电热消解-原子荧光法同时测定海产品中砷、汞

李文文 朱濛 孟菁

摘 要：建立一种普遍适用于各类动、植物海产品的电热消解-原子荧光同时测定砷、汞的分析方法，砷的检出限为0.0631μg/L，汞的检出限为0.0207μg/L。选择紫菜、海带、黄鱼、三文鱼、秋刀鱼、鲳鱼、对虾作为试验的实际样品，结果表明，样品中砷远高于汞含量，最大可达2000倍且无干扰。海生植物中有显著的砷元素暴露，采用傅立叶红外光谱（FTIR）证实了紫菜和海带样品中在波数为1056cm-1和775cm-1有As-O伸縮振动谱带的特征吸收峰，进一步说明了市售海带与紫菜可能受有机砷的显著污染。

关键词：砷;汞;海产品;原子荧光;FTIR

中图分类号：O657  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2022）01-0005-03

长周期过渡金属砷、汞元素具有特殊的物理和化学性质，两种元素的自然背景浓度普遍极低，且二者均以不同的形态参与地球化学循环。20世纪中期，砷、汞类化合物被发现不仅具有刺激生物生长以及抗球虫功效，还具备防腐和除草等功能而被广泛使用[1]，砷、汞及其化合物在生态系统中的迁移、转换，对水圈、土壤圈、大气圈以及生物圈产生严重的威胁，近海水体以及海产品往往首当其冲。近年来，随着水产养殖业集约化发展，为了追求更高的养殖效率，养殖场投入过量的饲料和农药，累积了大量对健康不利的有毒元素[2]。长期以来，关于砷、汞及其环境与食品安全的问题一直是研究的热点问题之一[3]。砷、汞的定量测定方法主要有冷原子吸收、双色荧光光谱法、电感耦合等离子体质谱法和原子荧光法，其中原子荧光法测定砷、汞，具有低成本，易操作，选择性高，检出限低，灵敏度高等优点被国内外学者广泛采用[4]。

近年来，国内外学者对砷、汞的研究持续增加[5，6]。愈发严峻的食品安全问题呼吁更多有力的监测手段。首先，实现双道原子荧光光度法可高效同时测定海产品中的砷、汞总量;其次，优化的消解过程使其不因消解酸和消解温度影响引起样品中砷、汞的损失;再次，在对鱼肉标准物质的准确测定前提下，该方法应用于实际样品中的砷、总汞分析;最后，利用FTIR手段再次验证有机砷在海产品中存在。

1 材料与方法

1.1 实验材料与设备

海产品除紫菜外均为生鲜，采购自大型超市;砷（As）元素标准储备液（1000mg/L）德国默克公司;汞（Hg）元素标准储备液（100mg/L）中国计量科学研究院;鱼肉中微量元素标准物质编号为ERM-BB422，购自欧盟委员会;双道原子荧光光度计北京海光仪器有限公司AFS9700型;傅立叶红外光谱仪日本岛津FTIR-8400S型;电热消解仪奥普勒仪器有限公司ED15型;微波消解仪上海新仪微波化学科技有限公司MDS-6G型。

1.2 实验方法

1.2.1 样品采集与保存。从超市购买的生鲜动物海产品黄鱼、三文鱼、秋刀鱼、鲳鱼、对虾洗净-捣碎-烘干-粉碎-过筛后所有样品均保存在聚乙烯塑料瓶中，备用。

1.2.2 消解方式一——微波消解法。称取0.3g左右的食品样品，置于聚四氟乙烯的溶液杯中，加3mL硝酸浸泡过夜后依次补加5mL硝酸和2mL过氧化氢，混合后密封消解罐，设置微波程序升温，最高温度为170℃，在微波辐射下消化30min，将溶液转移至容量瓶中定容。该方法节能、消化时间短，消化液不易损失。缺点是有大量的酸会造成测定背景值较高，且不适合大量样品处理。

1.2.3 消解方式二——电热回流消解法。称取0.5g左右的样品置于玻璃消化管中，依次加入8mL硝酸和2mL硫酸或过氧化氢，充分摇匀后放置在电热回流消解仪上，首先消化至上清液澄清，冷却后加入20mL去离子水继续消化30min，赶除过量的硝酸。该方法为开放式消化容易赶酸，缺点是消化液易损失，需要严格控制消化温度。

1.2.4 消解方式三——王水沸水浴消解法。称取0.3g左右的样品置于50mL比色管中，加入10mL王水溶液，盖上瓶塞，中途有发泡情况时，暂停加热取下瓶塞，样品在沸水浴中消化约2h后定容到50mL刻度线，用玻璃纤维过滤油脂后，取滤液测定。该方法无须转移消化液，适用于大量易消化样品的前处理，缺点是消化不够彻底，消化液需过滤。

