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[摘要]采用微波消解-原子荧光光谱法测定稻谷中总砷，操作简单，并且快速准确;采用液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）测定稻谷中形态砷。通过比较总砷和各种形态砷的含量，可知稻谷中砷主要是以无机砷为主，无机砷酸含量占总砷含量的55.0%～84.0%，其中主要是以亚砷酸（As3）的形式存在，亚砷酸含量占总砷含量的44.8%～80.7%，其次，是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）形式存在，而以一甲基砷（MMA）形态存在的非常少。
[关键词]微波消解-原子荧光光谱法;液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）;总砷;形态砷;亚砷酸（As3）
中图分类号：TS207.3 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202001
民为国基，谷为民命。粮食事关国运民生，粮食安全是国家安全的重要基础[1]。随着现代人类的生活水平越来越高，环境污染问题越来越严重，人们对于粮食安全也就越来越关注[2-4]。国际癌症组织（IARC）早已经把砷及其化合物列入为致癌物，联合国粮农组织（FAO）与世界卫生组织（WHO）早在1972年就将砷列为食品中首批污染物之一。砷在自然界主要以亚砷酸（As3）、砷酸（As5）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）、砷糖（AsS）等多种形式存在，其中亚砷酸（As3）和砷酸（As5）的毒性远大于其他形态的砷，因此研究稻谷中总砷及形态砷的含量具有特别重要的意义[5-6]。
目前测定食品中总砷的方法主要有电感耦合等离子体质谱法[7-8]、氢化物发生原子荧光光谱法[9-11]和银盐法[12]，本实验采用微波消解-原子荧光光谱法测定稻谷中总砷含量，这与《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》（GB 5009.11-2014）中第二法样品预处理的方法有所不同，第二法是以湿法消解样品为主要的预处理方法，此种方法需要大量的混酸，所花费的时间较长，有时干扰也非常严重，这就导致了测定结果不准确。而采用微波消解预处理样品，样品消解的时间会大大缩短，同时用酸量少，空白值低有利于痕量检测。此外，本实验中无机砷的测定采用了液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）。稻谷中的无机砷经稀硝酸提取后，经液相色谱进行组分分离，分离后各形态砷在盐酸介质中与KBH4反应，生成气态砷化合物，借助原子荧光光谱仪进行测定，从而定量分析各形态砷的含量[13-14]。
1 试验部分
1.1 材料与试剂
40份原始样品全部来自2019年常德地区收获晚籼稻质量调查的农户。
大米粉标准物质[GBW（E）100348]：钢铁纳克检测技术有限公司;砷单元素标准溶液（GSB 04-1714-2004）：国家有色金属及电子材料分析测试中心;亚砷酸根溶液标准物质（GBW 08666）：中国计量科学研究院;砷酸根溶液标准物质（GBW 08667）：中国计量科学研究院;一甲基砷溶液标准物质（GBW 08668）：中国计量科学研究院;二甲基砷溶液标准物质（GBW 08669）：中国计量科学研究院;硝酸（优级纯）、双氧水（分析纯）、盐酸（优级纯）、抗坏血酸（分析纯）、硫脲（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、磷酸二氢钾（分析纯）、磷酸氢二钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司;硼氢化钾（优级纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司。
1.2 主要仪器与设备
液相色谱-原子荧光光谱仪（LC-AFS6500）：北京海光仪器有限公司;微波消解仪（ETHOS UP19033969）：莱伯泰科仪器股份有限公司;赶酸板（VB24）：莱伯泰科仪器股份有限公司;水浴恒温振荡器（THZ-82）：江苏金坛区宏华仪器厂;砻谷机（BLH-3280K）：浙江伯利恒仪器设备有限公司;锤式旋风磨（JXFM110）：浙江伯利恒仪器设备有限公司;超纯水机（ZWL-PA1-10）：湖南中沃水务环保科技有限公司。
1.3 仪器条件
总砷测定条件：光电倍增管负高压300V，灯电流40mA，原子化器高度8mm，载气为Ar，载气流量300mL/min，屏蔽气流量800mL/min，读数时间15s，延迟时间1.0s。载液：体积分数5%HCl，还原剂：质量分数0.5%氢氧化钠和2.5%硼氢化钾的混合液。
无机砷测定条件：光电倍增管负高压300V，灯电流60mA，原子化器高度8mm，载气为Ar，载气流量600mL/min，屏蔽气流量900 mL/min。载液：体积分数10% HCl，还原剂：质量分数0.5%氢氧化钠和3.5%硼氢化钾的混合液。等度洗脱流动相：45mmol/L KH2PO4+5mmol/L Na2HPO4，pH值=5.9，流速：1.0mL/min。
1.4 实验方法
1.4.1 样品前处理
40份原始样品经砻谷机脱壳处理，再通过锤式旋风磨磨成糙米粉即可。
