氢化物原子荧光光谱法测定牛奶中砷和汞的含量(41号柴小敏) (1)

氢化物原子荧光光谱法同时测定生鲜乳中的砷和
汞
摘要：目的：运用氢化物原子荧光光谱法以及微波消解技术测定生鲜乳中的砷和汞。

方法：设定了详细的微波消解步骤，成功的完成了生鲜乳中砷和汞的测定。

样品为农业部奶及奶制品中心的生鲜乳，使用硝酸和过氧化氢消解样品，达到了良好的消解效果。

在酸性环境下，砷、汞可以反应成氢化物，且能同时测定。

结果：加标回收率为90%-103%。

结论：此方法具有高度的灵敏性，操作简便快速，测定结果精确可靠，检测结果和国家规定标准相统一。

关键词：原子荧光法；微波消解；生鲜乳；砷；汞
Microwave digestion-hydride generation atomic fluorescence determination of arsenic and
mercury in fresh milk
Abstract:Objective: Using microwave digestion and atomic fluorescence spertrometry techniques to determine arsenic and mercury in the fresh milk . Method:To establish detailed steps for microwave digestion and ultimately to determine the arsenic and mercury in the two elements for simultaneous determination . The sample is fresh milk from the ministry of agriculture milk and dairy products quality monitoring center .The use of H2O2-HNO3 digestion samples,better digestion .In acidic conditions ,arsenic and mercury hydride generated at the same time ,and measure at the same time.Result:Recovery of standard addition is 90%-103%.Conclusion:The method is sensitive ,easy to operate fast ,accurate and reliable determination of the sample Auricularia arsenic and mercury .Test results are in line with national standards.
Keywords: atomic fluresence spectrometry; microwave digestion; fresh milk; As; Hg
目录
前言 (1)
1试验材料 (1)
1.1实验样品 (1)
1.2实验试剂 (1)
1.3实验仪器及工作条件 (2)
2试验方法 (3)
2.1样品预处理 (3)
2.2标准系列制备 (3)
2.3测定 (4)
3试验结果 (4)
3.1计算方式 (4)
3.2分析报告 (4)
4分析与讨论 (7)
4.1生鲜乳消解和其它离子的影响 (7)
4.2仪器工作条件的选择 (7)
4.2.1负高压和灯电流 (7)
4.2.2原子化器高度 (7)
4.2.3栽气与屏蔽气流量 (7)
4.2.4还原剂浓度的影响 (7)
4.3消解过程的影响 (8)
5结论 (8)
参考文献............................................................................................... 错误！未定义书签。

致谢.. (9)
柴小敏：氢化物原子荧光光谱法同时测定生鲜乳中的砷和汞
前言
众所周知，砷、汞等重金属大面积存在于我们生活中，它们的沉积会对我们机体造成较大危害，砷化物进入机体后，会与酶蛋白结合，使酶丧失活性，造成各种营养代谢障碍和不适。

汞及汞化物进入机体后，慢性汞中毒表现为神经系统损害，急性汞中毒，会引起咽部和食道溃疡，恶心呕吐，腹痛腹泻，血便血尿，严重者会引起尿毒症和呼吸困难而死亡。

牛奶是我们日常生活最重要的饮品之一，其含有丰富的乳糖、脂质、蛋白质、和氨基酸等，具有很高的营养价值，是其他食物不可比拟的。

长时间坚持服用牛奶能起到促进幼儿发育，增强免疫力，美容养颜，全面补充营养和抑制肿瘤的功效。

舌尖上的中国就在说明我们当今关注的焦点是食品安全。

近年来，环境问题日趋恶劣，兽药残留，抗生素和食品添加剂滥用，掺假制假，使得公众对牛奶安全分外关心，牛奶已不是曾经的“放心奶”。

饲料中砷化物的过量添加导致其具有毒性，牲畜长期摄入此种饲料引起砷中毒。

工厂排放的含汞废水污染水体，经过食物链的传递，也会使汞在牲畜体内蓄积。

砷和汞以及砷、汞化合物具有严重危害性，国际癌症有关部门已经将其列为致癌物[1]。

因此砷和汞的检测已经成为重金属检测的必检项目之一。

二十世纪六十年代原子荧光光谱法开始发展起来，痕量分析技术非常准确[2]，随着科技的进步，氢化物原子荧光光谱法应运而生，正成为国内外研究课题的热点[3-4]，可以进行两种元素的同时测定，拥有较高灵敏性、操作简单快速，已经成功测定了各种样品中的砷和汞[5-7]。

