氢化物发生-原子荧光光谱法联合测定海米的砷和汞含量

赵军星，张玉娜，王倩文*

（1.青岛市排水运营服务中心，山东 青岛 266000；2.青岛农业大学中心实验室，山东 青岛 266109）

海海品含有人体必需的蛋白质、不饱和脂肪酸等营养元素，对人类健康非常有益[1]。但是，随着经济的快速发展，港口吞吐量不断增大，加上海洋资源的过度开发，致使海洋污染明显加重[2，3]，这一问题已经引起世界各国的高度关注。海洋环境中的重金属元素除对海洋生物造成直接毒害外，还可通过生物体富集和食物链传递，经由海产品进入人体而造成危害[4，5]，因此对海产品进行重金属含量分析检测非常重要。其中，砷（As）和汞（Hg）具有难降解性、生物蓄积性和生物毒性，在海产品食品卫生监督检验中经常被列为重点检测对象[6～8]。

海产品中As 和Hg 含量的分析方法种类繁多，其中《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》（GB 5009.11—2014）[9]和《食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定》（GB 5009.17—2014）[10]中As 和Hg 的含量测定均采用原子荧光光谱法。原子荧光光谱法是在原子发射光谱法和原子吸收光谱法的基础上综合发展起来的一种光谱分析技术，由Winefordner在1964 年首次作为分析方法的概念提出，之后在分析测试领域得到了长足发展[11]。其中，氢化物发生-原子荧光光谱法克服了传统分析方法存在的操作复杂、分析时间长、灵敏度低等问题，是近年来发展较快的一种分析技术[12]。在海产品As 含量测定过程中需要加入还原试剂，在Hg 含量测定过程中需要加入保护试剂，要实现As 和Hg 的联合测定就要同时添加还原试剂和保护试剂，而还原试剂与保护试剂同时存在会相互干扰，进而导致测试结果产生偏差，因此很难实现As 和Hg 的同时检测。基于此，本研究通过优化海产品前处理条件，降低As 和Hg 元素分析的相互影响，实现As 和Hg 元素的联合测定。以海米为试材，建立氢化物发生-原子荧光光谱法联合测定海米As 和Hg含量的方法，可为海米以及其他海产品As 和Hg 含量的联合测定提供新思路。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试样品为不同品牌的海米，编号A1～A5，购于青岛市大润发、利群、利达等各大商超。

试验仪器有原子荧光分光光度计（AFS-933，北京吉天仪器有限公司）、重金属消解仪（SH230N，济南海能仪器股份有限公司）、粉碎机（FW100，天津市泰斯特仪器有限公司）、恒温水浴锅（龙口市先科仪器有限公司） 和去离子水发生器（Milli-Q，美国Millipore 公司）等。

所用试剂中，Hg（GSB04-1729-2004，1000 μg/mL）和As（GSB04-1714-2004，1 000 μg/mL）标准试剂均购于自国家有色金属及电子材料分析测试中心；HCl、HNO3和HClO4为优级纯，K2Cr2O7、硫脲和抗坏血酸为分析纯，均购自中国医药集团。

1.2 试验方法

1.2.1 样品制备 采用湿消解法，制备海米样品测试液。称取捣碎研磨好的海米样品1 g 左右（精确到0.000 1 g），用硝酸和高氯酸作为消解体系将样品消化完全；之后，完全转移至50 mL 容量瓶中，用去离子水定容至刻度，得到消解液。吸取消解液20 mL于25mL 比色管中，加入10%硫脲2.5mL 和盐酸1.25mL，用去离子水定容至刻度，得到As 元素测试液。吸取消解液20 mL 于25 mL 比色管中，加入盐酸和10 g/L 的K2Cr2O7各0.5 mL，用去离子水定容至刻度，得到Hg元素测试液。

