不同消解体系对原子荧光法测定汞含量的影响

不同消解体系对原子荧光法测定汞含量的影响

方舒婷何伟俊陈甜妹曾荣Summary[目的]探究湿法消解中不同消解体系前处理对原子荧光法测定食品中汞含量的影响，并找出适宜的前处理消解体系。[方法]采用湿法消解-氢化物原子荧光光谱法，通过改变方法前处理中消解体系混合液配比的处理，对3个样品（大米、海带、香菇）的汞含量进行测定，并综合分析不同消解体系处理对原子荧光光谱法测定汞的影响。[结果]选择仪器适宜工作条件，汞的检出限为0.004μg/L；11次空白溶液相对标准偏差（n=11）为2.53%，线性范围为0～1μg/L；回归方程得出相关系数r=0.9990，回收率为95.4%～99.5%。分析得出不同消解体系处理对汞测定的影响主要为混酸的氧化强度影响消解效果和消解体系温度高致使汞元素挥发散失。[结论]以硝酸-过氧化氢-高氯酸为消解体系时消化效果最佳，该方法消解的样品消解完全，用时短，耗能低，试剂用量少，原子荧光法检测结果准确，推荐使用。Key原子荧光法；湿法消解；消解体系；汞TS207A0517-6611（2018）31-0173-04Abstract[Objective]Theresearchaimedtostudytheeffectofdifferentdigestionsystempretreatmentondeterminationofmercuryinfoodbyatomicfluorescencespectrometrytofindasuitablepretreatmentdigestionsystem.[Method]WetdigestionhydrideatomicfluorescencespectrometrywasusedtodeterminetheHgcontentofthreesamples（rice，kelp，shiitake）bychangingtheratioofthemixedsolutioninthepretreatmentofthemethod，andtheeffectsofdifferentdigestionsystemsonthedeterminationofmercurybyatomicfluorescencespectrometrywereanalyzed.[Result]Theresultsshowedthat，whiletheinstrumentwassuitableforworkingconditions，thedetectionlimitofmercurywas0.004μg/L，therelativestandarddeviation（n=11）was2.53%andthelinearrangewas0-1μg/L.Theregressionequationobtainedcorrelationcoefficientr=0.999，therecoveryratewas95.4%-99.5%.Itisconcludedthattheeffectofdifferentdigestionsystemsonthedeterminationofmercuryismainlyduetotheeffectoftheoxidationintensityofthemixedacidonthedigestionandthehightemperatureofthedigestionsystem，resultinginthelossofmercury.[Conclusion]Thedigestionwasbestwhenthenitricacidhydrogenperoxideperchloricacidwasusedasthedigestionsystem.Underthismethod，thesamplewasdigestedcompletelywithashorttime，lowenergyconsumption，lessreagentdosageandandthetestresultswereaccurate，themethodwasrecommendeduse.KeywordsAtomicfluorescencespectrometry；Wetdigestion；Digestionsystem；Mercury由于近幾年来食品重金属污染事件频频发生，食品安全问题愈发成为人们生活中关注的重点。汞，普遍存在的环境的重金属污染物，通过各种形态污染空气、水质及土壤，沉积到食物内部再沿食物链进入人体，给人体安全造成了极大隐患，一直都是影响农产品质量的重要因素[1]。