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1、食品中砷的测定 1 砷的简介1.1 元素性质 砷的原子序数为33，原子量74.92，原子类型:非金属。砷蒸汽具有一股难闻的大蒜臭味，游离的砷是非常活泼的，在空气中加热到200时，有荧光出现，于400时，会有一种带蓝色的火焰燃烧，并形成白色的氧化砷烟。（As2O3是毒性很强的物质，是砒霜的主要成分，可用于治疗癌症，是两性氧化物。） 砷有三种存在形式：无价砷、三价砷、五价砷，其化合物的毒性是由价数的不同，有机或无机，是气体、液体还是固体等决定。一般而言无机砷比有机砷要毒，三价砷比五价砷要毒，但是对于不带价的砷的了解比较少。砷化氢毒性与其他砷不同，是目前已知的砷化物中最毒的一个。1.2 来源 砷污染
2、是指由砷或其化合物所引起的环境污染。砷和含砷金属的开采、冶炼，用砷或砷化合物作原料的玻璃、颜料、原药、纸张的生产以及煤的燃烧等过程，都可产生含砷废水、废气和废渣，对环境造成污染（砷在地壳中有时以游离状存在，不过主要是以硫化物矿的形式存在如雌黄As2S3、雄黄As2S2、砷黄铁矿FeAsS）。1.3 生理作用 砷是必需微量元素，人体砷含量低时会导致生长抑制和生殖异常，过量摄入会导致砷中毒。据动物实验资料提出，人的砷需要量为6.25g/4.18MJ（兆焦耳：热值单位） 12.5g/4.18MJ，世界各地砷的摄入量一般为12g40g，但摄入海产品多的人，摄入量一般为195g每天。1.4 中毒途径 砷
3、和砷化物一般可通过水、大气和食物等途径进入人体，造成危害。1.5 中毒机理砷及其化合物进入人体，蓄积于肝、肾、肺、骨骼等部位，特别是在毛发、指甲中贮存，砷在体内的毒作用主要是与细胞中的酶系统结合，使许多酶的生物作用受到抑制失去活性，造成代谢障碍。长期摄入低剂量的砷，经过十几年甚至几十年的体内蓄积才发病。1.6 中毒表现 （尿砷0.09mg/L，发砷0.06mg/L） 砷慢性中毒主要表现为末梢神经炎和神经衰弱症候群的症状，皮肤色素高度沉着和皮肤高度角化、发生龟裂性溃疡是砷中毒的另一个特点。急性砷中毒多见于消化道摄入，主要表现为剧烈腹痛、腹泻、恶心、呕吐。抢救不及时可造成死亡。砷具有致癌性。 2
4、仪器简介2.1 仪器部分仪器结构荧光光度主机130位自动进样器断续流动氢化物发生及气液分离系统数据处理系统原子化器光学系统电路系统气路系统蠕动泵：取样泵、还原剂泵反应器气液分离器：一级、二级2.2 仪器条件（1）光电倍增管负高压：可在200V-500V之间增减，最小变量5V。负高压增大，仪器灵敏度增大，但噪声也增大，即提高负高压不改善信噪比。（2）空心阴极灯灯电流：灯电流的大小代表了激发光源的强弱。在一定范围内，灯电流越大，灵敏度越高，但因为灯电流太大会产生噪音大、自吸现象，影响检出限和稳定性以及缩短灯的使用寿命。范围为0mA-150mA，最小变量1mA。（3）原子化器高度：原子化器最高端（石
5、英炉芯的出口处）距透镜中心水平面的垂直距离即火焰高度，它主要用于表示不同元素的最佳炉体位置。需人工调节。(4)延迟时间：当样品与还原剂开始反应产生的氢化物进入原子化器需要一个过程，这段时间称为延迟时间，可以有效地延长灯的使用寿命，减少空白噪声。 (5)读数时间：计算机进行数据测量的时间（点亮元素灯照射原子蒸汽使之产生荧光的整个过程）。(6)载气流速：指通过石英炉芯载气内管的氩气流量。300mL/min -600mL/min可调，最小变量100mL/min。(7) 屏蔽气流速:指通过石英炉芯载气屏蔽气管的氩气流量。800mL/min -1100mL/min可调，最小变量100mL/min。(8)
6、 测量方式：标准曲线法（Standard Curve）。(9) 读数方式：峰面积（Peak Area）。3 砷含量的检测 检测方法：氢化物原子荧光光度法 原子荧光光谱法（AFS）原理：基态原子（一般为蒸气状态）吸收合适的特定频率的辐射而被激发至高能态，而后，激发态原子在去激发过程中以光辐射的形式发射出特征波长的荧光。 氢化物发生进样方法，是利用某些能产生初生态的还原剂或者化学反应，将样品溶液中的分析元素还原为挥发性共价氢化物，然后借助载气流将其导入原子光谱分析系统进行测量的方式。碳、氮、氧族元素的氢化物是共价化合物。其中As（砷）、Sb（锑）、Bi（铋）、Ge（锗）、Sn（锡）、Pb（铅）、S
