090322果汁中砷含量检测方法研究1[1]

090322果汁中砷含量检测方法研究11 利用氢化物发生原子吸收法测定果汁中砷含量的方法研究黄勇、余海军、薛如意、余清谋、刘永建、龚治湘（安徽砀山海升果业有限责任公司实验室，安徽砀山235300）摘要本文研究利用氢化物发生原子吸收法测定果汁中砷含量的反应体系，并将载气流速、NaBH4浓度、抗坏血酸-硫脲添加量和介质酸度对检测的影响进行了深入研究，对检测条件进行了系统优化，在此基础上进一步研究了共存离子的干扰情况，该方法经济实用、简便快速，灵敏度高、重现性好，同一样品检测的相对标准偏差小于1.09%，加标回收率为90%105%，用于果汁中砷的痕量测定，结果令人满意。 关键字氢化物发生原子吸收果汁砷0前言果汁中的砷主要水果中的农药残留，各个国家都对果汁中砷的含量规定了限量。 在国际贸易中砷含量检测的准确性和及时性显得尤为重要。 在这篇文中所采用的砷的检测方法中，采用了氢化物发生原子吸收法，所用试剂品种少、常用、价格便宜；特别是该方法采用直接测样，不需经过消化处理，克服了以前检测砷时需要长时间消化的缺点。 该方法完全可以满足国际贸易中砷检测的准确性和及时性的要求，方便、快捷，提高了工作效率，节约了检测成本。 1试验部分1.1主要仪器和试剂以及试验材料 （1）PerkinsElmer AA-800原子吸收分光光度计；PerkinsElmer原产无极放电砷灯；MCA-101微型化学原子化器（ZLxxxx4256.7）1；可调式电热板（北京科伟永兴仪器有限公司） （2）器皿。 所有用到的器皿在使用前用15%硝酸浸泡24小时；聚四氟乙烯烧杯；聚乙烯样品瓶。 （3）主要试剂。 盐酸，GR，南京化学试剂有限公司；硼氢化钠，AR,96%，国药集团化学试剂有限公司；氢氧化钠，GR，上海山海工学团实验二厂；抗坏血酸（Vc），AR，上海试四赫维化工有限公司；硫脲，AR，无锡市亚盛化工有限公司；砷标准溶液1000g/mL、汞标准溶液1000g/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心；钾标准溶液1.000g/L、铁标准溶液1.000g/L、铜标准溶液1.000g/L、镉标准溶液1.000g/L、铅标准溶液1.000g/L、锌标准溶液1.000g/L、锡标准溶液1.000g/L，上海市计量测试技术研究院；钴标准溶液100g/mL，镍标准溶液100g/mL，国家标准物质研究中心。 （4）试验材料。 浓缩苹果清汁，浓缩梨清汁，草莓清汁，树莓清汁，桃清汁，西瓜汁，葡萄清汁，以上样品均有海升果业提供。 2方法原理试样在预还原剂抗坏血酸-硫脲的作用下使五价砷还原为三价砷，进一步由硼氢化钠在酸性溶液中产生的新生态氢，将三价砷转变为砷代氢气体，由氩气载入T型管中，受热分解为原子态砷蒸气吸收波长193.7nm的共振线，其吸收量与砷含量符合朗伯比尔定律。 无极放电砷灯T型石英管乙炔空气火焰加热砷化氢原子吸收分光光度计流量计氩气废液蠕动泵进液管废液还原剂供试液图1氢化发生及原子化流程图3试验步骤3.1样品预处理15。 3.1.1浓缩清汁样品称取浓缩清汁样品约0.8-1.0g，置于25mL容量瓶中，依次加入（1+1）盐酸6mL、5%抗坏血酸+5%硫脲2.5mL，定容后摇匀，置于沸水浴中5min，自然冷却至室温，3.1.2清汁样品称取5g左右的清汁样品，置于25mL容量瓶中，依次加入（1+1）盐酸6mL、5%抗坏血酸+5%硫脲2.5mL，定容后摇匀，置于沸水浴中5min，自然冷却至室温。 3.1.3浊汁样品称取浊汁样品5g于150mL三角瓶中，加入20mL硝酸、1.0mL硫酸、2mL高氯酸，放置数小时后，置于电热板上缓慢加热，若溶液变为棕色，应补加硝酸使有机物分解完全，取下放冷，加15mL水，再加热至冒白烟，取下，转移至50mL容量瓶中，依次加入（1+1）盐酸12mL、5%抗坏血酸+5%硫脲5mL，定容后摇匀，置于沸水浴中5min，自然冷却至室温。 同时做试剂空白。 3.2测定条件。 仪器测定条件与氢化物发生条件见表 1、表2。 表1仪器测定条件波长193.7nm表2氢化物发生条件载气（氩气）载液12%盐酸0.6L/min石英管加热NaBH4浓度抗坏血酸+硫脲1.5%2.5mL沸水浴时间5min光谱带宽灯电流0.4nm无极放电灯380mA读数方式峰面积积分时间23s检测线0.354g/L3.3测定。 从1000g/mL的砷标准溶液中吸取1mL到100mL容量瓶中，加11盐酸24mL，用超纯水定容至刻度，得到一级储备液。 浓度为10g/mL。 然后再从一级储备液中吸取1mL至另一100mL容量瓶中，加入11盐酸24mL，加入硫脲溶液10Ml,用超纯水定容至刻度。 摇匀放入沸水浴中5min,取出后放入冷水中冷却至室温，得到二级储备液，浓度为100g/L.从二级储备液中分别吸取2. 5、 5、 10、 15、20mL到5个50mL容量瓶中，然后分别把盐酸浓度补加到12%（V/V）,用超纯水定容至刻度，得到浓度分别为 5、 10、 20、 30、40g/L的标准工作液。 以12%的盐酸溶液做标样空白。 工作曲线建好后，再将空白溶液和样品溶液分别进样，得到样品的砷含量。 4结果与讨论4.1实验条件的优化4.1.1单因素条件的优化 （1）载气流速的影响MCA-101微型化学原子化器采用氩气作为载气,载气流速会影响在反应池中生成的砷化氢的吹出速度和在T型管中的停留时间,如果流速太小，反应池中生成的砷化氢不能快速的被带进T型管，从而使峰型展宽而出现拖尾；载气流量过大，又将生成的砷化氢稀释，使信号减弱。 