基于原子荧光光谱法测定稻谷中总砷及形态砷的研究与分析

赵素勤，冯培培，任露露，王 露，李晓伟

（河南中标检测服务有限公司，河南郑州 450044）

砷元素被认为是一种对人体健康有负面影响的元素，国际癌症组织早已把砷及其化合物列为致癌物，其中亚砷酸和砷酸的毒性远大于其他形态的砷。稻谷作为主要的粮食作物，其质量直接关系到粮食安全。为保障稻谷类食品的安全性，对稻谷中的总砷及形态砷含量进行检测十分有必要，可避免砷含量超标的稻谷流入市场。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

稻谷样品10份；大米粉标准物质；砷单元素标准溶液（批号：18021，浓度：1 000 μg/mL）、亚砷酸根溶液标准物质（批号：1902，浓度：以亚砷酸根计 124.3 μg/g±2.0 μg/g）、砷酸根溶液标准物质（批号：1804，浓度：以砷酸根计 32.4 μg/g±0.7 μg/g）、一甲基砷溶液标准物质（批号：1907，浓度：以砷计25.1 μg/g）、二甲基砷溶液标准物质（批号：1804，浓度：以二甲基砷计 97.4 μg/g±3.3 μg/g），以上标品均来自中国计量科学研究院；优级纯硝酸、分析纯双氧水、优级纯盐酸、分析纯硫脲、分析纯抗坏血酸、分析纯氢氧化钠、分析纯硫酸二氢钾、分析纯磷酸氢二钠和优级纯硼氢化钾，国药集团化学试剂有限公司。

1.2 仪器与设备

原子荧光光度计（北京吉天仪器AFS-8220）、原子荧光形态分析仪（北京吉天仪器SA-20）、超纯水机（长沙沃恩环保科技有限公司Perfect-20VF）、微波消解仪（CEM MARS5）、水浴恒温振荡器（上海博讯实业SHZ-C）、赶酸仪（北京莱伯泰科仪器股份有限公司VB24UP）。此外还需要对稻谷进行处理的砻谷机和锤式旋风磨[1]。

1.3 仪器条件

测定总砷时仪器条件：光电倍增管负高压为290 V，灯电流为70 mA，原子化器高度为8 mm，Ar为载气，流量和屏蔽气流量参数分别为400 mL/min、800 mL/min，读数时间为7 s，延迟时间为1.5 s。载液是体积分数为5%的氯化氢溶液，还原剂是质量分数为2.5%的硼氢化钾和0.5%的氢氧化钠溶液。

测定形态砷时仪器条件：光电倍增管负高压为280 V，砷灯总电流为60 mA，辅电流为30 mA，原子化器高度、载气相同，流量和屏蔽气流量分别为300 mL/min和500 mL/min。载液是体积分数为10%的氯化氢，还原剂仍选用硼氢化钾和氢氧化钠，质量分数变为3.5%和0.5%。等度洗脱流动相：酸碱值控制在5.9，使用45 mmol/L的KH2PO4+5 mmol/L的Na2HPO4，流速参数为1.0 mL/min。

1.4 实验方法

1.4.1 样品前处理

实验前先使用砻谷机对原始样品进行脱壳处理，再使用锤式旋风磨将去壳稻谷磨成粉状，得到糙米粉[2]。

（1）测定总砷时样品的前处理。准确称取0.35 g糙米粉，将其放置于消解罐，并向其中加入5 mL硝酸和2 mL双氧水，将安全阀盖好后放入微波消解仪进行消解处理[3]。消解过程主要分为4个阶段：①仪器内部温度从室温提升至120 ℃，功率为1 600 W，升温5 min，恒温5 min；②功率不变、温度提升至150 ℃，升温5 min，恒温10 min；③在功率参数不变的前提下提高温度至180 ℃，升温10 min，恒温30 min；④仪器设备和系统温度逐渐冷却至室温。直到系统温度降至室温方可打开消解罐，之后放入赶酸仪中，开展赶酸作业。其中，赶酸仪温度设置为160 ℃，时间参数为100 min，液体剩余1 mL左右，可取下，冷却。完成赶酸后，使用5%的氯化氢溶液对消解罐进行洗涮，将所得溶液放置在10 mL比色管中，加入1 mL 100 g/L硫脲+100 g/L抗坏血酸混合液，再用体积分数为5%的氯化氢定容，同时做试剂空白试验，反应时间控制在30 min，最后上机测定。

