姚 晶 任 蓉 樊 婷 蘇春燕 汪海峰

(1 蘇州市吳中區(qū)糧油質(zhì)量監(jiān)測中心，江蘇 蘇州 215156；2 南京財(cái)經(jīng)大學(xué)食品科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210003)

前言

目前，砷汞總量測定方法為現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)方法GB 5009.17—2014和GB 5009.11—2014，均為原子熒光光譜法[1-2]，其原理是在一級(jí)反應(yīng)器中，被測金屬元素與初生態(tài)氫H*反應(yīng)生成氣態(tài)的氫化物，在氣液分離器內(nèi)，氣態(tài)氫化物逸出，在原子化器被檢測器檢測到產(chǎn)生信號(hào)[3]，此方法操作簡便、干擾少、檢出限低、靈敏度高，已被廣泛使用[4-6]。雖然儀器推薦的使用條件相似，但是，在實(shí)際測定過程中，針對(duì)不同的測定要求，應(yīng)選擇最適的工作條件，同時(shí)，還應(yīng)充分考慮到干擾對(duì)儀器的穩(wěn)定性和靈敏度的影響，特別是在檢測過程中氣相干擾和液相干擾因素帶來的影響，而國內(nèi)關(guān)于干擾因素的研究少有報(bào)道。因此，本文通過考察不同工作條件，對(duì)儀器工作條件進(jìn)行優(yōu)化，同時(shí)研究對(duì)儀器穩(wěn)定性和靈敏度的影響，分析歸納相關(guān)規(guī)律，以期通過有效控制，獲得更好的穩(wěn)定性和靈敏度，保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

6500型雙通道原子熒光光度計(jì)(北京海光儀器有限公司)，Topex微波消解平臺(tái)(上海屹堯儀器科技發(fā)展有限公司)，明澈超純水機(jī)(美國默克密理博)，F(xiàn)A2004電子天平(上海衡平儀器儀表廠)，空調(diào)(廣州美的集團(tuán))，HTC-1型溫濕度計(jì)(得力集團(tuán))。

鹽酸(GR)，硝酸(GR)，氫氧化鉀(GR)，硼氫化鉀(99%，天津南開允公合成技術(shù)有限公司)。

汞標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液(1 000 mg/mL，5%硝酸，GBW(E)083186)、BW30018-1000-N-50砷標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 mg/mL，2%硝酸)均購自壇墨質(zhì)檢標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；高純氬(ωAr≥99.99%，蘇州金宏氣體有限公司)；其余試劑均為分析純，所有試劑均現(xiàn)配現(xiàn)用，實(shí)驗(yàn)用水為二次去離子水。

檢測樣品為稻谷，由蘇州市吳中區(qū)糧食購銷總公司提供。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 檢出限和重復(fù)性的測定

1.2.2 儀器條件的選擇

分別考察原子熒光光譜儀的儀器條件原子化高度(8、9、10、11 mm)，負(fù)高壓(250、260、270、280、290、300 V)，燈電流(As燈30、40、50、60、70 mA、Hg燈10、15、20、25、30 mA)，載氣流量(200、300、400、500、600 mL/min)等4個(gè)主要因素對(duì)儀器的影響，對(duì)同一標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行自動(dòng)稀釋，自動(dòng)進(jìn)樣，延遲時(shí)間1 s，讀數(shù)時(shí)間19 s，峰面積定量，穩(wěn)定性和靈敏度測試方法同1.2.1，選擇最佳儀器工作參數(shù)。

1.2.3 干擾因素的控制

環(huán)境溫度干擾：在最佳的儀器工作條件下，考察不同環(huán)境溫度對(duì)測定的影響。通過空調(diào)設(shè)定溫度，以溫度計(jì)數(shù)值為確定測試溫度，待室溫到達(dá)設(shè)定值后，恒溫平衡30 min后開始測試，保持室溫波動(dòng)在設(shè)定值±0.5 ℃以內(nèi)，依次設(shè)定不同溫度(16、18、20、22、24、26 ℃)對(duì)穩(wěn)定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

光源穩(wěn)定性干擾：在最佳的儀器工作條件下，考察不同預(yù)熱時(shí)間測定的影響，依次考察不同預(yù)熱時(shí)間(10～50 min)對(duì)穩(wěn)定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

試劑干擾：在最佳儀器工作條件下，相同環(huán)境最溫度預(yù)熱30 min后，依次考察5%(V/V)不同種類酸(HCl、HNO3、H2SO4、HAc)、不同濃度(V/V)酸(1%、3%、5%、7%、9%)、不同濃度KBH4(5、10、15、20、25、30 g/L)對(duì)穩(wěn)定性和靈敏度的干擾，測試方法同1.2.1。

