结果表明,在使用原子荧光光谱法测定海产品中总砷时,改进后的湿法消解较标准方法的湿法消解,其结果更加接近标准值,相对标准偏差也更小一些,即改进后的湿法消解-原子荧光测定结果更加准确可靠。
表2 湿法消解改进前后原子荧光光谱法测定海产品总砷的结果(单位:mg/kg)
把空白加标和样品一起经过相同的消解程序后,与样品一起按GB 5009.11—2014中氢化物发生原子荧光光谱法测定,结果见表3。由表3可知,改进前后的湿法消解对空白加标的回收率均在90%以上,且没有明显的差异,结果满足实验要求,说明两种消解方法都不会造成明显的砷损失。
表3 不同前处理的空白加标回收率情况
从市场上采购了一些海产品,以改进后的湿法消解对样品进行批量前处理,消解完后用原子荧光光度计进行测定,样品的检测结果令人满意,其结果见表4。
表4 不同海产品总砷含量的测定结果(单位:mg/kg)
CEM微波消解罐的最高承受温度为250 ℃,但在笔者的实验过程中发现在温度达到200 ℃时,罐体受到弯折力时会有轻微变形现象,应选择最高消解温度为190 ℃,而190 ℃已足以分解高氯酸,产生富氧环境,而且消解罐的管口小,罐体长,有利于富氧环境的保持,有利于砷甜菜碱等有机砷化合物被混合酸分解转化为无机砷。
与标准方法的湿法消解相比,改进后的湿法消解不但减小了硝酸等消解用酸的用量,缩短了消解时间。同时,标准方法的湿法消解全过程,均需要人员值守随时观察消解情况,防止出现碳化、酸溢出和爆燃或爆炸等意外事故,而改进后的湿法消解,只要在硝酸耗尽而无碳化现象出现时,其后的消解程序无需人员值守,大大降低了实验人员的劳动强度。
改进后的湿法消解因减少了试剂用量,从而降低了可能由试剂带入的本底,在缩短了消解时间的同时也降低了实验人员的劳动强度,而其测定结果准确可靠,可以作为日常检测海产品中总砷的消解方法。