在固定其他反应条件的情况下，将流速分别控制在0.50.9L/min进行对比实验，结果如下表3载气流速对砷吸收峰面积的影响载气流速（L/min）吸收峰高吸收峰面积0.50.30192.16470.60.30611.90560.70.29821.68850.80.28831.49250.90.24390.9899图2载气流速对砷吸收峰值的影响由以上数据可以看出，太小的载气流速使峰出现拖尾，当载气流速控制在0.6L/min时吸收峰高出现最大值，随着载气流量的增大，吸收信号急剧减小，使灵敏度降低。 本实验选择载气流速为0.6L/min。 （2）盐酸浓度的影响三价砷在酸性介质中才能被硼氢化钠还原形成氢化物，所以盐酸浓度的选择很重要，试验采用盐酸介质。 取6个25mL容量瓶，分别加入3. 0、4. 0、5. 0、6. 0、7. 0、8.0mL1+1盐酸（3.10）和0.5mg As，定容，摇匀后在选定的条件下进行检测，实验结果如下表4盐酸浓度对砷吸收峰面积的影响盐酸浓度（%）吸收峰高吸收峰面积60.29231.372680.29671.4227100.29811.4568120.29921.5036140.29711.5004160.28701.4530图3盐酸浓度对砷吸收峰值的影响由以上结果可以看出，盐酸含量为12%时峰面积和峰高同时达到最大。 因此本实验选择盐酸浓度为12%。 （3）抗坏血酸-硫脲添加量的影响抗坏血酸-硫脲可以将试样中五价砷还原为三价砷，需要过量添加，添加量太少，试样中未被还原的五价砷不能被硼氢化钠转化为砷化氢，使检测结果偏小。 实验通过梯度添加抗坏血酸-硫脲溶液来进行对比，实验结果统计如下表5抗坏血酸-硫脲溶液添加量对砷吸收峰面积的影响抗坏血酸-硫脲（mL）吸收峰高吸收峰面积1.01.52.02.53.03.50.30860.31360.30350.29940.29820.29751.53081.55461.50381.47211.46041.4587图4抗坏血酸-硫脲加量对砷吸收峰值的影响由以上结果可以看出，抗坏血酸-硫脲添加量为2.5mL时峰面积和峰高同时达到最大。 因此本实验选择最佳添加量为2.5mL。 （4）还原剂硼氢化钠浓度的影响硼氢化钠作为还原剂在检测中起着非常重要的作用，硼氢化钠浓度太小，氢化反应不彻底，测定结果偏低；硼氢化钠浓度过高，生成大量氢气使生成的砷化氢气体浓度降低，从而使吸收信号减弱。 因此通过硼氢化钠浓度的梯度试验，确定更合适的使用浓度。 硼氢化钠溶液稳定性差，必须现配现用。 取5个50mL容量瓶，分别称取0. 50、0. 75、1. 00、1. 25、1.50g硼氢化钠和0.25g氢氧化钠，用水定容后摇匀，分别用来砷的检测，结果记录如下表6还原剂中硼氢化钠对砷吸收峰面积的影响硼氢化钠浓度（%）吸收峰高吸收峰面积1.00.30171.53131.50.29551.46702.00.27501.28862.50.27271.25563.00.29101.4737图5硼氢化钠含量对砷吸收峰值的影响通过以上数据表明硼氢化钠浓度为1.5%时，吸收峰高和峰面积达到最大，因此确定还原剂中硼氢化钠浓度为1.5%做为实验最佳条件。 4.1.2通过正交试验对实验条件进行优化 （1）首先确定因素水平表为了优化检测条件，对有可能影响到检测结果的因素A（HCl浓度%）、B（NaBH4浓度%）、C（5%抗坏血酸+5%硫脲添加量mL）、D（载气Ar流速L/min）、E（沸水浴时间min.），进行了正交试验。 表7砷检测条件试验因素水平表因素水平A(HCl浓度:%)B(NaBH4浓度:%)C(抗坏血酸+硫脲:mL)D(Ar流速:L/min)E(沸水浴时间:min.)123458101214160.51.01.52.02.51.52.02.53.03.50.40.50.60.70.813579 （2）试验方案及结果根据55设计，全因子试验有25个处理，故采用L25 (56)正交设计，试验方案及结果如表6所示。 表8砷检测条件L25 (56)正交试验方案及结果表头设计试验号112341 (8)1112A BC DE空列试验指标x ijk吸收峰面积列号3451 (1)2 (3)3 (5)4 (7)612340.05710.14040.18990.16381(0.5)1(1.5)1(0.4)2(1.0)2(2.0)2(0.5)3(1.5)3(2.5)3(0.6)4(2.0)4(3.0)4(0.7)567891011121314151617181920212223242512 (10)22223 (12)33334 (14)44445 (16)55555(2.5)5(3.5)5(0.8)1234512345123451234523451345124512351234345125123423451451235 (9)451232345151234345125512344512334512234510.15040.12040.16650.17980.15420.16950.12960.14950.19430.17640.17170.12410.16710.19150.18260.15090.10960.16280.17020.18210.1804K1水平和0.70160.54080.75730.68190.75780.78090.79040.78630.78530.81040.79610.75710.82150.92570.81900.83420.80110.80270.81620.85910.79760.80310.79220.80020.80510.82290.77560.80520.78760.79390.140320.108160.151460.136380.151560.158080.157260.157060.162080.159220.164300.185140.163800.166840.160220.163240.171820.159520.160620.158440.161020.164580.155120.161040.157520.023980.076980.012340.030460.008660.001940.017270.000430.002880.000230.00028C?