CN103207170B

CN103207170B - 一种分析测定液态食品调料中砷形态的方法

Info

Publication number: CN103207170B
Application number: CN201310136614.8A
Authority: CN
Inventors: 祝涛; 苑春刚; 袁博; 宋小卫
Original assignee: North China Electric Power University
Current assignee: North China Electric Power University
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2033-04-19
Also published as: CN103207170A

Abstract

一种分析测定液态食品调料中砷形态的方法，用于解决目前尚缺乏灵敏、快速、准确、低成本的分析测定液态食品调料中砷形态方法的问题。所述方法利用反应器、冷捕集器、恒温容器、氢气发生装置、原子荧光光谱仪、色谱信号处理器作为测量仪器，并按照下述步骤进行：a.气态砷化合物的生成：b.气态砷化合物的在线冷捕集分离：c.气态砷化合物的检测。本发明取消了样品复杂的预处理过程，节省了预处理费用；样品直接加入，即时反应，一次测定全过程不超过8min，大大缩短了测定周期；分析测定砷形态准确度和灵敏度高；操作简单，易于实现，再现性好。本发明对合理评价食品安全具有重要的现实意义，且适宜在普通实验室推广应用。

Description

一种分析测定液态食品调料中砷形态的方法

技术领域

本发明涉及一种化合物分析测定方法，特别是用于分析测定液态食品调料中砷形态的方法，属化学检测分析技术领域。

背景技术

砷是一种具有蓄积性的有害微量元素，广泛存在于环境和日常生活当中。近些年随着食品安全形势的越发严重，一些食品或调料中有毒元素含量存在超标的风险，直接威胁着人类健康。不同砷形态化合物具有的环境毒性差别甚大，因此在评价食品安全时只检测总砷量而不标示砷形态是不科学的，砷形态分析已经成为现代分析化学的一个重要研究课题。目前，用于检测食品中砷含量的方法中最常用的方法是通过将经过酸化过的样品与还原剂反应生成氢化物和氢气，然后气态氢化物、氢气和载气混合进入原子化器，被点燃形成氩氢火焰，使待测元素原子化；再利用待测元素光源发射出特征谱线，经过透镜聚焦激发氩氢火焰中的待测物原子蒸汽，得到的荧光信号被日盲光电倍增管所接受，然后经放大、解调，再由数据处理系统根据检测到的原子荧光信号计算得到待测元素的含量。上述方法虽然能快速准确的测定出样品中砷含量，但是却不能将样品中不同砷形态的含量和总砷量区分开来，而分析测定砷的形态又需要更为复杂的联用系统，如液相色谱-原子荧光光谱联用系统、液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用系统等大型仪器联用系统，这样样品砷含量的分析成本和仪器运行费用会大大提高，而且操作相对复杂，在加入样品之前还需要对样品进行复杂的预处理，其测定周期长，不利于大面积地推广应用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种快速、准确、灵敏、操作简单的分析测定液态食品调料中砷形态（无机砷、MMA()和DMA()）的方法，以满足对液态食品调料大范围筛查和及时获得分析结果的需要。

本发明所称问题是由以下技术方案解决的：

一种分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特别之处是，所述方法利用反应器、冷捕集器、恒温容器、氢气发生装置、原子荧光光谱仪、色谱信号处理器作为测量仪器，并按照下述步骤进行：

a.气态砷化合物的生成：将被测液态食品调料样品和盐酸介质溶液置入反应器内搅拌均匀，反应器的上盖设有硼氢化钾溶液管路、氦气入口管路和气体出口管路，由硼氢化钾溶液管路向反应器中通入一定量的硼氢化钾溶液，使样品中的砷反应转化为气态砷化合物，所述反应器内液态食品调料样品、盐酸介质溶液、硼氢化钾溶液的体积比为1:3-5:4.5-5.5，所述盐酸介质溶液的浓度范围为40%~60%（v/v），所述硼氢化钾溶液的浓度范围为2%~4%（m/v）；

b.气态砷化合物的在线冷捕集分离：氦气入口管路通入氦气，氦气流量为60~70mL/min，将反应器内的气态砷化合物经气体出口管路导出，进入以脱脂棉柱为捕集柱的冷捕集器中，被捕集的气态砷化合物被捕集冷凝在捕集柱上，捕集完成后，迅速将捕集柱转移至恒温容器中，使其缓慢升温，捕集在捕集柱上的气态砷化合物在低温下被释放，实现快速基线分离；

c.气态砷化合物的检测：被分离的气态砷化合物在载气氦气的作用下与氩气及由氢气发生装置产生的氢气混合，进入原子荧光光谱仪的原子化器，在高温下进行原子化，生成气态砷原子，被激发的砷原子去活化发出原子荧光，所产生的光电信号后由色谱信号处理器记录得到检测结果。