1试验材料
1.1实验样品
生鲜乳（农业部奶及奶制品中心的生鲜乳）
1.2实验试剂
如果没有特殊说明，我们运用的试剂均为优级纯，运用的水都是超纯水，大于或者等于18.2MΏ.cm的电阻率，百分之五的硝酸浸泡备用的玻璃器皿二十四小时，然后使用蒸馏水洗涤待用。

盐酸：浓度为5%；
过氧化氢：浓度为30%；
氢氧化钾：天津市天新精细化工开发中心，500克/瓶；
氢氧化钾溶液（5g/l）：称量5.0g氢氧化钾，加纯水至1000ml，搅拌直到溶解；
硼氢化钾：天津傲然精细化工研究所，100克/瓶；
硼氢化钾溶液（5g/l）：称量5.0g硼氢化钾，溶解在5g/l的氢氧化钾溶液中，加纯水至
山西农业大学本科毕业论文（设计）
1000ml，摇匀至溶解，使用时再配制，若硼氢化钾溶液放置时间稍长，就会出现气泡，影响溶液的提升量，降低它的还原能力，使灵敏性降低；
硫脲：天津市科密欧化学试剂开发中心，500克/瓶；
5%硫脲和5%抗坏血酸的混合溶液；
砷、汞的标准储备液：来源于国家标准物质中心；
砷标准使用溶液：含砷1μg/ ml。

吸取1ml砷标准储备液于100ml容量瓶中，使用纯水稀释至刻度，摇匀，现用现配；
汞标准使用溶液：吸取汞标准储备液1ml于100ml容量瓶中，用5%盐酸稀释至刻度，摇匀，现用现配；
高纯度氩气。

1.3实验仪器及工作条件
原子荧光光度计（北京海光仪器公司，型号：AFS-230E）；砷和汞空心阴极灯;微型微波消解仪（美国CEM公司，型号：MARS5）;载气为氩气;高压消解罐;电子控温板;烘箱;超纯水机;超声波震荡清洗仪;涡旋仪（德国，IKA MS digital）;电子天平;Selectpette（美国SBP);移液管若干：1、2、5、10ml;容量瓶若干：10、25、50、100ml;量筒：1000ml、500ml;烧杯若干：50 、10 、500ml;刻度试管：10ml。

实验室环境：温度（20℃）、湿度（58.5%）。

荧光光度计(分析项目：As）工作条件
负高压PMT(V)300 加热温度（℃）200
A道灯电流（mA)60 载气流量（ml/min)400
B道灯电流（mA)0 屏蔽气流量（ml/min)1000
观测高度（mm)8 测量方法Std.Curve
读数方式Peak Area 读数时间（s)10
延迟时间（s） 1 测量重复次数 1
柴小敏：氢化物原子荧光光谱法同时测定生鲜乳中的砷和汞
荧光光度计(分析项目：Hg ）工作条件
2试验方法
2.1样品预处理
称量2ml 样品于消解罐中，分别加HNO 3、H 2O 2各3ml 和1ml ，将安全阀盖好，静置过夜，第二天将消解罐放入微波消解仪中，根据不同种类的样品设定消解系统的最合适分析条件（本次生鲜乳消解的条件为下图），至消解完全，冷却后用5%盐酸溶液定容转移至25ml （砷需要加入1ml 硫脲和抗坏血酸混合液进行定容再转移至25ml ），混匀待测，同时制备溶液空白[8]。

注意：砷消解之后，需要在电热板上赶酸处理，一般需要3个半小时。

STEP
POWER
PAMP PSI CONTROL(℃) HOLD MAX
％ 1
1200w 100 10：00 800 120 05:00 2
1200w 100 10：00 800 150 15:00 3 1200w 100 10：00 800 195 25:00 2.2标准系列制备
1.汞标准系列：分别吸取100ng/ml 汞标准使用液0.00、0.10、0.25、0.50、1.00、1.50、
2.00、2.50 于25ml 容量瓶中，用5%盐酸稀释至刻度，混匀。

各自相当于汞浓度0.00、0.40、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ng/ml 。

2.砷标准系列：分别吸取1μg/ ml 砷使用标准液0、0.05、0.10 、0.15、0.20、0.25于25ml 容量瓶，用5%盐酸稀释至刻度，混匀。

各自相当于砷浓度0.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00ng/ml 。

负高压PMT(V)
260 加热温度（℃） 200 A 道灯电流（mA)
0 载气流量（ml/min) 400 B 道灯电流（mA)
15 屏蔽气流量（ml/min) 1000 观测高度（mm)
10 测量方法 Std.Curve 读数方式
Peak Area 读数时间（s) 10 延迟时间（s ） 1 测量重复次数 1
山西农业大学本科毕业论文（设计）
2.3测定
浓度测定方式测量：将仪器的条件设置到样品处理的最合适范围，慢慢使炉温升到适合温度 ，经10min 到20min 的稳定时间，用5%盐酸进样平衡读数后，开始对标准进行测量，再进行样品的测量。