7、e（硒）、Te（碲）等8种元素的氢化物具有挥发性，通常情况下为气态。借助载气流可以方便地将其导入原子光谱分析系统的原子化器之中，进行定量光谱测量。这是测定这些元素的最佳样品引入方式。 3.1 总砷的测定 (1)原理：食品试样经湿消解或干法灰化后， 加入硫脲使五价砷预还原为三价砷，再加入硼氢化钾或硼氢化钠使还原生成砷化氢，由氩气进入石英原子化器中分解为原子态砷，在特制砷的空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，其强度在规定条件下与砷的浓度成正比，与标准系列比较定量。 当硼氢化钾与酸性溶液反应生成氢气被氩气带入石英炉时，氢气将被点燃并形成氩氢焰，在氩氢焰的周围加有屏蔽气以进一步改善检出限及稳定性。屏
8、蔽式结构减少荧光猝灭，整个系统放在完全避光的原子化室内，减少杂散光的影响。载气载气- -氩气氩气蠕动泵氢化物或原子蒸气氢化物或原子蒸气废液废液气液分离器气液分离器硼氢化钾硼氢化钾样品样品屏蔽式石英屏蔽式石英炉原子化器炉原子化器反应块反应块屏蔽气屏蔽气空芯阴极灯空芯阴极灯原子荧光光度计的原理氩气、氢化物屏蔽气(2) 试剂1）预还原液（5%硫脲+5%抗坏血酸）：称取5g硫脲5g抗坏血酸于100mL容量瓶中，用超纯水定容。2）载流（5%盐酸）：在加入少量超纯水500mL容量瓶中，加入25mL盐酸，用超纯水定容。3）还原剂（2%硼氢化钾+0.5%氢氧化钠）：称取2.5g氢氧化钠溶于500mL容量瓶中，
9、再将10g硼氢化钾溶于碱液，用超纯水定容。现配现用。4）湿法使用试剂：硝酸（沸点：120）、高氯酸（沸点：130 ）。注：实验试剂均为优级纯，水为超纯水。(3)标准溶液1）标准储备液：含砷0.1mg/mL。精确称取于100干燥2h以上的三氧化二砷0.1320g,加100g/L氢氧化钠10mL溶解，用少量水转入1000mL容量瓶中，加（1+9）硫酸25mL，用水定容至刻度线。2）砷使用标准液：含砷1g/mL.吸取1.00mL砷标准储备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度线。(4) 使用仪器 AFS-9800双道原子荧光光度计、电热板(5)分析步骤 1）前处理GB/T 5009.11-2003(
10、第一法) 称取 （精确到0.01g）于50mL-100mL锥形 瓶中，同时做两份空白，加硝酸2040mL，硫酸（沸点：338 ）1.25mL ，摇匀后放置过夜，置于电热板上加热消解。若消解液处理至10mL左右时仍有未分解物质或色泽变深，取下放冷，补加硝酸510mL，如此反复两三次，注意避免炭化。如果仍不能消解完全，则加入高氯酸12mL，继续加热至消解完全后，再持续蒸发至高氯酸的白烟散尽，硫酸的白烟开始冒出。冷却，加水25mL，再蒸发至冒硫酸白烟。冷却，用水将内容物转入25mL容量瓶，加入50g/L硫脲2.5mL，补水至刻度并混匀，备测。液奶510g奶粉12.5g 硫酸是高沸点酸，在消化过程中其
11、与硝酸、水形成高沸点复合物，从而有效地提高消化液的温度，达到破化坏样品生物结构的目的，使包裹在生物大分子中的砷元素有效地释放。 OHNO3+H2SO4 O2NO=S=O + H2O HO （杂多酸） 要洗除消化液中的HNO3及氮氧化物，一般可通过加水加热使之水解而逸出。称取（精确到0.01g）于100mL锥形瓶中， 同时做两份空白， 放置过夜，置于电热板上加热消解，若消解液处理仍有未分解物质或色泽变深，取下放冷。补加1-2mL硝酸。再持续蒸发至冒大量白烟，溶液35mL且清澈透明。冷却，加水25mL，再蒸发至冒大量白烟，溶液35mL且清澈透明。冷却，用水将内容物转入25mL容量瓶，加入1.25m
12、L的盐酸，5mL 5%硫脲+5%抗坏血酸，补水至刻度并混匀，备测。2）标准系列制备 在6个25mL的容量瓶中加入少量标准介质溶液 （5%盐酸-1%硫脲-1%抗坏血酸），分别加入0、0.25、0.50、1.00、2.00、2.50mL砷100ng/mL的标准储备液，用标准介质加至刻度线附近，然后用超纯水定容，摇匀，放置10分钟即可使用。此标准系列的浓度为：0、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00ng/mL。3）仪器条件 光电倍增管负高压：250V 灯电流：60mA 原子化器高度：8mm 载气流量：300mL/min 屏蔽气流量： 800mL/min 延长时间：2s 读数时间：12s