当今世界各国对汞在食品中的含量都制定了非常严格的限量标准，在我国，汞在食品卫生监督检验中被列为重点监督检测的有害元素。大米、海带与香菇由于其生长的特点及环境使得其更容易受重金属污染富集，且这3者也是市售农产品中比较常见的种类，在日常农产品重金属检测中占有一定的比例。汞因为其易挥发的特性，常见的前处理方法为微波消解[2]与湿法消解，但微波消解法需配备微波消解器，成本较高，不利于广泛使用[3]；而国标中的湿法消解也存在消解时间较长、消解液用量大、后续赶酸操作危险性增大等不良因素。因此，改进消解液类型、配比，建立一种准确、简便、经济并适宜广泛使用的检测方法具有重要的现实意义。样品前处理主要是实现待测物分离、纯化、富集的目的，减少其他物质或杂质等带来的影响，便于后续分析[4]。笔者采用湿法消解-氢化物原子荧光光谱法[5]，通过改变方法前处理中消解体系混合液配比的处理，对3个样品（大米、海带、香菇）中的汞含量进行测定，综合分析不同消解体系处理对原子荧光光谱法测定汞的影响，并比较得出一个适宜的消解体系配比。1材料与方法1.1仪器PF5型原子荧光分光光度计（北京普析通用仪器有限责任公司）；EH-35A微型数显电热板（北京莱伯泰科公司）；汞高性能空心阴极灯（北京有色金属研究总院）；FA1004B型电子分析天平（上海平轩科学仪器有限公司）。1.2试剂及配制试验所用水为去离子水，标准液配制用水为超纯水，酸为优级纯，其余试剂为分析纯。试验所用的玻璃器皿要经20%硝酸溶液浸泡24h以上，再经蒸馏水冲洗3遍，去离子水清洗2遍，然后烘干备用。0.05mg/L汞标准使用液：取1.00mg/L汞标准液5.0mL至100mL容量瓶中，用1%硝酸溶液稀释定容；0.5g/L硼氢化钾：称取0.25g硼氢化钾溶于500mL浓度为0.5g/L的氢氧化钾溶液中，混匀，现用现配；50g/L硫脲溶液：称取2.5g硫脲加水溶解，稀释至50mL；5%盐酸载流液：在300mL蒸馏水中加25mL盐酸，至500mL容量瓶中用蒸馏水定容；10%硝酸溶液（V/V）：取10mL硝酸，用超纯水稀释定容到100mL容量瓶中；10%硫酸溶液（V/V）：取10mL硫酸，用超纯水稀释定容到100mL容量瓶中。1.3样品来源试验所用样品来源于市售农产品，分别为大米、海带、香菇。1.4样品处理将样品洗净后烘干，用粉碎机粉碎，40目过筛。对不同样品先进行分类与编号。分别称取各样品0.5g左右于高脚烧杯中消解，同时做加标处理，每一处理重复3次。然后按下列消解体系的设定要求分别加入酸，烧杯上加盖摇匀后放置过夜。消解体系类型1：5mL10%（V/V）硝酸+2mL30%过氧化氢+1mL高氯酸；消解体系类型2：5mL10%（V/V）硝酸+3mL30%过氧化氢+1mL10%（V/V）硫酸；消解体系类型3：5mL10%（V/V）硝酸+1mL高氯酸+1mL10%（V/V）硫酸。放置过夜后，再各加2mL硝酸和数颗玻璃珠。置于电热板上加热，待气泡全部消失，反应趋于平稳，烧杯中消解液剩4mL左右时停止加热。在电热板上90℃低温赶酸待白烟冒尽[6]，溶液澄清透明时停止加热。冷却后移入25mL容量瓶中用水稀释至刻度，摇匀。正式进行测定时，提前30min移取5mL待测液到比色管中并加入2mL硫脲溶液，摇匀待测。同时按照上述的3种消解体系类型及后续步骤做空白试验。1.5标准系列的配制分别移取0.05mg/L汞标准使用液0、0.10、0.20、0.30、0.40、0.50mL于25mL容量瓶中，用5%盐酸定容，摇匀，得到0、0.2000、0.4000、0.6000、0.8000、1.0000μg/L的汞标准系列。1.6仪器工作条件PF5型原子荧光光度计最佳工作条件：光电倍增管负高压270V；灯电流30mA；原子化器高度7mA；原子化器炉温为低温[7]；载气流量500mL/min；屏蔽气流量1000mL/min。分析信號为峰面积，测量方式为标准曲线法；读数时间10s；延迟时间1s；测定元素为汞。1.7样品测定按照“1.6”设定好的仪器工作条件，开机预热30min。输入样品名称、标准系列的数目和对应的浓度、重复的次数、样品的稀释倍数及浓度单位。先进行空白值测量，荧光值稳定后，进入标准系列测量，绘制标准曲线。然后进入样品测量状态，测定前使用载流液冲洗管道，荧光值归零，按设定顺序测定样品溶液，记录数据。2结果与分析2.1还原剂硼氢化钾溶液浓度的选择硼氢化钾在氢化物反应中作为强还原剂影响荧光强度。