微波消解双道原子荧光光谱法同时测定水产品中砷和汞整理得.docx
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微波消解双道原子荧光光谱法同时测定水产品中砷和汞整理得
微波消解_双道原子荧光光谱法同时测定水产品中砷和汞
作者：
覃 玲，罗光毅,陈海珍
1.摘要：
目的:
建立微波消解—原子荧光光谱法同时测定水产品中砷和汞的方法。
方法:
采用微波消解方法,双道原子荧光光谱法同时测定水产品中砷和汞的含量。
结果:
砷与汞的线性范围分别为0.04～200μg/L,0.01～100μg/L;相关系数分别为r=0.9998,r=0.9999;砷回收率为95.7%～98.4%,相对标准偏差为1.75%～3.41%,检出限为0.104μg/L;汞回收率为92.5%～97.9%,相对标准偏差为1.77%～2.77%,检出限为0.01μg/L。
结论:
微波消解—双道原子荧光光谱法测定水产品中砷和汞,方法灵敏度高,操作简便快速,结果准确可靠。
关键词：
微波消减原子荧光砷和汞实验条件
[Abstract]Objective:
ToestablishamethodfordeterminationofHgandAsinaquaticproductsbyatomicfluorescencespectrometrywithmicrowavedigestion.Method:
Aquaticproductswevedigestbymicrowaveoven.Results:
TheresultsofHgstandardsolutionin0.04~200μg/Lextensionofthegoodcorrelationcoefficientof0.9998,andtheresultsofAsstandardsolutionin0.01~100μg/Lextensionofthegoodcorrelationcoefficientof0.9999.TherecoveryofAswas95.7%~98.4%,andthedetectionlimitwas0.04μg/L,relativestandarddeviationwas1.75%~3.41%.TherecoveryofHgwas92.5%~97.9%,andthedetectionlimitwas0.01μg/L,relativestandarddeviationwas1.77%~2.77%.Conclusion:
Thismethodissimple,fastandaccurate
[Keywords]Micro-wavedispel;atomicfluorescencespectrometry;Aquaticproducts
2前言：
2.1背景
目前，水产品中重金属污染是全球食品安全问题所关注的热点
2.1.1砷的物性
国标编号61006CAS号7440-38-2
分子式As分子量74.92
其为银灰色发亮的块状固体，质硬而脆;蒸汽压0.13kPa（372℃）;熔点817℃/3650kPa;沸点613℃/升华;溶解性：
不溶于水、碱液、多数有机溶剂，溶于硝酸、热碱液;密度：
相对密度（相对水=1）5.73;稳定性：
稳定;危险标记13（无机剧毒品）;主要用途：
用于制取合金的添加物、特种玻璃、涂料、医药及家药等。
对于砷的分子毒理学研究表明,砷化物对生物大分子合成和代谢,对基因扩增和表达,以及对DNA损伤和修复均有影响〔6〕，并产生胚胎毒性和致畸作用,可使人类低出生体质量率和畸胎率增高〔3〕。
其易于在水生生物体内富集,并通过食物链进入人体,对人体造成极大的危害。
而汞在重金属中毒性很强,其对环境的污染程度较其他重金属更严重,而水产品对汞的富集作用更增加了人们安全的风险性。
据报道海水中含As01003～01008Lgöml,主要以HAsO2-4及HAsO-4形态存在,海产品会高倍富集As,一般达10～100Lgög,如虾类、贝类等含20～70LgögAs[9]。
尽管陆地生物不如海产品含As高,也会通过食物链进入人体,由于有机砷和有机汞化合物的脂溶性,对人体带来的危害远大于其无机态。
环境标准
中国（TJ36-79）居住区大气中有害物质的最高容许浓度0.003mg/m3（日均值）