1.2.4 樣品測試

樣品經(jīng)清理混勻后，經(jīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)ニ檫^篩后放入廣口瓶備用。稱取粉碎制樣0.5 g(精確到0.001 g)至消解內(nèi)管，加入5.0 mL硝酸后進(jìn)行微波消解，微波消解條件為10 ℃/min升溫至120 ℃，保溫5 min；5 ℃/min升溫至160 ℃，保持5 min；5 ℃/min升溫至180 ℃，保持20 min，消解液冷卻后加超純水定容至10 mL，搖勻待測。加標(biāo)試樣在加入硝酸后加入一定體積標(biāo)準(zhǔn)溶液達(dá)到目標(biāo)濃度，對(duì)樣品按最佳儀器條件，控制干擾因素穩(wěn)定情況下進(jìn)行測定，同時(shí)做空白實(shí)驗(yàn)和平行實(shí)驗(yàn)，加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)量如表1所示。

表1 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)的加標(biāo)量

2 結(jié)果與討論

2.1 儀器條件的選擇

為了獲得穩(wěn)定可靠的測定結(jié)果，必須對(duì)儀器的測定條件進(jìn)行優(yōu)化選擇。

2.1.1 原子化器高度

表2給出了不同的原子化器高度對(duì)測定元素的精密度和檢出限的影響。

從表2數(shù)據(jù)可知，隨著原子化器高度的增加，As的穩(wěn)定性和靈敏度均漸下降，可知As的最佳原子化器高度為8 mm；Hg的穩(wěn)定性先降后升，靈敏度均漸下降，當(dāng)原子化器高度為10 mm時(shí)，Hg的穩(wěn)定性和靈敏度最佳。在雙通道同時(shí)測定時(shí)，僅可設(shè)置同一高度，因此，選擇10 mm作為設(shè)定值，此時(shí)Hg已為最佳，As的穩(wěn)定性和靈敏度較最佳時(shí)亦下降較小。

表2 原子化器高度的選擇

Table 2 Selection of atomizer height

原子化器高度/mmAsRSD/%DL/(ng·mL-1)HgRSD /%DL/(ng·mL-1)80.530.008 31.40.007 290.540.008 01.10.004 7100.770.009 00.440.003 5111.10.009 01.30.003 5

2.1.2 負(fù)高壓

負(fù)高壓是施加在陽極和陰極間的電壓，直接決定光電倍增管的放大倍數(shù)，負(fù)高壓增大，靈敏度隨之提高，但負(fù)高壓增大的同時(shí)，信號(hào)噪聲增大，穩(wěn)定性降低，因此，測定時(shí)須選擇最合適的負(fù)高壓，見表3。

表3 負(fù)高壓的選擇

從表3可以得出，負(fù)高壓由250至300 V時(shí)，As和Hg的穩(wěn)定性均先升后降，靈敏度均隨著電壓增加，不斷提高，每增加20 V，靈敏度約提高一倍。在雙通道同時(shí)測定時(shí)，僅可設(shè)置同一負(fù)高壓，實(shí)驗(yàn)選擇270 V作為設(shè)定值，此時(shí)As、Hg穩(wěn)定性均為最佳，靈敏度亦較好。

2.1.3 燈電流

燈電流在一定范圍內(nèi)與產(chǎn)生熒光強(qiáng)度存在線性關(guān)系，隨著燈電流的增加，熒光強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，但電流增大，噪聲增大，穩(wěn)定性下降。因此要根據(jù)測定要求，選擇合適的燈電流，見表4。

從表4可以得出，隨著燈電流增大，As、Hg的檢出限不斷提高，但穩(wěn)定性不斷下降，當(dāng)As燈電流60 mA，Hg燈電流15 mA時(shí)，靈敏度分別為0.010 9、0.002 6 ng/mL，已滿足檢測要求，且穩(wěn)定性較好，燈電流繼續(xù)提高，雖然靈敏度仍有所提高，但穩(wěn)定性顯著下降，在滿足分析靈敏度的要求下，應(yīng)盡量選擇較小的燈電流作為工作電流，以延長燈的使用壽命，因此，As、Hg燈電流分別設(shè)置為60、15 mA。

2.1.4 載氣流量

由于載氣流量的大小直接影響Ar-H2火焰的形狀、大小，對(duì)儀器的靈敏度和穩(wěn)定性均有較大的影響，因此，在測定時(shí)應(yīng)選擇合適測定的載氣流量，見表5。