上述分析测定液态食品调料中砷形态的方法，a步骤中盐酸介质置溶液的优选浓度为50%（v/v），硼氢化钾KBH₄溶液的优选m/v浓度3%（m/v）。

上述分析测定液态食品调料中砷形态的方法，a步骤中所述的硼氢化钾溶液的配制方法如下：将硼氢化钾溶于氢氧化钾溶液中，硼氢化钾（分析纯）与氢氧化钾（分析纯）的质量浓度比为10:1。

上述分析测定液态食品调料中砷形态的方法，所述a步骤中，反应时间为2~3min，硼氢化钾溶液通入时间不超过1min。

上述分析测定液态食品调料中砷形态的方法，所述氢气发生装置经通入的酸溶液和碱溶液反应产生氢气，通入的酸溶液和碱溶液的体积比为1:1，所述酸溶液为浓度为20%（v/v）的盐酸溶液，所述碱溶液为浓度3%（m/v）的硼氢化钾溶液，其中，硼氢化钾溶液的配制方法如下：将硼氢化钾溶于氢氧化钾溶液中，硼氢化钾（分析纯）与氢氧化钾（分析纯）的质量浓度比为10:1；所述氩气纯度为99.99%，氩气流速为0.8~1.2L/min。

上述分析测定液态食品调料中砷形态的方法，所述氦气为高纯氦气，纯度为99.999%。

本发明解决了液态食品调料中砷形态分析测定尚缺乏灵敏、快速、准确方法的问题，能对无机砷（As()和As()的总量）、MMA()和DMA()进行分析测定。其主要优点如下：1、取消了样品复杂的预处理过程，节省了预处理费用；2、样品直接加入，即时反应，一次测定全过程不超过8min，大大缩短了测定周期；3、灵敏度好，根据实验结果，该方法对As()、As()、MMA()、DMA()的检出限均在1ng·mL^－1（10^-9级）以下；4、由于不同形态砷的气态产物沸点及在脱脂棉柱上的保留时间不同，在经过冷捕集以后进行释放的过程中实现不同形态砷化合物的分离，同时，由于采用了冷捕集技术，可以大大提高分析测定的灵敏度；5、操作简单，易于实现，再现性好（n=5，RSD≤3.7%）。基于上述优点，本发明可以快速、准确、低成本地对液态食品调料中的砷进行形态分析，测定不同砷形态的含量，对合理评价食品安全具有重要的现实意义，且适宜在普通实验室推广应用。

附图说明

图1是本发明过程示意图；

图2是不同酸介质对酱油样品中砷测定信号值的影响；

图3是不同酸介质对醋样品中砷测定信号值的影响；

图4是泵入反应器的KBH₄溶液浓度对砷测定信号值的影响；

图5是通入反应器的载气氦气的流量对砷测定信号值的影响。

附图中各标号清单为：1.反应器，2.硼氢化钾溶液管路，3.氦气入口管路，4.气体出口管路，5.CaCl₂干燥器，6.冷捕集器，7.捕集柱，8.恒温容器，9.原子荧光光谱仪，10.色谱信号处理器，11.氢气发生装置，11-1.酸溶液管路，11-2.碱溶液管路，11-3.载气管路，11-4.辅气管路，11-5.一级气液分离器，11-6.二级气液分离器。

具体实施方式

本发明方法利用反应器、冷捕集器、恒温容器、氢气发生装置、原子荧光光谱仪、色谱信号处理器等仪器，对液态食品调料中砷形态进行分析测定。经过反复摸索试验，给出了实现所述方法各步骤中必要的参数及优选参数组合。经试验表明，本发明所提供的各参数的优选组合，是保证本发明方法准确可靠、灵敏度好、操作简便等特点的必要条件，这些优化参数的组合是针对液态食品调料中痕量砷形态检测而专门制定的。以下结合附图对本发明方法予以详述。