(T.)252K2K3K4K5k1(T.)3.9348水平均值极差平方和k2k3k4k5R SS图6正交分析图由以上数据可以看出，各因素重要性次序为BDACE，从均值上看A以A3好、B以B3好、C以C3好、D以D3好、E以E3好。 （3）方差分析表9正交试验方差分析方差A BC DE F(误差)平方和0.001940.017270.000430.002880.000230.00028自由度444444均方0.0004840.0043170.0001080.0007210.0000580.000070F值6.91*61.69*1.5410.30*0.83F0.05(4,4)=6.39F0.01(4,4)=15.98以上结果表明B为极显著，A、D达到显著，由于没有交互作用，故为加性模型，因而可由直观分析判断出A3B3D3参与的处理会显著好于其他处理。 用正交法确立的最佳条件为试验参数(HCl酸度:%)(NaBH4浓度:%)(抗坏血酸+硫脲:mL)(Ar流速:L/min)(沸水浴时间:min)最终条件121.52.50.654.2共存离子的干扰本方法为了满足果汁中砷含量检测，通过查阅A.I.J.N.8（Association of the Industryof Juicesand Nectarsfrom Fruitsand VegetablesoftheEuropean Union）Code ofPractice forevaluation ofFruit andVegetable Juices，确定各种果汁中含有的一些常量元素（如K、Na）和微量元素（如Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Pb、Cd、Hg、Sn）的含量范围，分别在标样中梯度加入特定元素，进行对比检测，以确定各种元素对砷检测结果的影响，使本方法有更广泛的适用性。 4.2.1K共存对砷检测的影响以A.I.J.N.标准中K最高允许含量为参考配制浓度梯度，取5个25mL容量瓶，各加入 0、 10、 20、 30、40mg钾和0.5g As，配制成20g/L砷标准溶液，其中K含量分别为0. 0、400. 0、800. 0、1200. 0、1600.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果记录如下表10K含量对砷检测的影响K含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.28501.65584000.28591.65120.28%8000.28551.65650.04%1xx.64561.64690.54%16001.64021.64730.51%-图7K共存对砷吸收峰值的影响由以上结果可以看出，K含量在1600mg/L，RSD%0.54%，对砷检测没有影响，因此可以认为在检测过程中不会受到样品中K的干扰。 4.2.2Na共存对砷检测的影响根据A.I.J.N中规定的Na最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取5个25mL容量瓶，各加入0. 00、0. 50、1. 00、2. 50、5.00mg钠和0.5g As，配制成20g/L砷标准溶液，钠含量分别为0. 0、20. 0、40. 0、100. 0、200.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果记录如下表11Na含量对砷检测的影响Na含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.28751.655820.28121.63651.17%400.28601.63541.23%1000.28031.61422.51%2000.28681.62951.59%-图8Na共存对砷吸收峰值的影响通过以上实验数据，Na浓度在200mg/L以下时，RSD%2.51%，可以认为对样品检测没有影响。 4.2.3Fe共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Fe最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 000、0. 050、0. 125、0. 250、0. 500、1.250mg铁和1g As，Fe的浓度分别为0. 0、2. 0、5. 0、10. 0、20. 0、50.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表12Fe含量对砷检测的影响Fe含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.82154.7820-20.82164.78470.06%50.82254.79390.25%100.81744.76780.30%200.81404.74900.69%500.80594.71461.41%图9铁离子共存对砷吸收峰值的影响对照A.I.J.N.标准，果汁中Fe含量不超过5mg/L，结合以上数据可以看出，Fe含量在5mg/L以下时，RSD%0.25%，可以认为对砷检测不会造成影响。 