從表5數(shù)據(jù)可知，載氣從200 逐漸增大至600 mL/min時(shí),穩(wěn)定性和靈敏度均呈現(xiàn)先升后降的趨勢，載氣流量小時(shí)，火焰焰型圓矮，穩(wěn)定性和靈敏度均較低，隨著載氣增大，火焰焰型逐漸變直變高，穩(wěn)定性和靈敏度提高，在載氣流速為300 mL/min，As、Hg的穩(wěn)定性和靈敏度均為最佳，載氣流量繼續(xù)增大，穩(wěn)定性和靈敏度又開始下降。

表4 燈電流的選擇

表5 載氣流量的選擇

2.2 干擾因素的控制

2.2.1 環(huán)境溫度的干擾控制

根據(jù)原子熒光光譜儀工作原理可知，環(huán)境溫度在測定過程中，主要影響氫化物的發(fā)生效率，氫化物的逸出、傳輸及其熱穩(wěn)定性，會(huì)同時(shí)引起液相干擾和氣相干擾，因此，測定時(shí)應(yīng)對(duì)環(huán)境溫度要嚴(yán)格控制，避免引起干擾，見表6。

表6 環(huán)境溫度的干擾

從表6可知，當(dāng)環(huán)境溫度低于20 ℃時(shí)，反應(yīng)不充分，氫化物發(fā)生效率偏低，穩(wěn)定性較差，靈敏度不高，線性達(dá)不到測定要求；當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到20 ℃以上時(shí)，穩(wěn)定性、靈敏度較好，且線性符合測定要求；當(dāng)環(huán)境溫度達(dá)到26 ℃時(shí)，空白熒光強(qiáng)度增高，噪聲增大，靈敏度和標(biāo)準(zhǔn)曲線線性較好，但穩(wěn)定性已有所下降，雖然目前國內(nèi)儀器標(biāo)識(shí)的工作環(huán)境溫度范圍較寬，在實(shí)際測定中，應(yīng)控制在20～25 ℃為宜。

2.2.2 光源穩(wěn)定性

光源的穩(wěn)定性對(duì)原子熒光光譜會(huì)產(chǎn)生一定影響，這是原子光度光譜儀的光學(xué)結(jié)構(gòu)所決定的，由于國產(chǎn)的儀器光路系統(tǒng)是無色散系統(tǒng)，一般采用日盲光電倍增管檢測熒光信號(hào)，當(dāng)光源不夠穩(wěn)定，熒光信號(hào)比發(fā)射和吸收信號(hào)更弱，此時(shí)檢測器則容易受到散射光的干擾，因此，可通過提前預(yù)熱，使工作燈穩(wěn)定來避免干擾，見表7。

表7 光源穩(wěn)定性的干擾

從表7可知，當(dāng)預(yù)熱時(shí)間不足時(shí)，穩(wěn)定性較差，靈敏度不高，線性系數(shù)低，儀器達(dá)不到測定要求，經(jīng)過30 min預(yù)熱后，各項(xiàng)指標(biāo)均得到了明顯的改善，此時(shí)，穩(wěn)定性、靈敏度、線性相關(guān)系數(shù)均較好，符合測定要求。因此，在操作時(shí)，為了保證光源穩(wěn)定性，至少使儀器穩(wěn)定30 min再開始測定，可以有效避免光源不穩(wěn)定帶來的干擾。

2.2.3 試劑的干擾

酸和硼氫化鉀是反應(yīng)體系重要的試劑，不同的試劑在反應(yīng)過程中會(huì)影響還原態(tài)氫的生成速率、氫化物的逸出等，易造成氣相干擾和液相干擾，因此，根據(jù)測定元素，應(yīng)選擇合適的試劑，并確定最佳的反應(yīng)濃度。

2.2.3.1 酸種類的選擇

不同酸種類對(duì)測定的影響見表8。

表8 酸種類的干擾

Table 8 Disturbance of acid types

酸As空白 IFRSD/%DL/(ng·mL-1)r空白 IFHg空白 IFRSD/%DL(ng·mL-1)rHCl154.0981.50.006 41.000 0966.5430.420.003 50.999 9HNO370.5191.50.006 50.999 9494.2731.00.003 20.999 8H2SO482.2841.90.007 60.999 7433.7411.80.003 70.999 7HAc56.3212.60.008 30.999 6317.982.40.005 50.999 7