1.2.2 海米样品前处理条件的优化

1.2.2.1 消解体系的选择。称取捣碎研磨好的海米样品1 g（精确到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，在100 ℃水浴条件下用硝酸和高氯酸作为消解体系进行样品的消解，试验消解体系设浓硝酸22 mL-高氯酸2.2 mL（体积比10 ∶1）、浓硝酸20 mL-高氯酸4 mL（体积比5 ∶1）、浓硝酸16 mL-高氯酸8 mL（体积比2 ∶1）、浓硝酸12 mL-高氯酸12 mL（体积比1 ∶1）4 个处理。观察消解液至近干（如果此时溶液呈深褐色，应再加入硝酸5～10 mL，继续加热蒸干），加纯水再蒸至无黄色气体（NO2）产生。整个消解过程要注意防止碳化。测定样品完全消解所需的时长，选择用时最短的消解体系作为最优。

1.2.2.2 消解温度的选择。称取捣碎研磨好的海米样品1 g（精确到0.000 1 g）置于50 mL 聚四氟乙烯消解管中，加入浓硝酸20 mL 和高氯酸4 mL，程序设定消解过程中消解温度缓慢升高，在不同的水浴温度下进行样品消解，试验消解温度设70、80、90、100、110、120、110、130、140 和150 ℃计10 个处理。测定样品完全消解所需的时长，根据消解时效确定最优消解温度。

1.2.3 标准曲线的绘制 将As 标准试剂分别配制成0.000、0.500、1.000、2.000、4.000、8.000、12.000 μg/L的系列梯度溶液；将Hg 标准试剂分别配制成0.000、0.040、0.080、0.160、0.320、0.400、0.640、0.800、1.000 μg/L 的系列梯度溶液。得到As 和Hg 的系列标准试样，上机分析。每组标准试样重复测试5次，验证仪器的稳定性。

1.2.4 加标回收试验 在2.00 μg/L 的As 标准溶液中分别加入8.00 μg/L（高）、4.00 μg/L（中）、1.00 μg/L（低）的As 标准物质，在0.20 μg/L 的Hg 标准溶液中分别加入0.80 μg/L（高）、0.40 μg/L（中）、0.10 μg/L低（浓度）的Hg 标准物质，分别进行As 和Hg 元素的加标回收试验。每组样品重复10 次试验。

1.2.5 上机测试方法 采用原子荧光光谱法进行As和Hg 元素的联合分析。先将汞灯和砷灯安装好，开启仪器电源及氩气阀门，设定仪器参数，将炉温升至所需要温度后稳定20 min 再开始测量。仪器设定参数：载气流量400 mL/min；屏蔽气流量800 mL/min；负高压280 V；汞灯电流30 mA，砷灯电流60 mA，辅阴极30 mA。每次测试开始时，先连续用载流进样，待读数稳定后，用标准系列零管进样，确定空白值，然后转入标准系列测量，绘制标准曲线。

1.2.6 海米中As 和Hg 含量联合测定 称取捣碎研磨好的海米样品1 g（精确到0.000 1 g），采用优化的前处理条件将样品消化完全，分别制备As 和Hg 元素测试液。按照1.2.5 上机测试方法，依次进行各海米样品溶液测定。在仪器操作软件的“样品参数”栏目中输入每个样品的质量（精确到0.000 1 g）和定容体积25 mL，仪器会在所有试样测定结束后自动计算出每个试样的测定结果，得到样品中As 和Hg 的含量。测定过程中注意记录相关数据，测定结束后要用去离子水反复清洗仪器。

2 结果与分析

2.1 海产品样品前处理条件的优化

2.1.1 消解体系 随着消解体系中高氯酸用量的增大，海米完全消解所需时长呈先降低后升高的变化，其中硝酸与高氯酸体积比为5 ∶1 时所需时间最短，为3 h （图1）。因此，确定最优的消解体系为硝酸20 mL-高氯酸4 mL。

图1 消解体系对消解时长的影响Fig.1 Effect of digestion system on digestion time

2.1.2 消解温度 随着水浴温度的升高，海米完全消解所需时长呈逐渐降低趋势，其中消解温度为70～100 ℃时指标值降低明显，但消解温度高于100 ℃后降低趋势明显变缓（图2）。样品消解完全是保证目标物含量测试准确的基本条件。额定消解温度过低、消解时间过长，有可能造成消解液干掉或样品消解不完全，影响试验结果的准确性；额定消解温度上升过快、温度过高，会导致消解液沸溢，也会大大影响试验结果的准确性。综合考虑消解温度和消解时长后，确定最优的消解温度为100 ℃，消解温度达到额定温度后消解3 h 是最合理的时长。