总砷含量的测定：准确称取0.35g（准确至0.001g）糙米粉于消解罐中，加入5mL硝酸和2mL双氧水，盖好安全阀，放入微波消解仪消解。微波消解分五个阶段：第一阶段，功率1 800W，温度从室温升到140℃，时间10min;第二阶段，功率1 800W，温度140℃，保持3min;第三阶段，功率1 800W，温度从140℃升到180℃，时间10min;第四阶段，功率1 800W，温度180℃，保持25min;第五阶段，系统冷却到室温。试样消解完成后，自然冷却到室温再打开消解罐，放入赶酸板赶酸。赶酸板的温度设置160℃，时间100min。赶酸结束后，用体积分数5%HCl涮洗消解罐，转移到10mL比色管中，加入1mL 100g/L硫脲+100g/L抗坏血酸混合液，再用体积分数5%HCl定容，同时做试剂空白试验。反应30min后，上機测定。 无机砷含量的测定：准确称取1.0g（准确至0.001g）糙米粉于50mL塑料离心管中，加入20mL 0.15mol/L硝酸溶液，放置过夜。第二天将离心管置于90℃水浴恒温振荡器中热浸提2.5h，每0.5h振荡1min。提取完毕后，取出离心管自然冷却到室温再离心。离心机的转速8 000r/min离心15min即可。离心完之后，取上层清液，经0.45um有机滤膜过滤，上机测定。
1.4.2 标准曲线配制
测总砷的标曲配制：分别准确移取1ug/mL的砷标准使用液0mL、0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL到25mL容量瓶中（各相当于砷的质量浓度0ug/L、2ug/L、4ug/L、6ug/L、8ug/L、10ug/L），加入2.5mL 100g/L硫脲+100g/L抗坏血酸混合液，再用体积分数5%HCl定容，反应30min后，上机测定。
无机砷的标曲配制：分别准确移取1ug/mL的砷混合标准使用液0mL、0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、2.5mL到25mL容量瓶中（各相当于各形态砷的质量浓度0ug/L、10ug/L、20ug/L、40ug/L、80ug/L、100ug/L），加水定容，上机测定。
2 结果与分析
2.1 标准曲线线性范围
总砷含量的标准曲线测得结果如图1所示，砷的浓度在0～10ug/L范围内呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=135.452 2X–16.057 7，相关系数为0.999 2。
形态亚砷酸（As3）的标准曲线测得结果如图2所示，亚砷酸（As3）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=392.862 5X+219.958 4，相关系数为0.999 4。
形态二甲基砷（DMA）的标准曲线测得结果如图3所示，二甲基砷（DMA）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=337.568 8X-63.020 3，相关系数为0.999 2。
形态一甲基砷（MMA）的标准曲线测得结果如图4所示，一甲基砷（MMA）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=354.614 0X-112.785 9，相关系数为0.999 8。
形态砷酸（As5）的标准曲线测得结果如图5所示，砷酸（As5）浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=263.798 0X-101.432 4，相关系数为0.999 8。
2.2 标准物质中总砷和无机砷样品的测定
按照本实验方法对大米粉标准物质中总砷和无机砷分别进行6次测定，测定结果如表1所示，计算出6次测定值与样品标准值相差很小，绝对误差在可信范围之内，说明本试验方法测定总砷和无机砷的结果准确，可以使用;另外总砷和无机砷6次测定结果的相对标准偏差分别为4.0%和5.2%，表明本试验方法的精密度良好。
2.3 加标回收率的测定
按照本实验方法对5份样品进行总砷加标回收测定，分别添加相同含量的砷标准溶液，测定结果如表2所示，发现总砷测定的加标回收率为98.7%～107.8%，加标回收实验结果较满意。
按照本实验方法对5份同样的样品进行无机砷加标回收测定，分别添加不同含量的砷标准溶液，测定结果如表3所示，发现无机砷测定的加标回收率为87.7%～100.8%，加标回收实验结果较满意。
2.4 样品中总砷及形态砷的测定分析
按照本实验方法对40份稻谷样品总砷及形态砷进行测定，测定结果如表4所示。研究表明本批晚籼稻谷中砷主要是以无机砷为主，无机砷酸含量占总砷的含量为55.0%～84.0%，其中主要是以亚砷酸（As3）形式存在，亚砷酸含量占总砷的含量为44.8%～80.7%，其次是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）的形式存在，一甲基砷（MMA）形态存在的很少。
3 结 论
本文主要通过原子荧光光谱法对晚籼稻谷中总砷及形态砷进行了研究，建立了微波消解-原子荧光光谱法测定稻谷中总砷。该方法操作简单快速，结果准确度高，可作为食品中总砷测定的一种快速检测方法;同时采用液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）测定稻谷中无机砷。通过研究比较总砷和各种形态砷的含量，发现晚籼稻谷中的砷主要是以亚砷酸（As3）形式存在，最高含量占总砷含量的80.7%。
参考文献
[1] 中国国务院新闻办公室.《中国的粮食安全》白皮书[Z].2019.