1.2.5 不同消解方法获得的消化液直接或者经过5%硝酸稀释后，通过蠕动泵连续流动自动进样，在优化的仪器条件下，进行同时或者分别测定。所有实验测定重复至少3次。

1.2.6 分别准确称取所有粉末样品（1.0mg）混合（10.0mg）溴化钾晶体粉末，在玛瑙碾钵中碾磨均匀并制成压片，进行红外光谱测定。

2 结果与讨论

2.1 消解方法的优化

为了提高样品普遍适用性和消化效率，采取电热回流消解法，该方法中硝酸——硫酸组合湿法消化优于硝酸——过氧化氢组合，这是因为加入过氧化氢会导致消化液剧烈发泡，结果偏低。当消化温度高于160℃，样品回收率低于50%，实验将消化温度控制在160℃可获得良好回收率，见图1A，B;水浴消解法也是十分高效且常用的植物和土壤消化方法，但对于脂类有机质含量较高的样品不适用，砷、汞元素的回收率均低于80%，原因有二：（1）盐酸试剂的加入导致样品空白值高。（2）沸水水浴消化温度过低，样品消化不彻底。故以下实验选择优化的硝酸——硫酸电热回流消解法。

2.2 方法检出限与测定范围

在同时测定的最佳仪器优化条件下，分别对空白溶液连续11次测定。选择适合的校准曲线的线性范围，砷的线性范围是0～25.00μg/L，线性相关系数r2为0.9980;汞的线性范围为0～5.00μg/L，线性相关系数r2为0.9993，检出限DL=3SD/k，SD为空白测定的相对标准偏差，k值为线性曲线的斜率，由仪器自动计算得出，砷的检出限DL=0.0631μg/L，汞的检出限DL=0.0207μg/L。

2.3 标准样品测定

选择鱼肉中微量元素有证参考物质No.0591的作为待测样品，该有证参考物（鱼肉样品）中砷含量为12.7mg/kg，不确定度为0.7mg/kg，汞含量为0.601mg/kg，不确定度为0.030mg/kg。比较砷、汞的同时测定与分别测定的结果如表3，准确称取0.3g的标准样品，分别在最佳的同时测定和分别测定条件下进行测定，重复次数为10次。有证物质实验证明，电热回流消化以及优化的仪器条件可以准确测定鱼肉样品中的砷、汞元素总量。

2.4 实际样品分析

海带、黄鱼、对虾、鲳鱼、秋刀鱼、三文鱼、紫菜样品的双元素同时测定结果见表4，结果表明：首先，样品中砷含量远高于汞含量，最大可达2000倍左右且无干扰，体现了原子荧光法同时测定的抗干扰性。其次，样品中砷元素均有检出结果，砷元素在海生生物体内的暴露值较高。再次，紫菜和海带样品中的总砷含量显著高于其他样品，而总汞的含量均较低且无显著性差异，一方面与人为因素有关，另一方面是由于汞元素容易迁移扩散。

2.5 FTIR表征

我国在2019年已禁止将有机砷作为饲料和杀菌剂的原料，但在养殖场周围土壤和水体中普遍存在有机砷，其中使用最多的是洛克沙砷（3-硝基-4-羟基苯肿酸）。图2可见，海带与紫菜样品在波数为1056cm-1和775cm-1有As-O伸缩振动，与文献中洛克沙砷的特征峰一致[7]。对虾样品也有微弱的As-O特征峰，黄鱼、鲳鱼、秋刀鱼、三文鱼中没有As-O的特征吸收，可进一步推测紫菜和海带受到显著的有机砷污染，有机砷的种类繁多，需借助高效液相色谱联用仪进一步分析其环境行为。

3 结论

采用硫酸-硝酸的混酸在160℃下电热回流消解法可用于各类海产品砷、汞的双原子荧光同时测定分析的预处理。海产品中的砷含量相比于过去研究者的数据有了明显的增加，紫菜与海带中总砷含量分别为25.0mg/kg和18.5mg/kg，红外光谱分析判断可能是有机砷污染，需要进一步研究砷元素在海生植物中的累积以及抽样样品地域本底值和近海人工养殖等人为因素影响。

参考文献：

〔1〕Ricardo Furtado， Maria Eduarda Pereira， José Pedro Granadeiro， et al. Body feather mercury and arsenic concentrations in five species of seabirds from Falkland Islands [J]. Marine Pollution Bulletin， 2019， 149： 110574.

〔2〕唐鹏，李义连，徐佳丽，等.王水水浴消解-原子荧光法测定土壤中的砷和汞[J].安全与环境工程，2019，26（04）：50-55.

〔3〕王林裴，周迎春，郑亚哲，等.液相色谱—原子荧光光谱法分析测定水产动物及其制品中不同形态汞的含量[J].食品工业科技，2018，39（02）：267-271.

〔4〕张敏，刘文静.双通道原子荧光光谱法同时测定土壤中的砷和汞[J].化学分析计量，2020，29（03）：81-84.

〔5〕Tommaso Filippini， Marcella Malavolti， Silvia Cilloni， et al. Intake of arsenic and mercury from fish and seafood in a Northern Italy community [J]. Food and Chemical Toxicology， 2018， 116： 20-26.

〔6〕楊如意，杨程，石晓菁等.硒镉高背景区茶叶中硒和砷、汞、镉的积累与浸出特征研究[J].农业环境科学学报，2019，38（09）：2023-2030.

〔7〕Swasmi Purwajanti， Hongwei Zhang， Xiaodan Huang， et al. Mesoporous magnesium oxide hollow spheres as superior arsenite adsorbent： synthesis and adsorption behavior[J]. Appl. Mater. Interfaces. 2016（08）：25306-25312.