氢化物发生原子荧光光谱法测定大米中的总砷

氢化物发生原子荧光光谱法测定大米中的总砷
作者：刘金明
来源：《现代食品》 2017年第5期
由于农业生态环境不断被污染，相当数量的重金属元素通过化学过程或生物过程转化，以
不同形态进入到大米中，长期食用对人体造成很大的危害。

砷的常用分析方法有，比色法、原
子吸收法、氢化物原子荧光法、色谱- 原子吸收联用技术和砷斑法等。

原子荧光光谱法作为一
种独特的痕量分析方法，具有灵敏度高，基体干扰少、线性范围宽、分析速度快等优点，广泛
应用于冶金、环保和食品等领域[1-4]。

本文利用混合酸（硝酸- 过氧化氢）采用微波消解的方法对大米样品进行前处理，然后以HCl 作氢化物发生的介质，采用断续流动的方式进样对氢化
物发生的原子荧光光谱测定确定大米中的总砷，取得了较好的效果。

1 实验部分
1.1 实验仪器及试剂
AFS-2202 型双道原子荧光光度计（北京海光仪器公司）；WP650D 丹乐牌微波炉；10
μg/mL 砷标准储备液（国家标准物质研究中心提供）；2% 硼氢化钾溶液：称取10.0 g 硼氢
化钾( 天津市科密欧化学试剂有限公司) 溶于500 mL 0.2% 的氢氧化钾溶液中，现配现用；10% 盐酸溶液（临用前现配）；5% 硫脲-5% 抗坏血酸混合液（临用前现配）；抗坏血酸(A.R)；过
氧化氢（A.R，天津市科密欧化学试剂有限公司）；体积比为5 ∶ 2 的HNO3—H202；HNO3、HCl、H2SO4(G.R)；去离子水。

1.2 实验方法
1.2.1 绘制砷标准曲线
标准曲线系列：用10% 盐酸溶液将砷标准溶液逐级稀释成砷浓度含量为16.00、32.00、48.00、64.00μg/L 和80.00 μg/L 的砷标准溶液，每10 mL 标液中含1 mL 硫脲- 抗坏血酸
混合液。

以标准砷溶液浓度为横坐标，相对荧光强度(ΔIf) 为纵坐标，绘制标准曲线。

砷标准系列吸光度见表1，砷标准曲线见图1。

相对荧光强度计算公式：ΔIf= 荧光强度If －空白荧光强度f0，线性回归方程：
ΔIf=3.468 8C-50.140，相关系数：R=0.999 2。

1.2.2 样品处理
取一定量的大米放到50 mL 的烧杯中，置于烘箱中，在60℃下烘干4 h，取出冷却，放于
玛瑙碾钵中碾碎，然后用100 目的筛子过滤，在过筛后的大米粉末中称取1.000 g 左右的大米放于150 mL 硼硅烧瓶中，向其依次加入5 mL 硝酸和2 mL30% 的过氧化氢，将硼硅烧瓶摇动
几次，再放入微波炉中进行消解。

①在功率为60 W 下保持10 min。

②在120 W 下保持30 min。

③在180 W 下保持10 min。

取出硼硅烧瓶，冷却后加20 mL 水在沸水浴中煮沸，赶酸到白烟
产生为止（除去残余HNO3），冷却到室温后，将溶液用少量水转入50 mL容量瓶中，加入5
mL5%硫脲-5%抗坏血酸混合液，用10%盐酸稀，摇匀定容，待测。

取六个不同地区的大米，分别
按上述方法制成样品，同时做空白试验。

1.2.3 样品测定
设定仪器条件，输入样品参数：样品质量（g），稀释体积（mL），结果浓度单位
（μg/g）。

仪器稳定后，测定砷标准溶液的原子荧光强度，绘制标准工作曲线。

在测定大米样品前，先用样品空白消化液进样，测定样品空白值（测定3 次取平均），设定仪器自动扣底空
白值。

随后依次测定六个不同地区大米样品溶液的荧光强度（测定3 次取平均）。

注意每次测
量不同样品前都应先清洗进样器再进行下一个样品的测定。

2 结果与讨论
2.1 仪器工作条件的选择
2.1.1 灯电流的选择
仪器采用高强度空心阴极灯作光源，控制主电流10 ～ 100 mA，辅助电流10 ～ 50 mA 内，在不同灯电流下对同一样品在相同条件下测定荧光强度的变化。

实验结果表明，当辅助电流30 mA 时，基本没有发射谱线自蚀现象，并且荧光强度随主电流的增加而增加。

考虑灯电流太大会减少空心阴极灯的使用寿命，实验主电流选择60 mA，辅助电流选择30 mA。

2.1.2 负高压的选择
改变仪器负高压，在不同负高压下对同一样品相同条件下测定样品荧光强度随负高压改变
的变化。

当负高压在280 ～ 350 V 时，负高压增大，样品荧光强度、仪器噪音增大。

综合考
虑噪音和荧光强度两方面因素，实验负高压选择300 V。

2.1.3 石英炉高度及载气流量的选择
在仪器其他条件不变的情况下，石英炉炉高在7～9 mm时，荧光强度最大且稳定，仪器炉
高选择为8 mm。

实验测试了300 ～ 1 200 mL/min 范围内载气流量对荧光强度的影响。

当载气流量在500 ～ 700 mL/min间时，荧光强度大且稳定。

由于屏蔽气不参与反应，气流大小对测
定结果基本无影响。

因此，载气流量选择为600 mL/min；屏蔽气的流量选择为1.2 L/min。

2.1.4 原子化器温度的选择
由图2 可知，温度在100 ～350 ℃范围时，荧光信号高且稳定；温度高于400 ℃时，氢
化砷部分受热分解为其他砷化合物，从而导致荧光信号降低。