中国（GB5749-85）生活饮用水水质标准0.05mg/L
中国（GB5048-92）农田灌溉水质标准（mg/L）水作0.05;旱作0.1;蔬菜0.05
中国（GB/T14848-93）地下水质量标准（mg/L）I类0.005;II类0.01;III类0.05;
IV类0.05;V类0.05以上
中国（GB11607-89）渔业水质标准0.05mg/L
中国（GHZB1-1999）地表水环境质量标准（mg/L）I类0.05;II类0.05;III类0.05;IV类0.1;V类0.1
中国（GB3097-1997）海水水质标准（mg/L）第一类0.02;第二类0.030;第三类0.050;第四类0.050
中国（GB8978-1996）污水综合排放标准0.5mg/L
中国（GB15618-1995）土壤环境质量标准（mg/kg）一级二级三级
水田1520～3030
旱地1525～4040
中国（GB4284-84）农用污泥污染物控制标准（mg/kg干污泥）在酸性土壤上：
75
在中性和碱性土壤上：
75
中国（GB5058.3-1996）固体废弃物浸出毒性鉴别标准值1.5mg/L
中国（GB8172-87）城镇垃圾农用控制标准30mg/kg
2.1.2汞的物性
分子式：
Hg分子量：
200.59
汞是在常温下唯一的液体金属。
银白色，易流动。
比重13.59。
熔点-38.9℃。
沸点356.6℃。
蒸气比重6.9。
汞在常温下即能挥发，汞蒸气易被墙壁或衣物吸附，常形成持续污染空气的二次汞源。
在七十年代,仅伴随煤的燃烧每年将在大气中排放6000吨汞。
大气中的Hg约49%以金属汞蒸汽存在,25%以Hg2+存在,甲基汞和乙基汞分别有21%和1%[3]。
这些Hg会随着降水污染江河、海水和土壤。
汞中毒的机理目前已知道的是，Hg-S反应是汞产生毒性的基础。
金属汞进入人体后，很快被氧化成汞离子，汞离子可与体内酶或蛋白质中许多带负电的基团如巯基等结合，使细胞内许多代谢途径，如能量的生成、蛋白质和核酸的合成受到影响，从而影响了细胞的功能和生长。
调查表明，当尿汞值超过0.05mg/1时即可引起汞中毒。
汞中毒分急性中毒和慢性中毒。
海水中的Hg主要以HgCl2-4和HgCl-3的形态存在,海洋中约含Hg619×106吨,数量巨大的Hg经海产品及鱼类浓缩进入食物链,鱼类及鸟类体内的Hg主要以甲基汞存在[4]。
在自然环境中Hg的含量为:
土壤和底质100～200Lgökg,海水01005～0103LgöL,大气为01003~0101Lgöm3,鱼体中约为100Lgökg,而金枪鱼、旗鱼等大型鱼种约含Hg500~2000Lgökg[5,6],
2.2意义
在我国的水产品卫生标准中,传统的砷和汞的检测方法（湿法消解和干法处理）均存在操作繁琐、分析时间长、准确度及灵敏度低，对环境污染严重等缺点。
目前常见的测定样品中汞和砷的含量的前处理方法有自动回流消化法、压力消解法和微波消解法,而利用微波消解技术消解样品是由美国学者SamraAA等[1]首先提出,由于微波以光速传播,无需预热,能瞬间渗透到样品内部,可产生样品内外同时加热的作用,从而使该技术具有化学反应快、试剂用量少[2]、交叉污染少、工作效率高、操作简便和节能等优点。
因此本实验探讨微波消解水产样品的最佳预处理技术,建立原子荧光光谱法同时测定砷和汞的分析方法。
3.实验原理：
3.1原子荧光原理：
原子荧光是原子蒸气受具有特征波长的光源照射后，其中一些自由原子被激发跃迁到较高能态，然后去活化回到某一较低能态（常常是基态）而发射出特征光谱的物理现象。
当激发辐射的波长与产生的荧光波长相同时，称为共振荧光，它是原子荧光分析中最主要的分析线。
另外还有直跃线荧光、阶跃线荧光、敏化荧光、阶跃激发荧光等。
各种元素都有其特定的原子荧光光谱，根据原子荧光强度的高低可测得试样中待测元素含量。
其波长主要在紫外和可见光区，这就是原子荧光光谱分析。
3.2微波消解技术原理
利用微波的穿透性和激活反应能力加热密闭容器内的试剂和样品可使制样容器内压力增加,反应温度提高。
从而大大提高了反应速率,缩短样品制备的时间。
并且可控制反应条件,使制样精度更高。
减少对环境的污染和改善实验人员的工作环境。
传统方法采用多孔消化器或消煮炉制备方法,样品的消化时间通常需要数小时以上。