注：在进行测量之前必须清洗进样器，保证测量结果的准确性。

3试验结果
3.1计算方式
用此公式计算汞的含量：
式中：
X ——试样中汞的含量，单位为mg/kg 或mg/L ；
C ——试样消化液中汞的含量，单位为ng/ml ；
C0——试剂空白液中汞的含量，单位为ng/ml ；
V ——试样消化液总体积，单位为ml ；
m ——试样质量或体积，单位为g 或ml
用此公式计算砷的含量：
1000
2501⨯-=m c c X 式中：
X ——试样的砷含量，单位为mg/kg 或mg/L ；
C1——试样被测液的浓度，单位为ng/ml ；
C0——试剂空白液的浓度，单位为ng/ml ；
m ——试样的质量或体积，单位为g 或ml ；
3.2分析报告
双道原子荧光法检测报告
序
号
样品号 A 道元素：As B 道元素：Hg 荧光强度值 测定浓度 单位 荧光强度值 测定浓度 单位 1
KB 5.805 0.0000 µg/L *0.000 0.0000 µg/L 2
KB 0.000 0.0000 µg/L *0.000 0.0000 µg/L 3
H012 1358.908 8.6219 µg/L 1651.265 8.0573 µg/L
()1000
100010000⨯⨯⨯⨯-=m V c c X
柴小敏：氢化物原子荧光光谱法同时测定生鲜乳中的砷和汞
4 H012 1358.878 8.5929 µg/L 1649.747 8.0679 µg/L
5 H012 1351.630 8.5699 µg/L 1626.188 7.952
6 µg/L
6 H012 1335.940 8.4591 µg/L 1636.002 8.0006 µg/L
7 H012 1327.682 8.4008 µg/L 1642.612 8.0330 µg/L
8 H012 1328.705 8.4080 µg/L 1644.460 8.0420 µg/L
9 TJ 284.988 1.0342 µg/L 406.658 1.9847 µg/L
10 TJ 290.190 1.0710 µg/L 432.125 2.1093 µg/L
A道(As)
标准系列序号标液浓度c(µg/L) 荧光强度If
空白0.000 238.046
1 0.000 140.323
2 2.000 415.033
3 4.000 724.583
4 6.000 968.988
5 8.000 1267.292
6 10.000 1561.715
工作曲线r=0.9997 a=141.545 b=138.597 c=0.000
相关系数：r=0.9997 C=0.000 a=141.545 b=138.597
线性方程：If=141.545*C+138.597
B道（Hg)
标准系列序号标液浓度c(µg/L) 荧光强度If
空白0.000 347.736
1 0.000 9.020
2 0.400 88.680
3 1.000 209.980
4 2.000 405.068
5 4.000 800.933
6 6.000 1215.093
7 8.000 1643.573
8 10.000 2052.942
工作曲线r=0.9999 a=204.347 b=1.099 c=0.000
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相关系数：r=0.9999 C=0.000 a=204.347 b=1.099
线性方程：If=204.347*C+1.099
A道原始数据（元素：As）
序号样品标识空白强度浓度单位形态质体比次数
1 KB 261.480 5.805 0.0000 µg/L Liquid 1.0000 1
2 KB 261.480 0.000 0.0000 µg/L Liquid 1.0000 1
3 H012 261.480 1358.980 8.6219 µg/L Liquid 1.0000 1
4 H012 261.480 1354.878 8.5929 µg/L Liquid 1.0000 1
5 H012 261.480 1351.630 8.5699 µg/L Liquid 1.0000 1
6 H012 261.480 1335.940 8.4591 µg/L Liquid 1.0000 1
7 H012 261.480 1327.682 8.4008 µg/L Liquid 1.0000 1
8 H012 261.480 1328.705 8.4080 µg/L Liquid 1.0000 1
9 TJ 261.480 284.988 1.0342 µg/L Liquid 1.0000 1
10 TJ 261.480 290.190 1.0710 µg/L Liquid 1.0000 1
B道原始数据（元素：Hg）
序号样品标识空白强度浓度单位形态质体比次数
1 KB 313.405 0.000 0.0000 µg/L Liquid 1.0000 1
2 KB 313.405 0.000 0.0000 µg/L Liquid 1.0000 1
3 H012 313.405 1651.265 8.0753 µg/L Liquid 1.0000 1
4 H012 313.40
5 1649.747 8.0679 µg/L Liquid 1.0000 1
5 H012 313.405 1626.188 7.952
6 µg/L Liquid 1.0000 1
6 H012 313.405 1636.002 8.0006 µg/L Liquid 1.0000 1
7 H012 313.405 1642.612 8.0330 µg/L Liquid 1.0000 1
8 H012 313.405 1644.460 8.0420 µg/L Liquid 1.0000 1
9 TJ 313.405 406.658 1.9847 µg/L Liquid 1.0000 1
10 TJ 313.405 432.125 2.1093 µg/L Liquid 1.0000 1
4分析与讨论
4.1生鲜乳消解和其它离子的影响
近年来，环境问题变得日趋严重，加之含砷和汞的饲料及饲料添加剂运用于畜牧业，各种形式的砷和汞可能存在于牛奶中，所以在检测样品之初，对样品消解是必要的处理方式，本试验运用硝酸-过氧化氢对生鲜乳进行了消解。