因此，原子化温度选择为250 ℃。

2.2 HCl 浓度的选择
在保持样品浓度及其他成分不变的情况下，改变测定体系HCL 的浓度，并对不同酸度下样
品的相对荧光强度进行测定。

由图3 可知。

HCl 浓度在1 ～ 5 mol/L范围内，荧光强度基本
不变。

因此，HCl 的浓度选择为4 mol/L。

2.3 KBH4 溶液含量的影响
经测试，KBH4 溶液浓度与荧光信号强度之间的关系为：当KBH4 ≤ 0.4% 时，形成不了氩
氢火焰；当KBH4 ≤ 0.7% 时，反应不完全；当0.7% ≤ KBH4 ≤ 1.0%时，荧光信号最大且稳定；当KBH4 ≥ 1.0% 时，火焰因反应生成的大量氢气体积增大而不稳定，荧光信号也不稳定。

因此，选择KBH4=0.8%。

2.4 还原掩蔽剂用量的影响
由于消解后的样品中As 以高价态存在，此价态的As 在没有加入其他还原剂的情况下与
KBH4 反应不完全，不能完全将样品中的As 转化为氢化物，常常导致测定结果比实际值偏低。

在室温条件下，采用硫脲-抗坏血酸作还原剂反应30 min，可以得到较好的还原效果。

硫脲-
抗坏血酸的加入量与荧光强度之间关系为：开始荧光强度随硫脲- 抗坏血酸用量的增大而增大。

当硫脲-抗坏血酸用量增大到2.0 mL时，荧光强度达到最大。

当硫脲- 抗坏血酸用量＞ 4.0 mL 时，荧光强度趋于稳定。

考虑到硫脲对Cu2+、Co3+、Ni2+ 等离子有掩蔽作用，因此，实验硫
脲- 抗坏血酸的用量选择为5 mL。

2.5 试样消解方式与方法的选择
微波消解是一种高效样品预处理技术。

大米作为较难消化处理的有机体物之一，采用微波
消解进行样品预处理效率高、优点多。

为了选择一个较好的大米微波消化系，分别试验了4 种
不同消化体系对同一大米样品处理：① HNO3；② V(HNO3):V(HCl)=5 ∶ 1；③ V ( H N O
3 ) ∶ V ( H C l O
4 ) =
5 ∶ 2 ；④ V(HNO3) ∶ V(H202)=5 ∶ 2。

并分别对4 种不同消
化体系做了回收率比较试验，结果见表2。

结果表明，采用V(HNO3) ∶ V(HClO4)=5 ∶ 2 消解
体系消解大米样品效果最好。

采用此消化体系消解样品，As 回收率在96% 以上。

2.6 样品分析
将采购的来自六个不同地方的大米样品，按上述实验条件及样品处理方法测定其总砷含量，结果见表3。

计算公式：X= [（If-f）+50.140]×50/3.4688M式中：X 为大米中砷的含量（μg ／ g），If 为待测样的吸光度，f 为试样空白的吸光度，M 为样品质量（g），3.4688为标准工作曲线
斜率，50.140为标准工作曲线截距。

2.7 加标回收率
分别从六个大米样品处理后的溶液中取出25 mL的大米样品，置于50 mL 的容量瓶内，并
分别在加入0.2 mL 0.1 μg/m 的砷标样，定容摇匀，测定加标后样品的总砷含量，并根据测
定结果与加标量计算回收率。

加标回收率的测定见表4。

回收率计算公式: 回收率= 测定值×50 mL/（样品中砷的浓度×25 mL ＋加入的砷标样的量）。

3 结论
3.1 最佳测定条件
本试验采用氢化物原子荧光法测大米中的总砷，根据上述实验可知，实验中最佳仪器工作
参数：灯电流为60 mA，负高压为300 V，原子化器高度8 mm，原子化器温度250 ℃，载气流
量600 mL/min，屏蔽气流量1.2 L/min。

最佳样品测定参数：采用硝酸、过氧化氢体积比为5 ∶ 2 作为消解体系，用微波消解方式对大米样品进行预处理。

测定介质酸度为4 mol/L，KBH4 的
浓度为0.8%，加入5 mL 硫脲- 抗坏血酸作还原掩蔽剂。

3.2 测定结果及评价
经测定，六个地方大米样品中总砷含量最高的是赣州大米，其次是东北大米，兴国大米总砷含量最低。

测定结果的相对标准偏差为0.65% ～ 1.25%，回收率在 96.0% ～ 106.0%，结果较为满意。