实现本发明方法有如下三个步骤：

1、气态砷化合物的生成：该步骤是本发明的关键步骤。在该步骤中将被测液态食品调料样品和酸介质按比例直接置入反应器内搅拌均匀。酸介质是指用于反应器中生成气态砷化合物的酸，酸介质的作用是提供足够的H⁺以促进氢化物发生反应的进行，使样品中的砷彻底转化为气态砷化合物。所用酸介质不能具有强腐蚀或强的氧化性，以避免在反应过程中砷发生明显的形态转化。液态食品调料样品无需进行数小时甚至是几十个小时的预处理即可直接与酸介质反应，是本发明的一个重要改进，它大大降低了测试时间和成本，而酸介质的选用对该步骤起到至关重要的作用。为保证反应效果，本发明经反复试验确定酸介质的浓度范围为40%~60%（v/v），该浓度大大高于传统技术所用酸介质的浓度（一般不超过20%（v/v））。此外，酸介质采用盐酸效果要好于常规实验中经常采用的另外两种酸：硝酸和草酸。参看图2、图3，这是在同等试验条件下，分别对酱油和醋样品测试时采用不同种类不同浓度的酸介质对砷测定信号值的影响。由图2、图3可见，三种酸介质中采用浓度为40%~60%（v/v）盐酸的效果最好，而当盐酸的浓度为50%（v/v）时是最佳优选值。参看图1，该步骤中酸介质采用高浓度盐酸，一方面得益于反应是在具有抗腐蚀能力强的PTFE材质反应容器1中进行，故不会像传统测试方法造成高浓度盐酸对管路产生腐蚀作用，另一方面得益于气态砷化合物的产生反应在反应器中而非管路中完成，因酸度过高而引起的反应剧烈程度大为降低。反应器1的上盖设有硼氢化钾溶液管路2、氦气入口管路3和气体出口管路4。由硼氢化钾溶液管路2向反应器1中通入一定量的硼氢化钾溶液，使样品中的砷反应转化为气态砷化合物。试验表明：液态食品调料样品、盐酸介质、硼氢化钾溶液三者合适的体积比为1:3-5:4.5-5.5，其中硼氢化钾溶液的浓度范围为2%~4%（m/v），在配制KBH₄溶液时加入KOH以提高其稳定性，本步骤中采用的是KBH₄（分析纯）与KOH（分析纯）的质量浓度比为10:1。由图4可见，反应器中KBH₄溶液浓度对样品砷测定信号值的影响是比较明显的，在硼氢化钾KBH₄溶液浓度为3%时，砷测定信号值达到峰值，故KBH₄溶液浓度3%是最佳优选值。硼氢化钾泵入反应器的时间控制在1min内，反应时间为2~3min。

2、气态砷化合物的在线冷捕集分离：仍参看图1，随反应的进行，在反应器上盖的氦气入口管路3通入纯度为99.999%的氦气，使反应器1内产生的气态砷化合物由气体出口管路4导出，经CaCl₂干燥器5进入以脱脂棉柱为捕集柱的冷捕集器6中，被捕集的气态砷化合物被捕集冷凝在捕集柱7上。捕集完成后，迅速将捕集柱7转移至恒温容器8中，使其缓慢升温，捕集在捕集柱上的气态砷化合物在低温下被释放，实现快速基线分离。该步骤中通入反应器1的氦气流量会对砷测定信号值产生重要影响。流量过大会冲稀气态砷化合物并使其在光路上停留时间较短，灵敏度降低；而流量过小则难以迅速将气态砷化合物带入原子化器。为保证火焰的稳定性以及目标物在测定通带有足够的停留时间，载气氦气的流量要适当。通常情况下认为氦气流量范围可以控制50~80mL/min，但试验表明，在其他试验条件相同的情况下，氦气流量所产生的影响是非常明显的，如图5所示，当氦气范围在60~70mL/min时，两种样品的砷测定信号值都出现峰值，其中样品醋特别明显，因此，在本步骤中通入反应器氦气的流量范围确定为60~70mL/min。

3、气态砷化合物的检测：仍参看图1，被分离的气态砷化合物在氦气的作用下与氩气和由氢气发生装置11产生的氢气混合，进入原子荧光光谱仪9的原子化器，在高温下进行原子化，生成气态砷原子，被激发的砷原子去活化发出原子荧光，所产生的光电信号后由色谱信号处理器10记录得到检测结果。为了使仪器工作稳定，以保证检测结果更为可靠，氢气发生过程选用HCl和KBH₄溶液分别通入氢气发生装置11的酸溶液管路11-1和碱溶液管路11-2，产生氢化反应。通入的酸溶液和碱溶液的体积比为1:1，所述酸溶液为浓度为20%（v/v）的盐酸溶液，所述碱溶液为浓度3%（m/v）的硼氢化钾溶液，其中，硼氢化钾溶液的配制方法如下：将硼氢化钾溶于氢氧化钾溶液中，硼氢化钾（分析纯）与氢氧化钾（分析纯）的质量浓度比为10:1。氢气发生装置的载气管路11-3和辅气管路11-4均通入纯度为99.99%的氩气。试验表明氩气流量控制在0.8~1.2L/min、HCl和KBH₄的浓度分别为20%（v/v）和3%（m/v）时，原子荧光光谱仪的氩氢火焰最稳定，工作状态最佳，产生的信号值也最大。