研究表明[9]，硝酸-过氧化氢混合溶液氧化性非常强，把二价汞还原为单质，将砷化氢与单质汞载入原子化器需要氩气作为载气。

氧化成了无机形式的二价汞，硫脲－抗坏血酸溶液的加入，使溴化反应无法继续进行，对该氧化剂有还原作用，也能使高价砷转化为低价砷，硼氢化钾的加入也使砷的形式发生了变化，转变为砷化氢，同时二价汞Cu、Ni、Co、Ti、Bi等金属元素是本实验主要干扰因素，本实验运用较低的PH与硫脲－抗坏血酸溶液结合，能够消除上述元素的干扰或是生成沉淀，很大程度上降低了这些元素的含量，消除了干扰元素对结果的影响。

4.2仪器工作条件的选择
4.2.1负高压和灯电流
影响负高压的原因有荧光强度、暗电流，噪音等，这些因素与负高压有正比关系，但是为了符合这次实验要求，所以负高压Hg选择260V，As选择300V较合适。

灯电流是影响灵敏度的重要因素，灯电流较大会引起自吸反映，随之会出现较大杂音，而且会降低空心阴极灯的使用寿命，实验确定砷的荧光信号在灯电流为60mA时达到最大值，汞的荧光信号在灯电流为15mA时达到最大值。

4.2.2原子化器高度
根据实验可以得出：原子化器的高度对灵敏度有较大影响，原子化器的高度较低时机身会发出较大的杂音，降低了检测的准确性，选择8mm作为测定砷的原子化器高度，选择10mm作为测定汞的原子化气高度。

4.2.3载气与屏蔽气流量
氩气流速在300—1000ml／min范围内荧光强度变化不显著，所以选择400ml／min的载气流量。

实验结果受屏蔽气流量的影响很小，所以选择1000ml／min较为合适。

4.2.4还原剂浓度的影响
通过实验可知：硼氢化钾相对分子质量很小的时候，起不到良好的还原作用；如果硼氢化钾相对分子质量大时，会生成一定量的氢气，对氢化物的形成有显著影响，降低了荧光强度。

硼氢化钾质量浓度在20g／L之间，砷和汞获得较高的精密度。

故选择浓度为20g ／L的硼氢化钾溶液作为反应体系的还原剂。

（注：硼氢化钾溶液应现用现配，若放置时间稍长，便会产生气泡，影响溶液的提升量，降低它的还原能力，使灵敏度降低[10]。

4.3消解过程的影响
若是消解不完全，则消解容器中残留混酸将会影响之后的酸碱度[11]，对结果有较大影响。

因此反复添加纯水10mI，3～4次，加热赶酸，尤其砷消解后，必须加热赶酸，这是为了使余下的酸与氧氮化物排出试样中，使得实验更加准确。

5结论
国家标准规定牛奶中As的含量不能超过0.2mg/kg；国家标准规定牛奶中Hg的含量不能超过0.01mg/kg[12]。

本实验运用精确的分析仪器，正确且详细的分析方法和步骤，建立了氢化物原子荧光光谱法同时测定生鲜乳中的砷和汞。

加标回收率测定结果完全符合国家标准，方法简便且可信，能够满足对生鲜乳中砷和汞的检测工作。

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致谢
大学生活即将画上句号，这篇论文是我上的最后一课。

本论文由我的导师梁占学老师悉心指导，从论文选题、试验设计到撰写与修改，无不凝结了导师的心血与关怀。

他的治学严谨、学识渊博、言传身教、思维深刻深深感染和激励着我，不仅在学业上给我以精心指导，同时还在思想和生活上给我无微不至的关怀，帮助我克服了许多困难和障碍，在论文完成之际，谨向梁老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。

同时，还要感谢感谢帮助和支持我的同学们，在论文写作过程中，你们的关心和支持是我强大动力和精神支柱，谢谢你们。

大学收获的不仅是知识，更是发现问题、解决问题能力的提升，以及思维方式的拓展。

总之，感恩之情难以言表，谨以最朴实的话语表达我的感谢。