图2 水浴温度对消解时长的影响Fig.2 Effect of digestion temperature on digestion time

2.2 标准曲线的绘制

根据不同As 浓度的荧光强度，得到As 元素荧光强度—浓度的线性回归方程为Y=68.97X-14.63（R2=0.999 5），线性范围为0 ～12 μg/L，最低定量限为0.074 μg/L（图3）；根据不同Hg 浓度的荧光强度，得到Hg 元素荧光强度—浓度的线性回归方程为Y=178.5X-0.99（R2=0.999 7），线性范围为0～1 μg/L，最低定量限为0.032 μg/L（图4）。表明As 和Hg 元素含量分别为0～12 μg/L 和0～1 μg/L 时，方法性能良好，检出限较低。

图3 As 元素荧光强度—浓度标准曲线Fig.3 Standard work curve of As

图4 Hg 元素荧光强度—浓度标准曲线Fig.4 Standard work curve of Hg

2.3 加标回收试验

As、Hg 元素的回收率分别为97.7%～98.4%和97.2%～97.6%，相对标准偏差分别为2.97%～4.78%和2.77%～6.25%（表1）。表明优化后的方法测试性能稳定，精度良好。

表1 加标回收试验结果（n=10）Table 1 Recovery results of the experiments（n=10）

2.4 海米中As 和Hg 含量的联合分析

采用优化后的条件对海米样品的As 和Hg 含量进行联合测定，结果（表2） 显示，As 含量为705.86～752.95 μg/kg，Hg 含量为131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017 允许范围，青岛市售海米质量安全。海米的As 含量明显高于Hg 含量，可能与海米对As元素的吸附或富集能力更强有关，同时产品的生长环境也会对检测结果造成较大影响。

表2 市售海米的As 和Hg 含量Table 2 Contents of As and Hg in commercial dried shrimp （μg/kg）

3 结论与讨论

传统的As、Hg 含量分析方法存在消解体系酸用量多、测定结果重复性差等问题。通过查阅文献，结合多年元素分析经验，我们采用硝酸-高氯酸消解体系用于海米As 和Hg 含量测定的样品前处理。消解体系中的高氯酸，一方面可以加强氧化作用，另一方面其沸点（130 ℃）略高于硝酸（120 ℃），有利于后期赶尽硝酸，排除硝酸对As 含量测定的干扰。

在样品消解过程中，还有几个非常重要的注意事项：首先，将准确称重后的样品加入消解体系后盖上消化管的盖子放置过夜，是保证样品消化完全的重要步骤；第二，消化管的盖子应在程序升温前打开，否则很容易导致消解液沸溢，造成目标物损失；第三，摇动消化管是消化过程中必不可少的一步，以保证样品消化完全；第四，在消化液中添加还原剂以保持As元素的还原态（As3+），本研究以硫脲作为还原剂；第五，Hg 测试液需要加入一定量的K2Cr2O7，以保证Hg元素的稳定并排除其他元素的干扰。

优化建立了基于氢化物发生-原子荧光光谱法联合测定海米As 和Hg 含量的方法。最优的样品前处理方案为采用硝酸-高氯酸体积比5 ∶1 消解体系，100 ℃水浴温度下消解3 h；仪器设定参数为载气流量400 mL/min，屏蔽气流量800 mL/min，负高压280 V，Hg 灯电流30 mA，As 灯电流60 mA。该方法性能良好，As、Hg 元素的最低定量限分别为0.032 和0.074 μg/L，回收率均在97%以上，相对标准偏差范围为2.77%～6.25%。采用该方法对青岛市售海米的As 和Hg 含量进行联合分析，结果显示，As 含量为705.86～752.95μg/kg，Hg 含量为131.02～153.64 μg/kg，均在GB 2762—2017允许范围，产品质量安全。