4.2.4Co共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Co最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 00、0. 050、0. 125、0. 250、0. 500、1.000mg钴和1g As，Co的浓度分别为0. 0、2. 0、5. 0、10. 0、20. 0、40.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表13Co含量对砷检测的影响Co含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.7394.279-20.7284.1862.17%50.7304.3401.43%100.7454.3311.22%200.7694.4283.48%400.8074.73210.59%图10Co共存对砷吸收峰值的影响由以上实验数据可以看出，当Co含量在20mg/L以下时，RSD%3.48%，对样品中砷的检测不会造成影响。 4.2.5Ni共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Ni最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 00、0. 050、0. 125、0. 250、0. 500、1.000mg镍和1g As，Ni的浓度分别为0. 0、2. 0、5. 0、10. 0、20. 0、40.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表14Ni含量对砷检测的影响Ni含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.8094.481-20.7674.4041.72%50.7544.4021.76%100.7644.3822.21%200.6894.1467.48%400.6794.0599.42%图11Ni共存对砷吸收峰值的影响由以上实验数据可以看出，当Ni含量在10mg/L以下时，RSD%2.21%，可以认为对样品中砷的检测没有影响。 4.2.6Cu共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Cu最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 000、0. 050、0. 125、0. 250、0. 500、1.250mg铜和1g As，Cu的浓度分别为0. 0、2. 0、5. 0、10. 0、20. 0、50.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表15Cu含量对砷检测的影响Cu含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.77404.5790-20.77954.60700.61%50.78634.63491.22%100.77344.59600.37%200.77004.55160.60%500.67674.003212.57%图12Cu共存对砷吸收峰值的影响从以上数据可以看出，当Cu含量在20mg/L以下时，RSD%1.22%，对检测结果影响不大，参考果汁的A.I.J.N.标准，Cu含量不超过5mg/L，因此不会对检测结果造成影响。 4.2.7Zn共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Zn最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 000、0. 050、0. 125、0. 250、0. 500、1.250mg锌和1g As，Zn的浓度分别为0. 0、2. 0、5. 0、10. 0、20. 0、50.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表16Zn含量对砷检测的影响Zn含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.14200.7765-20.13770.78521.12%50.14410.77370.36%100.14140.76880.99%200.14050.77210.57%500.14300.77030.80%图13Zn共存对砷吸收峰值的影响由以上结果可以看出，Zn含量在50mg/L以下时，RSD%1.12%，因此可以认为Zn对样品中砷的检测没有影响。 4.2.8Pb共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Pb最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 00、5. 0、12. 5、25. 0、50. 0、125.0g铅和1g As，Pb的浓度分别为0. 0、0. 2、0. 5、1. 0、2. 0、5.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表17Pb含量对砷检测的影响Pb含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.29781.5513-0.20.29711.548550.18%0.50.29591.54660.30%10.28961.53261.21%20.28611.49363.72%50.27961.47065.20%图14Pb共存对砷吸收峰值的影响A.I.J.N.