本发明方法上述三个步骤测定全过程不超过8min。

本发明方法在上述优化条件下，对As()、As()、MMA()、DMA()的检出限均在1ng·mL^－1（10^-9级）以下，加标回收率在93.07%-104%之间，表明该方法灵敏度好，准确可靠，满足分析要求，适合于对食品调料中砷形态尤其是无机砷形态的准确分析测定，对合理评价食品安全具有重要意义，而且适宜在普通实验室推广应用。

下表是分别在被测酱油和醋样品中加入四种不同形态砷(As()、As()、MMA(V)、DMA(V))的标准溶液进行加标回收实验，计算回收率和精密度结果。

回收率实验结果

a加标砷形态为As(III)；b加标砷形态为As(V)

以下提供几个本发明方法的具体实施例：

实施例1：被测液态食品调料样品为1号酱油。仍参看图1，将m/v浓度3%KBH₄(0.3%KOH)和20%HCl(v/v)分别通入氢气发生装置11的酸溶液管路11-1和碱溶液管路11-2，两种溶液在三通处混合发生氢化发生反应，产生大量气态氢和废液。生成的氢气随载气管路11-3中的氩气被带入一级气液分离器11-5，气液达到最大限度的分离；气态氢随氩气被再带入二级气液分离器11-6，进入二级气液分离器的气体，在辅气管路11-4中氩气作用下，平稳进入原子荧光光谱仪9的原子化器燃烧。上述氩气，其纯度为99.99%，流量为1.0L/min。同时，将0.5mL被测液态食品调料样品、2mL浓度为50%（v/v）盐酸介质溶液置入反应器1中搅拌均匀；由硼氢化钾溶液管路2在1min内向反应器中泵入2.4mL浓度m/v为3%KBH₄(0.3%KOH)的硼氢化钾溶液，在磁力搅拌子的搅拌下经过2.5min的反应，生成气态砷化合物；向氦气入口管路3通入氦气，氦气的流量为65mL/min。将上述气态砷化合物经气体出口管路4导出，经CaCl₂干燥装器5进入以脱脂棉柱为捕集柱的冷捕集器6中，被捕集的气态砷化合物被捕集冷凝在捕集柱7上。捕集完成后，迅速将捕集柱7转移至恒温容器8中，使其缓慢升温，捕集在捕集柱上的气态砷化合物在低温下被释放，实现快速基线分离；被分离的气态砷化合物在载气氦气的作用下与氩气及氢气发生装置11产生的氢气混合，进入原子荧光光谱仪9的原子化器，在高温下进行原子化，生成气态砷原子，被激发的砷原子去活化发出原子荧光，所产生的光电信号后由色谱信号处理器10记录得到检测结果。经检测1号酱油的无机砷含量(As()和As()的总量)为19.86ng/mL，远低于国家标准GB2717—2003《酱油卫生标准》中总砷含量0.5mg/L的限值；未检出1号酱油样品中含有MMA(V)和DMA(V)，说明1号酱油中MMA(V)和DMA(V)的含量均低于1ng·mL^－1。

实施例2：被测液态食品调料样品为2号酱油。仍参看图1，将m/v浓度3%KBH₄(0.3%KOH)和20%HCl(v/v)分别通入氢气发生装置11的酸溶液管路11-1和碱溶液管路11-2，两种溶液在三通处混合发生氢化发生反应，产生大量气态氢和废液。生成的氢气随载气管路11-3中的氩气被带入一级气液分离器11-5，气液达到最大限度的分离；气态氢随氩气被再带入二级气液分离器11-6，进入二级气液分离器的气体，在辅气管路11-4中氩气作用下，平稳进入原子荧光光谱仪9的原子化器燃烧。上述氩气，其纯度为99.99%，流量为0.8L/min。同时，将0.5mL被测液态食品调料样品、1.5mL浓度为60%（v/v）盐酸介质溶液置入反应器1中搅拌均匀；由硼氢化钾溶液管路2在1min内向反应器中泵入浓度m/v为4%KBH₄(0.4%KOH)的硼氢化钾溶液2.25mL，在磁力搅拌子的搅拌下经过3min的反应，生成气态砷化合物；向氦气入口管路3通入氦气，氦气的流量为60mL/min。将上述气态砷化合物经气体出口管路4导出，经CaCl₂干燥装器5进入以脱脂棉柱为捕集柱的冷捕集器6中，被捕集的气态砷化合物被捕集冷凝在捕集柱7上。捕集完成后，迅速将捕集柱7转移至恒温容器8中，使其缓慢升温，捕集在捕集柱上的气态砷化合物在低温下被释放，实现快速基线分离；被分离的气态砷化合物在载气氦气的作用下与氩气及氢气发生装置11产生的氢气混合，进入原子荧光光谱仪9的原子化器，在高温下进行原子化，生成气态砷原子，被激发的砷原子去活化发出原子荧光，所产生的光电信号后由色谱信号处理器10记录得到检测结果。经检测2号酱油的无机砷含量(As()和As()的总量)为39.95ng/mL，远低于国家标准GB2717—2003《酱油卫生标准》中总砷含量0.5mg/L的限值，未检出2号酱油样品中含有MMA(V)和DMA(V)，说明2号酱油中MMA(V)和DMA(V)的含量均低于1ng·mL^－1。