（2）测定形态砷时样品的前处理。准确称取糙米粉1.0 g放置于50 mL塑料离心管中，加入20 mL 0.15 mol/L硝酸溶液，放置一夜。第2 d将塑料离心管放置在水浴恒温振荡器中，在90 ℃热浸离心管2.5 h，每隔30 min振荡1 min。完成提取后，将塑料离心管取出，直到其温度降至室温方可进行离心处理。离心机转速为8 000 r/min，离心15 min。离心后将上层清液取出，采用0.45 μm的有机滤膜过滤，最后上机测定[4]。

1.4.2 配制标准曲线

（1）总砷标准曲线的制备。分别移取0 mL、0.05 mL、0.10 mL、0.15 mL、0.20 mL和0.25 mL的1 μg/mL的砷标准使用液，并将其分别放置于规格为25 mL的容量瓶中，此时得到的溶液相当于砷的质量浓度分别为 0 μg/L、2 μg/L、4 μg/L、6 μg/L、8 μg/L和10 μg/L。再将2.5 mL 100 g/L硫脲+100 g/L抗坏血酸混合液分别加入容量瓶中，使用体积分数为5%的氯化氢定容，静置反应30 min，最后上机测定[5]。

（2）形态砷标准曲线的制备。分别移取0 mL、0.25 mL、0.50 mL、1.00 mL、2.00 mL 和 2.50 mL 1 μg/mL的4种形态砷的混合标准使用液，并将其分别放置于规格为25 mL的容量瓶中，此时得到的溶液浓度分别为 0 μg/L、10 μg/L、20 μg/L、40 μg/L、80 μg/L和100 μg/L。再加水定容，上机测定。

2 结果与分析

2.1 标准曲线线性范围

制作总砷标准曲线时，以各质量浓度为横坐标，以各浓度对应的荧光强度值为纵坐标进行线性回归，得到总砷的线性回归方程为Y=135.452 2X-16.057 7，该方程下的相关系数为0.999 2，表明0～100 μg/L的砷具有良好的线性关系。

制作形态砷标准曲线时，以各质量浓度为横坐标，峰面积值为纵坐标进行线性回归，得到形态亚砷酸在0～100 μg/L的线性回归方程为Y=392.862 5X+219.958 4，相关系数为0.999 4；得到形态二甲基砷在0～100 μg/L的线性回归方程为Y=337.568 8X-63.020 3，相关系数为0.999 2；得到形态一甲基砷在0～100 μg/L的线性回归方程为Y=354.614 0X-112.785 9，其相关系数是0.999 8；得到形态砷酸在0～100 μg/L的线性回归方程为Y=263.798 0X-101.432 4，其相关系数是0.999 8。各形态砷在其浓度参数范围内具有良好的线性关系。

2.2 总砷和无机砷的准确度与精密度实验

取糙米粉标准物质，总砷标准值为0.230，无机砷的标准值为0.180，按照对应的方法分别对总砷和无机砷开展6次测定，所得结果为稻谷总砷6次测定的平均值为0.226，6次测定结果的相对标准偏差为4.0%，稻谷无机砷6次测定的平均值为0.178，6次测定结果的相对标准偏差为5.2%，通过分析其绝对误差，发现测定值在可信范围内，表明本次实验的结果准确。这说明微波消解-原子荧光光谱法和液相色谱-原子荧光光谱法具有良好的精密度。

2.3 测定加标回收率

测定稻谷总砷和形态砷的加标回收率，具体流程为从20份样品中随机选择10份样品，5份样品用于总砷加标回收测定，另外5份样品用于形态砷加标回收测定，并向这10份样品中分别添加砷标准溶液，使用对应的实验方法对总砷和形态砷进行加标回收测定，得到的数据结果如表1所示。由表1可知，样品总砷测定的加标回收率为98.7%～107.8%，样品无机砷测定的加标回收率为87.7%～100.8%，实验结果较为理想。

表1 总砷和无机砷加标回收测定结果

2.4 测定分析样品中总砷及形态砷含量

取10份稻谷样品，分别测其中的总砷含量和形态砷含量，所得结果如表2所示。无机砷在稻谷中的含量占比最大，无机砷酸含量在总砷酸含量中的占比数据在57.4%～71.3%。其中，占比最高的是亚砷酸，亚砷酸含量占总砷的含量为57.4%～65.8%；其次是形态二甲基砷和砷酸；最少的是一甲基砷。

表2 稻谷总砷和4种形态砷测定结果

3 结论

综上所述，稻谷作为主要粮食，其安全质量直接关系到人们身体健康。为快速、准确地检测稻谷中的总砷和形态砷含量，应不断对检测技术进行研究，结果发现，微波消解-原子荧光光谱法和液相色谱-原子荧光光谱法的检测效果较为理想，整体简单快速，且所得结果的准确性有保障，可作为稻谷等食品中总砷和形态砷的检测方法，能够很好地满足测定需要。