假如硼氢化钾浓度过高，则反应时生成的氢气量过多就会稀释汞蒸气，导致灵敏度下降，重现性差。有试验结果表明，当硼氢化钾反应液浓度为0.2～2.0g/L时汞元素的荧光强度较高[8]，仪器的测量效果良好。所以该试验选用0.5g/L的硼氢化钾溶液作为还原剂。2.2仪器参数选择试验表明，虽然可以通过增大光电倍增管负高压来提高灵敏度和荧光强度，但噪声也会相应增大[9]。所以该试验选择270V。此外，荧光强度稳定性也受到载气流量大小的影响，流量太大则被测原子密度被冲稀致灵敏度下降，太小则降低测定的重现性。载气流量在500mL/min时荧光强度基本稳定。2.3掩蔽剂及其用量的选择某些样品中含有的过渡金属离子和贵金属离子，抑制汞元素氢化物的形成和释放，对检测造成严重干扰。该试验选用硫脲作为掩蔽剂，因为硫脲对于过渡金属离子与贵金属离子对检测造成的干扰有比较强的掩蔽作用[10]。硫脲溶液用量不少于2mL时，荧光强度稳定。2.4消解液组成体系对样品消解完成度的影响样品在消解完成后变化，记录消解体系中消解时间、消解温度及消解完成时消解液的物理特性。观察结果见表1～3。由表1可看出，采用硝酸-过氧化氢-高氯酸消解3种样品时，消解时间米为3.0h，海带与香菇约为3.5h，最终消解液均澄清无色、无残渣或存在少量残渣，总体消解效果较好。由表2可看出，采用硝酸-过氧化氢-硫酸消解3种样品时，消解所用时间相对表1中的消解体系要长。最终消解液澄清无色或偏黄，均存在少量残渣，消解效果尚好。由表3可看出，采用硝酸-高氯酸-硫酸消解3种样品时，消解时间为3～4h，其中香菇在这个消解体系中消解时间最短。最终消解液总体澄清偏黄，海带消解后还残余少量残渣，其余均无残渣。总体消解效果较好。比较表1～3结果发现，海带在3个不同的消解体系下消解的时间相对米和香菇都较长，而且长时间消解后最终消解液依然存在少量残渣，推断可能是海带自身有机质含量较高，蛋白质种类比较丰富使消解过程耗时更长。此外，消解体系混酸中含有高氯酸时，消解效果较好，同时可知高氯酸的氧化性相比硫酸与30%过氧化氢要强。因此，不同种类混酸的氧化强度也有一定的差别，是影响消解效果的一个因素。分析3种消解体系的酸配比用量得出，以硝酸-过氧化氢-高氯酸作为消解体系时，酸总用量为10mL，总体消解时间短，消解耗较低，消解完成效果较好。以硝酸-过氧化氢-硫酸作为消解体系时，酸总用量为11mL，总体消解时间较长，消解耗能增高，消解完成效果尚好。以硝酸-高氯酸-硫酸作为消解体系时，酸总用量为9mL，总体消解时间较短，消解耗能较低，消解完成效果较好。2.5线性范围及检出限2.5.1线性范围。以金属元素的质量浓度（C）为横坐标、荧光值（IF）为纵坐标，在“1.6”仪器工作条件下，仪器绘制出的曲线，汞在0～1.00μg/L质量浓度范围内与其荧光值呈良好的线性关系，线性回归方程为IF=1334.5C-6.243（r=0.9990）。2.5.2检出限。在“1.7”试验条件下，以5%盐酸为载流液，仪器自动连续测定11次空白溶液，按3倍标准偏差算出检出限为0.004μg/L，相对标准偏差为2.53%。2.6回收率在样品消解前加入不同量的汞标准工作液，按该方法测定汞的含量，在3个消解体系处理下，样品消解后测定的数据及回收率具体结果见表4～6。正常情况下，合理的回收率为95%～105%。在3种消解体系的处理下，米中汞的回收率为95.4%-108.1%，其中在消解体系1和3条件处理下，加标回收率都达到较好水平；海带中汞的回收率为95.2%～98.0%，在消解体系1条件处理下，加标回收率为98.0%，效果较好；香菇中汞的回收率为96.4%～105.0%，在消解体系1条件处理下，加标回收率为99.5%，效果较好。由此认为，样品在消解体系1的处理下测定汞的准确度高，消解体系3次之，第三是消解体系2。3结论与讨论3.1酸的浓度及氧化强度影响消解完成效果通过比较分析，湿法消解中改变不同消解体系的处理，对使用原子荧光光谱法测定汞存在一定的影响。影响主要表现在消解的完成效果上，从而影响汞的测定。消解处理主要是使待测样品的有机质或还原性物质被彻底氧化破坏，从而使待测元素分离出来达到富集的目标。因为消解体系中每种酸的浓度及氧化性强度均有差异，所以不同种类酸的配比与叠加，对消解过程中有机物的彻底氧化有关键的影响。浓度高酸性强的酸相比较弱酸性氧化剂更容易使待测物彻底氧化。试验消解体系中的高氯酸是强氧化性酸，酸性最强，具有强氧化性，而30%过氧化氢则为弱酸性氧化剂，氧化性三者中最低。