13、(6) 计算结果砷(mg/kg)式中： C1试样被测液的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）； C0试剂空白液的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）； m试样质量，单位为克（g）。允许差：在重复性条件下获得两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%3.2 无机砷的测定（1） 原理 食品中的砷可能以不同的化学形式存在，包括无机砷和有机砷。在6mol/L盐酸水浴条件下，无机砷以氯化物形式被提取，实现无机砷和有机砷的分离。在2 mol/L盐酸下测定总无机砷。（2） 试剂1）6mol/L盐酸溶液：在加入少量超纯水500mL容量瓶中，加入250mL盐酸，用超纯水定容。2）载流（20%盐酸）：在
14、加入少量超纯水500mL容量瓶中，加入100mL盐酸，用超纯水定容。3）还原剂（1%硼氢化钾+0.5%氢氧化钠）：称取2.5g氢氧化钠溶于500mL容量瓶中，再将10g硼氢化钾溶于碱液，用超纯水定容。现配现用。4）碘化钾（100g/L）+硫脲（50g/L）:称取碘化钾10g，硫脲5g溶于水中，并稀释至100mL混匀。（3）分析步骤1）前处理：称取经粉碎过80目筛的干样2.50g于25mL具塞刻度试管中，加6mol/L盐酸20mL，混匀。置于60水18h(80水浴4h)，期间多次震荡，使试样充分浸提。取出冷却，脱脂棉过滤，取4mL滤液于10mL容量瓶中，加碘化钾（还原剂）-硫脲混合液1mL，正辛
15、醇（消泡剂）8滴，加水定容。放置10min后测试试样中无机砷。如浑浊，再次过滤后测定。同时做试剂空白试验。2）标准系列制备 分别准确吸取1g/mL三价砷标准储备液加入0、0.20、0.40、0.80、1.60、2.00mL于10mL容量瓶中，分别加入6mol/L盐酸4mL，加碘化钾-硫脲混合液1mL，正辛醇8滴，加水定容。此标准系列的浓度为：0、1.00、2.00、4.00、8.00、10.00ng/mL。3）仪器条件 光电倍增管负高压：260V 灯电流：60mA 原子化器高度：8mm 载气流量：300mL/min 屏蔽气流量： 800mL/min 延长时间：2s 读数时间：12s（4）计算结
16、果砷(mg/kg)式中： C1试样被测液中无机砷的浓度，单位为纳克每毫 升（ng/mL）； C0试剂空白液的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）； m试样质量，单位为克（g）。 F 固体试样：F=10mL25mL/4mL允许差：在重复性条件下获得两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10%4 注意事项所有计量用玻璃仪器使用前在20硝酸中浸泡24以上。 在更换载流时，一定要小心，以免将进样针碰断；避免自动进样器表面滴上液体而损坏仪器。 一定要注意各泵管无泄漏，在使用一段时间后，应随时向泵管与泵头间的空隙加几滴硅油，以保护泵管。 实验时要注意在气液分离器（二级气液分离器）中不要有积液，以防
17、溶液进入原子化器。 在样品分析中需要用硝酸处理样品，当测定溶液中硝酸含量较高时加入硫脲和抗坏血酸还原剂后会产生剧烈反应，造成砷的测定结果严重偏低。应该尽量控制硝酸的残留量。 测定砷时，开始阶段受空心阴极灯变化影响较大，应随时校正标准曲线。 氩气纯度：99.99%，工作时气瓶次级压力0.2-0.3MPa，仪器稳压到0.2MPa。当氩气压力低于0.15MPa时，仪器给以提示，氢化物发生反应不能进行。5 补充内容 Cu、Co、Ni等会干扰As元素的检测，这些干扰可通过加入硫脲（5%）- 抗坏血酸（5%）混合溶液而消除。当HCl的浓度大于2.5 mol/L时，硫脲还可起到还原剂的作用，将五价砷还原至三
18、价。其它可形成氢化物的元素，在其含量不高于10 g/mL的情况下不会对As的检测造成影响。 如果共存的可形成氢化物的元素的含量高于200 g/mL，那么分子产生的荧光或散射现象的发生将会导致光谱被干扰。载气流量大会稀释氢化物，降低灵敏度，流量太低则使形成的氢化物无法迅速进入原子化器。 氢化物发生反应要求有适宜的酸度，试验表明盐酸介质与硝酸相比的灵敏度较高，220范围内时砷的荧光强度变化不大，在5盐酸介质中测定总砷标准系列线性良好，在20盐酸介质中测定无机砷标准系列线性良好。 还原剂浓度：硼氢化钾为还原剂，其水溶液不稳定，加入氢氧化钾可以提高其稳定性，还原剂浓度过高，产生过多的氢，灵敏度降低，并引起液相、气相干扰；还原剂浓度过低，气态物难以形成，当浓度为1%2.5%时，砷荧光强度相对稳定，故选用2%硼氢化钾测总砷， 1%硼氢化钾测无机砷。6思考题1.载气是什么，其流量大小对测样结果的影响？2.硫脲的作用？3.读数时间与延迟时间之和要小于断续流动系统泵读数时间。（ ）