2.2.3.2 HCl濃度的選擇

不同HCl濃度對(duì)測定的影響見表9。

表9 HCl濃度的干擾

從表9可知，不同HCl濃度對(duì)As、Hg測定的干擾不同。隨著HCl濃度的增加，測As時(shí)，空白熒光強(qiáng)度、RSD、DL和線性相關(guān)系數(shù)r逐漸提高，在濃度達(dá)到5%(V/V)時(shí)開始趨于穩(wěn)定；而測Hg時(shí)，各項(xiàng)指標(biāo)并未有較大波動(dòng)，可見HCl濃度變化對(duì)測Hg帶來的干擾不大。因此，在反應(yīng)時(shí)，濃度應(yīng)不低于5%(V/V)的HCl濃度，此時(shí)As、Hg的穩(wěn)定性、靈敏度和線性相關(guān)系數(shù)都較好，特別是當(dāng)反應(yīng)體系中存在過渡金屬元素干擾時(shí)，可選用較高的酸濃度，以克服液相干擾。

2.2.3.3 KBH4濃度選擇

不同濃度KBH4對(duì)測定的影響見表10。

表10 KBH4濃度的干擾

從表10可知，還原劑KBH4濃度對(duì)As的影響較Hg的影響大，當(dāng)KBH4濃度為5.0 g/L時(shí)，As的穩(wěn)定性、靈敏度和線性相關(guān)系數(shù)均無法測得，但Hg已可以穩(wěn)定測得，且滿足測定要求，隨著KBH4濃度的增大至15～20 g/L范圍內(nèi)時(shí)，As、Hg的穩(wěn)定性、靈敏度和線性相關(guān)系數(shù)為最佳，當(dāng)還原劑濃度繼續(xù)增大，靈敏度較為穩(wěn)定，但穩(wěn)定性和線性系數(shù)開始下降。還原劑的作用是與酸反應(yīng)后提供初生態(tài)的H*和被測元素形成金屬氫化物，還原劑的濃度過大會(huì)帶來液相干擾，容易引起過渡元素的干擾，同時(shí)還原劑濃度過高，生成的大量氫，熒光強(qiáng)度變幅增大，導(dǎo)致穩(wěn)定性下降，靈敏度變差，因此，還原劑KBH4濃度較低為宜，應(yīng)控制在15～20 g /L。

2.3 樣品精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

國家標(biāo)準(zhǔn)[7]中規(guī)定，雙道儀器的線性相關(guān)系數(shù)不小于0.997，As、Hg的重復(fù)性指標(biāo)小于2%，檢出限分別為0.06、0.005 ng/mL[4]，稻谷樣品在最佳儀器條件、控制干擾因素穩(wěn)定情況下進(jìn)行測定，As的濃度為0.20 ng/mL，檢出限為0.004 7 ng/mL，RSD為0.37%，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 9；Hg的濃度為0.023 ng/mL，檢出限為0.001 5 ng/mL，RSD為0.44%，線性回歸系數(shù)r=0.999 9，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，見表11。

表11 精密度和加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

糧食中As、Hg的測定，屬于痕量分析，一般情況下被測物質(zhì)含量小于0.1 μg/kg，國家標(biāo)準(zhǔn)[8]規(guī)定，變異系數(shù)應(yīng)小于43%，加標(biāo)回收率范圍滿足60%～120%，如表11顯示，三組實(shí)驗(yàn)的變異系數(shù)均小于1.00%，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。As加標(biāo)回收率為95%～105%，Hg的回收率為80%～110%，均高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

3 結(jié)論

通過考察主要工作條件對(duì)儀器穩(wěn)定性和靈敏度的影響，研究分析歸納相關(guān)規(guī)律，并進(jìn)行了優(yōu)化，得出最佳工作條件為：原子化高度10 mm，負(fù)高壓270 V、As燈電流60 mA、Hg燈電流15 mA、載氣流量300 mL/min。在此基礎(chǔ)上對(duì)產(chǎn)生干擾因素進(jìn)行了研究，研究結(jié)果表明：環(huán)境溫度應(yīng)控制在20～25 ℃、至少預(yù)熱30 min、首選HCl作為反應(yīng)用酸，濃度應(yīng)不低于5%(V/V)，還原劑濃度應(yīng)控制在15～20 g/L，可獲得更好的儀器測試效果；最后進(jìn)行了三水平加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示，儀器經(jīng)條件優(yōu)化后，干擾因素在有效控制下，As的濃度為0.20 ng/mL，檢出限為0.024 7 ng/mL，RSD為0.37%，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 9；Hg的濃度為0.023 ng/mL，檢出限為0.001 5 ng/mL，RSD為0.44%，線性相關(guān)系數(shù)r=0.999 9，且穩(wěn)定性好，靈敏度高，各項(xiàng)指標(biāo)均優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。