实施例3：被测液态食品调料样品为醋。仍参看图1，将m/v浓度3%KBH₄(0.3%KOH)和20%HCl(v/v)分别通入氢气发生装置11的酸溶液管路11-1和碱溶液管路11-2，两种溶液在三通处混合发生氢化发生反应，产生大量气态氢和废液。生成的氢气随载气管路11-3中的氩气被带入一级气液分离器11-5，气液达到最大限度的分离；气态氢随氩气被再带入二级气液分离器11-6，进入二级气液分离器的气体，在辅气管路11-4中氩气作用下，平稳进入原子荧光光谱仪9的原子化器燃烧。上述氩气，其纯度为99.99%，流量为1.2L/min。同时，将0.5mL被测液态食品调料样品、2.5mL浓度为40%（v/v）盐酸介质溶液置入反应器1中搅拌均匀；由硼氢化钾溶液管路2在1min内向反应器中泵入浓度m/v为2%KBH₄(0.2%KOH)的硼氢化钾溶液2.75mL，在磁力搅拌子的搅拌下经过2min的反应，生成气态砷化合物；向氦气入口管路3通入氦气，氦气的流量为70mL/min。将上述气态砷化合物经气体出口管路4导出，经CaCl₂干燥装器5进入以脱脂棉柱为捕集柱的冷捕集器6中，被捕集的气态砷化合物被捕集冷凝在捕集柱7上。捕集完成后，迅速将捕集柱7转移至恒温容器8中，使其缓慢升温，捕集在捕集柱上的气态砷化合物在低温下被释放，实现快速基线分离；被分离的气态砷化合物在载气氦气的作用下与氩气及氢气发生装置11产生的氢气混合，进入原子荧光光谱仪9的原子化器，在高温下进行原子化，生成气态砷原子，被激发的砷原子去活化发出原子荧光，所产生的光电信号后由色谱信号处理器10记录得到检测结果。经检测样品醋中的无机砷含量(As()和As()的总量)为90.63ng/mL，远低于国家标准GB2719—2003《食醋卫生标准》中总砷含量0.5mg/L的限值，未检出醋样品中含有MMA(V)和DMA(V)，说明醋样品中MMA(V)和DMA(V)的含量均低于1ng·mL^－1。

Claims

1.一种分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，所述方法利用反应器、冷捕集器、恒温容器、氢气发生装置、原子荧光光谱仪、色谱信号处理器作为测量仪器，并按照下述步骤进行：

2.根据权利要求1所述的分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，a步骤中盐酸介质置溶液的优选浓度为50%（v/v），硼氢化钾KBH₄溶液的优选浓度为3%（m/v）。

3.根据权利要求2所述的分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，a步骤中所述的硼氢化钾溶液的配制方法如下：将硼氢化钾溶于氢氧化钾溶液中，硼氢化钾（分析纯）与氢氧化钾（分析纯）的质量浓度比为10:1。

4.根据权利要求3所述的分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，所述a步骤中，反应时间为2~3min，硼氢化钾溶液通入时间不超过1min。

5.根据权利要求4所述的分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，所述氢气发生装置经通入的酸溶液和碱溶液反应产生氢气，通入的酸溶液和碱溶液的体积比为1:1，所述酸溶液为浓度为20%（v/v）的盐酸溶液，所述碱溶液为浓度3%（m/v）的硼氢化钾溶液，其中，硼氢化钾溶液的配制方法如下：将硼氢化钾溶于氢氧化钾溶液中，硼氢化钾（分析纯）与氢氧化钾（分析纯）的质量浓度比为10:1；所述氩气纯度为99.99%，氩气流速为0.8~1.2L/min。

6.根据权利要求5所述的分析测定液态食品调料中砷形态的方法，其特征在于，所述氦气为高纯氦气，纯度为99.999%。