试验中，含有高氯酸的消解体系1与消解体系3消解效果比不含高氯酸的消解体系2好。3.2消解体系的适宜温度对汞元素的影响不同的消解体系适宜不同温度的消解体系，例如硝酸适合在80～120℃的消解体系，硫酸适合在340℃左右的消解体系，硝酸-高氯酸的混酸适合在140～200℃的消解体系，硝酸-硫酸的混酸适合120～200℃的消解体系，硝酸-双氧水适合95～130℃的消解體系。此次试验中待测元素汞具有易挥发的物理特性，因此温度较高的消解体系增大了汞元素挥发散失的可能性，温度过低，则个别混酸体系达不到较好的消解效果，都对测定结果产生影响。在此次试验中，消解体系为硝酸-过氧化氢-硫酸的混酸时，虽然消解前经过一晚的浸泡，但由于各种酸的适宜消解温度有一定差别，导致消解时温度难以协调，消解效果不佳，影响后续数值的测定。3.3待测物自身特征影响消解效果待测样品自身特性存在一些影响消解进行的因素。有研究表示，待测样品中钙离子含量较高时，则不适宜使用含有硫酸的消解体系进行消解，因为钙离子容易与硫酸根离子形成具有一定黏度的微溶物，影响消解进行[11]，消解完成度不高，故进行数值测定时准确度就下降。此外，待测样品本身有机质含量是否较高，是否含有较多金属元素等。试验中，海带、香菇有机质含量较高，相对米消解耗时更长，需要的温度高，增大了汞元素挥发散失的可能性，从而影响测定。3.4不同消解体系对原子荧光法测定汞的影响在以10%硝酸-30%过氧化氢-高氯酸作为消解体系时，含有强氧化性的高氯酸，消解温度为130～150℃。温度适宜，在此温度下过氧化氢分解出活性氧，大幅度提高了混酸的氧化能力，用时短，避免了汞挥发散失，样品消解效果好，测定数值准确度高。在以10%硝酸-30%过氧化氢-10%硫酸作为消解体系时，混酸氧化强度中等，消解温度为130～150℃。消解耗时较长，增大了汞元素挥发散失可能性，样品消解效果不佳，消解液残余酸，测定数值准确度较低。在以10%硝酸-高氯酸-10%硫酸作为消解体系时，含有强氧化性的高氯酸，消解温度为130～150℃。此时消解效果尚好，高氯酸与硫酸的叠加使用没有使混酸氧化能力大幅提升，消解效果不如消解体系赶酸过程较长，测定数值准确度不高。3.5尚待解决的问题经过对试验中一些操作设定的反思，发现试验存在一些问题尚需要深入研究。一是测定时介质的选择为盐酸，但有研究认为，虽然以硫酸、盐酸、硝酸为介质时其灵敏度相近，但应根据消解时所用酸做参考决定。此次试验因为使用的是混酸的消解体系，选择不在试验混酸名单内的盐酸作为介质是否会对测定结果产生影响仍需进一步探究。二是关于混酸的配比，此次试验中混酸的配制参考了一些测定食物中汞的研究文献[12]，里面混酸的种类多为2种[13]，此次试验中用硝酸、高氯酸、硫酸和过氧化氢按不同比例制成的混酸体系进行前处理，虽初步得出个别混酸体系的处理对原子荧光法测定汞有良好的效果，但针对混酸中酸的量的配比仍需要进一步探究，以得到一个更为准确的混酸消解体系。4小结该试验旨在探究不同消解体系对原子荧光法测定汞的影响，通过分析数据找到一种适宜的测定食品中汞的湿法消解处理体系。试验结果表明，相比国标[14]方法一中消解用液的使用量与仪器配制要求，认为消解体系为硝酸-过氧化氢-高氯酸时样品消解效果较好，用时短，耗能低，消解液加入硫脲作为掩蔽剂后使用氢化物原子荧光光谱法测定的数据准确度高，酸用量少，测定成本降低并且更快捷，适宜多种类样品的同时测定，更简便。Reference[1]邵雷.我国汞污染现状[J].化工管理，2016（14）：269，271.[2]FENGXB，WUSL，WHARMBYA，etal.Microwavedigestionofplantandgrainstandardreferencematerialsinnitricandhydrochloricacidsformultielementaldeterminationbyinductivelycoupledplasmamassspectrometry[J].JAnalAtomSpectro，1999，14：936-946.[3]李欣，吴跃，周文化，等.湿法消解条件对大米中镉定量检测的影响[J].粮食与油脂，2016，29（6）：82-84.[4]PSILLAKISE，KALOGERAKISN.Developmentsinliquid-phasemicroextraction[J].Trendsinanalyticalchemistry，2003，22（9）：565-574.[5]鲁琳，刘子文，梁春穗.湿法消解-原子荧光光谱