即使选用较先进的传统消化器,内配尾气吸收装置,也很难保证消化中尾气泄漏而产生很呛人的气味。
采用微波消解系统制样,消化时间只需数十分钟。
消化中因消化罐完全密闭,不会产生尾气泄漏,且不需有毒催化剂及升温剂。
密闭消化避免了因尾气挥发而使样品损失的情况,可称得上是样品前处理上的一次绿色革命。
微波消解系统制样可用于原子吸收（AA）,等离子光谱（ICP）,等离子光谱与质谱联机（ICP-MS）,气相色谱（GC）,气质联用（GC-MS）,及其它仪器的样品制备。
4实验材料与方法
4.1实验仪器
（1）AFS-930双道原子荧光光度计（北京吉天仪器有限公司）
检出限（DL）：
砷、硒、碲、铋、汞、锑等元素小于0.02μg/l；冷原子测汞小于等于0.001μg/l；镉小于等于0.001μg/l；锗小于等于0.05μg/l;
测量精度（RSD）：
小于等于1.0%；
线性范围：
三个数量级
主要特点
1.单、双元素可选择性测定，适用于十一种元素痕量水平的日常监测全自动顺序注射泵进样系统（专利号：
ZL01274858.7），进样精度高，长期稳定性好。
2.集束脉冲供电方式，延长灯的使用寿命，提高灵敏度
3.高效率新型屏蔽式石英原子化器，特制除水蒸气装置（专利号：
ZL02285169.0）。
可实现全自动测试分析，单标准在线自动配置标准曲线，在线智能提示，自动稀释高浓度样品
4.克服了蠕动泵进样系统的蠕动泵管疲劳、老化、原子化火焰脉动引起的漂移，极大地提高了仪器的稳定性和可靠性
5.新鲜界面反应的氢化物发生系统，样品和空白可选择性引入操作，节约样品，避免污染采用了在线自动去除硼氢化钾气泡技术
6.全密闭新型避光调光系统（测Hg性能更为显著）
7.高集成度模块化电路设计，具有开机自检功能
8.静噪式自动进样系统，降低了仪器的噪声，消除了进样针管挂液滴的现象
9.可自动识别高强度单或双编码空心阴极灯，同时自动设置阴极灯电流
10.气路自动控制，自动保护，自动报警系统，安全可靠
11．标准的RS-232通讯口，全新，可靠的WINDOWS98/ME,2000/XP的中英文窗口操作软件系统：
可实现标准曲线法测量，自动系统诊断，自动样品测量，打印报告及多种报告格式
12.备有全面的专家帮助系统提供物理参数、标准溶液配制，样品的预处理，推荐条件及干扰消除等分析方法
13.无需脱机/联机工作切换
14.支持10个样品空白、10个管理样校正和多工作曲线，实现软件数据系统和Office系统的全面数据切换
应用领域
环境样品检测，卫生防疫，食品卫生检验，药品检验，城市给排水检验，化妆品检验，土壤饲料肥料检验，临床医学样品检验，农产品检验，地质普查，冶金样品，教学研究
（2）Hg空心阴极灯（北京有色金属研究总院）
（3）As高性能空心阴极灯（北京有色金属研究总院）
（4）MDS-2002A微波消解仪（上海新仪微波化学科技有限公司）
仪器介绍：
MDS-2002A型微机控压密闭微波消解系统是新一代压力自控密闭微波消解系统。
对消解罐的压力控制由模拟量控制升级为单片微机控制，取消了调零，调满度的操作程序，整个消解过程的各个工序可以一次设定，一次完成，从而大大简化了操作流程。
•对消解罐的压力控制在0-4.0MPa之间线性控制，压力设定的最小单位为0.1MPa，拓宽了样品消解时选择工作压力的余地，令整个消解过程压力的上升平缓,控制稳定,过程安全。
•设置有遥控操作器，可以在五米以内对整个消解过程进行遥控操作，既方便又安全。
•可选装铂金电阻温度控制系统，实时检测和控制样品罐中的温度，实现温、压双控，最高控制温度250℃。
适用于微波萃取/合成等应用。
主要技术指标：
•工作压力0.1-4MPa，增量为0.1MPa
•单片微机自动控压,无需调零、调满度；
•九步工序微机存储，自动完成
•选装铂金电阻温度控制系统，实现温、压双控，最高控制温度为250℃
•五米以内遥控操作
•采用单体高压和多罐联体消解技术，控制所有消解罐压力
•微波输出功率800W
4.2实验试剂
汞、砷单元素标准贮备液（1000μg/ml）均为国家标准物质研究中心提供,临用时用稀盐酸逐级稀释配制成砷汞标准混合工作液（砷10μg/L,汞2μg/L）
硼氢化钾溶液（10g/L）:
称取5100g硼氢化钾溶于500ml氢氧化钾溶液中（012%）