规定果汁中Pb含量0.05mg/L，对照以上结果可以看出，样品中含有的Pb不会对检测结果造成影响。 4.2.9Cd共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Cd最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 0、5. 0、12. 5、 25、 50、125g镉和1g As，Cd的浓度分别为0. 0、0. 2、0. 5、1. 0、2. 0、5.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表18Cd含量对砷检测的影响Cd含量（mg/kg）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.29321.5645-0.20.29191.56340.07%0.50.29341.56140.20%10.29181.56280.11%20.29611.55500.60%50.29951.53601.82%图15Cd共存对砷吸收峰值的影响A.I.J.N.规定果汁中Cd含量0.05mg/L，对照以上结果可以看出，样品中含有的Cd不会对检测结果造成影响。 4.2.10Hg共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Hg最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 0、12. 5、25. 0、50. 0、125. 0、250.0g镉和1g As，Cd的浓度分别为0. 0、0. 5、1. 0、2. 0、5. 0、10.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表19Hg含量对砷检测的影响Hg含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.23711.35610.50.23191.35640.02%10.23681.32732.12%20.23861.34131.09%50.23771.33901.26%100.23661.30603.69%-图16Hg共存对砷吸收峰值的影响以上数据可以看出，Hg含量在10mg/L以内时，RSD%3.69%，而A.I.J.N.对果汁的规定要求Hg含量0.01mg/L，因此样品中的Hg对砷的检测不会造成影响。 4.2.11Sn共存对砷检测的影响根据A.I.J.N.中规定的Sn最高限量，配制以下浓度系列进行检测对比，取6个25mL容量瓶，各加入0. 0、12. 5、25. 0、50. 0、125. 0、250.0g锡和1g As，Cd的浓度分别为0. 0、0. 5、1. 0、2. 0、5. 0、10.0mg/L，在选定的条件下进行测定，实验结果如下表20Sn含量对砷检测的影响Sn含量（mg/L）吸收峰高吸收峰面积RSD%00.24401.35610.50.24681.36390.58%1.00.24111.34730.65%2.00.20871.069921.10%5.00.14240.642652.61%10.00.09910.469565.38%-图17Sn共存对砷吸收峰值的影响以上数据可以看出，Sn含量在1.0mg/L以内时，RSD%0.65%，而A.I.J.N.对果汁的规定要求Sn含量1.0mg/L，因此样品中的Sn对砷的检测不会造成影响。 4.3工作曲线的确定及精密度检查4.3.1工作曲线线性范围根据实际检测需要，配制0. 0、5. 0、10. 0、20. 0、30. 0、40.0g/L梯度标准系列溶液，按照优化好的检测条件，依次分别进行检测，并绘制吸收峰面积-浓度标准曲线，结果如下图所示表21系列浓度标准曲线砷标液（g/L）吸收峰面积00.00050.379100.819201.632302.409403.253图18砷含量与吸收峰面积的对应曲线由上图可以看出砷含量在0-40g/L范围内具有很好的峰形且线性很好，可以用来做定量分析检测。 4.3.2精密度和检出限试验在最佳测定条件下,连续测定校正空白和20g/L砷的标准溶液11次。 吸收峰面积结果记录如下表22重复性测试序号12345678910110.0891.662RSD%3.55%1.09%校正空白0.0920.08520g/L1.6801.6550.0930.0890.0931.6841.6911.7000.0890.0950.0891.7071.6881.6860.0850.0891.6531.663图19连续11次测定校正空白图20连续11次测定20g/L砷标样仪器灵敏度0.081267检测限=3/灵敏度=30.003188/0.0812670.118g/L根据A.I.J.N.对果汁的要求规定砷含量0.1mg/L，因此完全可以满足果汁中As含量的检测要求。 4.4回收率试验取不同产品样品分别按照上述方法进行检测，并进行加标回收试验，以验证该方法在果汁检测中的可行性，标准添加量与样品中砷含量接近。 结果如下表21.样品测定及回收率试验砷含量ng样品试液含量浓缩苹果清汁样-1浓缩苹果清汁样-2浓缩梨清汁样-1浓缩梨清汁样-2草莓汁浓缩葡萄汁浓缩红树梅清汁浓缩桃清汁192.54119.32184.87554.31283.08289.40257.18238.53加标量xx00xx00xx00xx00测定值404.10337.12380.001019.04473.55490.46475.49458.42回收量211.56217.80195.13464.73190.47201.06218.31219.89105.8%108.9%97.