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

摘 要：目前稻谷中总砷及形态砷的测定方法多种多样，其中，原子荧光光谱法操作简单、检测效率高、结果准确。本实验分别采用微波消解-原子荧光光谱法和液相色谱-原子荧光光谱法（Liquid Chromatography-Atomic Fluorescence Spectrometry，LC-AFS）对稻谷中总砷与形态砷进行测定，根据检测结果比较总砷和形态砷含量，得知无机砷占比最大，无机砷酸含量占总砷含量的57.4%～71.3%，以亚砷酸为主，其次是以二甲基砷和砷酸形式存在，一甲基砷形态存在最少。

关键词：稻谷;原子荧光光谱法;总砷;形态砷

Study and Analysis of Determination of Total Arsenic and Species of Arsenic in Rice Based on Atomic Fluorescence Spectrometry

ZHAO Suqin， FENG Peipei， REN Lulu， WANG Lu， LI Xiaowei

（Henan Zhongbiao Testing Service Co.， Ltd.， Zhengzhou 450044， China）

Abstract： At present， there are many methods for the determination of total arsenic and species of arsenic in rice. Among them， atomic fluorescence spectrometry is simple to operate， and has high detection efficiency and accurate results. Microwave digestion-atomic fluorescence spectrometry and liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry were used to determine total arsenic and form arsenic in rice. According to the comparison of the content of total arsenic and form arsenic， it can be seen that inorganic arsenic accounts for the largest proportion. The content of inorganic arsenic acid accounted for 57.4%～71.3% of the total arsenic content， mainly arsenous acid， followed by dimethyl arsenic and arsenic acid， and the form of monomethyl arsenic was the least.

Keywords： rice; atomic fluorescence spectrometry; total arsenic; form arsenic

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。

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。

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。

参考文献

[1]朱琼，方静，蔡鹏，等.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定接骨七厘片中总砷含量及砷形态分析[J].中国药业，2020，29（15）：78-81.

[2]黄永东，杜应琼，陈永坚，等.水淹条件下锰改性生物炭对水稻砷吸收及形态分布的影响[J].生态环境学报，2020，29（11）：2288-2295.

[3]李洁，戚鹏飞，张彩霞，等.基于ICP-MS和LC-AFS技术测定海藻及其混伪品中总砷和砷形态含量[J].中南药学，2020，18（10）：1706-1712.

[4]庄景新，吴云钊，孟鹏，等.水生蔬菜中总砷和总汞含量的微波消解-双道原子荧光光谱同时测定法[J].职业与健康，2021，37（8）：1048-1051.

[5]马永强，朱秋明，王鑫.原子荧光光谱法测定稻谷及制品中含总砷的量[J].哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2016，32（5）：533-536.