硫脲（10%）:
称取1010g硫脲,溶于100ml水
盐酸和硝酸均为优级纯;其他试剂均为分析纯;水为去离子水
4.3实验方法
4.3.1 样品的预处理
样品为市售的淡水鱼,将样品剔除内脏,用水清洗血污,将鱼肉切碎并放进搅拌器内进行均匀化处理,备用。
称取样品11000g于微波消解仪消化罐的溶样杯,分别加入6ml硝酸和2ml30%过氧化氢,静置过夜后,置于电子控温加热板上120℃预消化1h[1],然后按设置好的微波消解的最佳条件对样品进行消解,消解完成后,消化罐室温自然冷却,卸压,取出内杯,120℃赶酸至溶液的剩余体积约为1ml即可。
冷却后用少量水多次冲洗,将溶液全部转移至25ml的容量瓶中,加入1ml浓盐酸和1ml10%硫脲,定容至刻度。
摇匀,室温放置30min后测定。
同时做两份空白。
4.3.2汞、砷标准溶液的配制
仪器自动稀释砷汞标准混合工作液,配制成As的标准系列浓度为:
2100、4100、6100、8100、10100μg/L;Hg的标准系列浓度为:
0140、0180、110、1160、2100μg/L。
4.3.3 仪器工作条件（见表1）
表1仪器工作条件
元素
灯电
流（mA）
原子
化器
高度（nm）
原子
化器
温度（℃）
载气
流速
（ml/min）
屏蔽器
流速
（ml/min）
读数时间（s）
延迟时间（s）
As
60
10
200
400
800
10
1.5
Hg
30
10
200
400
800
10
1.5
5检测进程比较
5.1微波消解_双道原子荧光光谱法（如上）
5.2汞元素的测定进程
表1 重金属形态分离与检测技术的特点
（1）
分离系统
检测手段
1．GC（气相色谱）不能用于难挥发或受热不稳定的化合物分离
1．AAS（原子吸收）定量测定范围必须遵守比尔定律;
2．IC（离子色谱）只用于离子的分离
2．ICP2AES（等离子体发射光谱）灵敏度很高,线性范围宽
3．HPLC（高效液相色谱）能分离可溶于溶剂的成分,对于离子态、中性分子态或受热易分解的成分均可分离
3．ICP-MS（等离子体发射光谱-质谱联机）灵敏度很高,但仪器昂贵;
4．CE（毛细管电泳）可分离中性分子、离子等形态,由于分离的流出液很少,适于高浓度试样的分离。
4．MS（质谱）必须将各种形态的重金属离子化才能测量。
5.2.1方法一
关于烷基汞的分析我国已有气相色谱法作为标准（GB/T14204-93）,规定了测定水甲基汞和乙基汞的方法,须用巯基棉富集水中的烷基汞,用HCl和NaOH溶液解吸后以甲苯萃取,GC-ECD测定,该方法灵敏度低,分析流程长,操作比较困难。
5.2.2方法二
用2-巯基乙酸苯并噻唑-SG化学修饰的硅胶分析水中Hg2+和有机汞。
该方法为:
（这里就上述
（1）中有机汞和无机汞分析为例进行说明,其中所用的载体2-巯基乙酸苯并噻唑-SG下面简写为MBT-SG）。
用MBT-SG树脂进行浓缩和洗脱的方法:
MBT-SG树脂的吸附容量是12ueq·Hg-1,比较低,但按下述方法进行调节后,能简单且迅速地从水样中捕集汞的化合物。
树脂柱（玻璃管12mmU×140mm）的下部装有磁性孔板和活栓。
在柱中填充5g干燥的MBT-SG载体,上部加纸盖,这样填充树脂的部分约长7cm。
将含Hg的水样调至pH4～5,以每小时1～3升的流速通过柱,树脂很容易将Hg捕集。
再将10ML纯水通过树脂柱,再用1%尿素+0.1mol/LHCl或者丙酮+HCl（25+1）以1ml/min的流速洗脱。
将洗脱液调整到25ml,用吸管移取3ml到试管中,用γ射线测定,回收率和测定结果均较好。
海水和污水中重金属的干扰也可忽略不计,一般只有用冷蒸汽原子吸收法或冷原子荧光法才能得到这样的结果。
5.2.3水中烷基汞的分析（GC-ECD法）
在水样中有机汞含量极低的情况下,必须进行浓缩才能用GC分析。
一般可先用苯萃取,再用半胱氨酸反萃浓缩500倍后,用GC-ECD可进行0.1PPb以下有机汞的测定。
5.2.4GC分离-原子荧光（AFS）检测
原子荧光法是测定Hg最好的方法之一,其灵敏度高,检测限可达01001ng/ml,且仪器已经国产化,关键是制作GC和AFS的接口,筛选合适的GC分离柱和分离及测试条件,在分离条件方面可选用GB/T14204-93中规定的技术条件,这一技术的研究和开发,国内有相当的研究基础和技术储备。
5.2.5GC与ICP-MS联用
ICP-MS是目前重金属分析灵敏度最高、检测限最低的方法。
利用Hg和有机汞的易挥发性,经GC柱分离,将分离出的各种形态汞用载气带入ICP-MS系统进行高灵敏度测量,关键要解决GC与ICP2MS之间的接口问题。
将有机汞衍生化后用GC-ICP-MS分离测定
5.3砷元素的检测进程
5.3.1方法一
不同pH条件下的还原、捕集法Braman报导的砷的形态分析方法通常用于水中砷的形态分析。
其原理是不同的砷化物在不同的条件下被硼氢化钠选择性的还原,生成相应的砷化氢及其有机衍生物,由此可以测定不同形态的砷含量。
As（III）在pH=4～9时被硼氢化钠
还原成砷化氢,As（V）在pH=1～2时被氰基硼氢化钠还原成As（III）,然后在同样的pH条件下再被硼氢化钠还原成砷化氢。
CH3AsO（OH）2和（CH3）2AsO（OH）在pH=1～2时分别被硼氢化
钠还原成CH3AsH2和（CH3）2AsH。
产生的气态砷化物在液氮下被吸附柱捕集,然后在不同温度下分别将其加热气化后分离、测定,砷化氢的沸点为-55℃,甲基砷化氢的沸点为2℃,而二甲基砷化氢的沸点为55℃。
测定方法采用ICP法,该方法的缺点是操作比较复杂,且要求设备精度很高,用此法测定水样时,其检测限可达0.05ng砷（III）和砷（V）以及0.5ng甲基胂酸。
5.3.2 LC2ETAAS法及LC2ICP2MS法
液相色谱（LC）可用于水样中DMA、MMA、As（III）和As（V）的分离,LC色谱柱填充Dionex（250mm×3mmI·D）,低容量交换树脂,梯度液从H2O2MeOH（80+20）到0.02M（NH4）2CO32MeOH（85+15）为止,流速是1.2ml/min,注入量是5～25μL,平衡时间8～10min。
以加热石英管原子吸收作检测器,在43秒时间间隔内,用全自动进样器进样20μL,110℃干燥8秒,1200℃原子化20秒,冷却25秒后再进行第二次测定,线性范围是5～200ngAs
表4 不同分析方法测定金属元素检出限的比较（Lg/L）
元素FLAASGFAASICP-AESICP-MS地表水I地下水I
Cd100.0520.031.00.1
Pb1000.1200.0081.05.0
Cr100530.110（Cr6+）5.0（Cr6+）
As5001（0.5）25（0.5）0.04505.0
Se4002（0.5）35（0.5）0.110（Se4+）10
B—3530.005——
Ni1002.580.01—5.0
Mo—2.530.01—1.0
Sb—0.2550
（1）0.001——
U—6002500.0001——
注:
（1）进样量为20Ll;
（2）GHZB1-1999;（3）GB/T14848-93。
表5 几种ICP-MS检出限的比较（Lg/L）
元素ICP-QMSICP-HRMSMIP-MSGC-ICP-MS
B0.250.0002——
Cr0.040.000090.0010.1
（2）
Ni0.010.008——
As0.030.0002
（1）0.021.0（3）
Se0.40.001
（1）0.04—
Mo0.0060.001
（1）——
Cd0.0050.00002——
Sb0.010.002——
Pb0.0050.000040.0080.002
U0.0010.000001—0.002
注:
（1）分辨率为10000时的结果;
（2）2%甲醇介质;（3）1%HCl介质。
6 结果与分析
6.1 微波消解条件的选择
微波消解条件的选择主要是酸的种类和加入量,消解压力以及消解时间的选择。
硫酸沸点高,在密闭的消解罐中易产生高热,高氯酸与有机物混合容易产生爆炸的可能。
本实验选择硝酸和过氧化氢作为消解氧化剂,二者间的比例为1∶1,2∶1,3∶1,4∶1,5∶1进行消解,结果显示硝酸和过氧化氢二者的比例在2∶1或3∶1时的消解效果最理想。
因此选择每1g样品中加入6ml硝酸和2ml过氧化氢进行消解。
用微波消解样品的关键是样品是否消化完全,待测元素是否有所损失。
本实验在恒定微波输出功率的情况
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