[2] 罗贵华.粮食安全问题与对策研究[J].粮食科技与经济，2019， 44（4）：43-45.
[3] 张维国.我国粮食安全问题研究[J].粮食科技与经济，2018， 55（10）：36-38.
[4] 巫琦玲，张葵，杜为公.我国食品质量安全追溯体系应用现状调查研究[J].粮食科技与经济，2018，43（3）：36-37.
[5] 刘家良.原子荧光光谱法测定大米中总砷含量[J].浙江化工，2017， 48（2）：46-49.
[6] 文涛，潘南萍，钟树良，等.稻米中总砷及无机砷含量的测定与分析[J].粮食与食品工业，2014，21（5）：99-103.
[7] 方军，陈建平，舒永红.ICP-MS测定紫菜中的总砷[J].广东微量元素科学，2006，13（6）：45-48.
[8] 王娜.电感耦合等离子体质谱法测定土壤中砷的含量[J].当代化工，2010，39（1）：100-101.
[9] 屈明华，汤富彬，倪张林.原子荧光光谱法测定食品总砷的前处理方法探讨[J].食品科学，2013，34（10）：177-179.
[10] 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，2016，32（5）：533-536.
[11] 林惠群.微波消解-原子荧光法测定食用植物油中的总砷[J].粮食与食品工业，2007，14（3）：48-50.
[12] 张卫国，郭华，林野.新银盐法测定饮用水中砷的可行性及影响因素分析[J].中国地方病学杂志，2011，37（5）：569-571.
[13] 沈素文，马艳.氢化物原子荧光光谱法测定粮食中无机砷含量的研究[J].粮油食品科技，2012，37（12）：59-60.
[14] GB 5009.11-2014，食品中总砷及无机砷的測定[S].
[关键词]微波消解-原子荧光光谱法;液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）;总砷;形态砷;亚砷酸（As3）
中图分类号：TS207.3 文献标识码：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.202001
民为国基，谷为民命。粮食事关国运民生，粮食安全是国家安全的重要基础[1]。随着现代人类的生活水平越来越高，环境污染问题越来越严重，人们对于粮食安全也就越来越关注[2-4]。国际癌症组织（IARC）早已经把砷及其化合物列入为致癌物，联合国粮农组织（FAO）与世界卫生组织（WHO）早在1972年就将砷列为食品中首批污染物之一。砷在自然界主要以亚砷酸（As3）、砷酸（As5）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）、砷糖（AsS）等多种形式存在，其中亚砷酸（As3）和砷酸（As5）的毒性远大于其他形态的砷，因此研究稻谷中总砷及形态砷的含量具有特别重要的意义[5-6]。
目前测定食品中总砷的方法主要有电感耦合等离子体质谱法[7-8]、氢化物发生原子荧光光谱法[9-11]和银盐法[12]，本实验采用微波消解-原子荧光光谱法测定稻谷中总砷含量，这与《食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定》（GB 5009.11-2014）中第二法样品预处理的方法有所不同，第二法是以湿法消解样品为主要的预处理方法，此种方法需要大量的混酸，所花费的时间较长，有时干扰也非常严重，这就导致了测定结果不准确。而采用微波消解预处理样品，样品消解的时间会大大缩短，同时用酸量少，空白值低有利于痕量检测。此外，本实验中无机砷的测定采用了液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）。稻谷中的无机砷经稀硝酸提取后，经液相色谱进行组分分离，分离后各形态砷在盐酸介质中与KBH4反应，生成气态砷化合物，借助原子荧光光谱仪进行测定，从而定量分析各形态砷的含量[13-14]。
1 试验部分
1.1 材料与试剂
40份原始样品全部来自2019年常德地区收获晚籼稻质量调查的农户。
大米粉标准物质[GBW（E）100348]：钢铁纳克检测技术有限公司;砷单元素标准溶液（GSB 04-1714-2004）：国家有色金属及电子材料分析测试中心;亚砷酸根溶液标准物质（GBW 08666）：中国计量科学研究院;砷酸根溶液标准物质（GBW 08667）：中国计量科学研究院;一甲基砷溶液标准物质（GBW 08668）：中国计量科学研究院;二甲基砷溶液标准物质（GBW 08669）：中国计量科学研究院;硝酸（优级纯）、双氧水（分析纯）、盐酸（优级纯）、抗坏血酸（分析纯）、硫脲（分析纯）、氢氧化钠（分析纯）、磷酸二氢钾（分析纯）、磷酸氢二钠（分析纯）：国药集团化学试剂有限公司;硼氢化钾（优级纯）：天津市科密欧化学试剂有限公司。
1.2 主要仪器与设备
液相色谱-原子荧光光谱仪（LC-AFS6500）：北京海光仪器有限公司;微波消解仪（ETHOS UP19033969）：莱伯泰科仪器股份有限公司;赶酸板（VB24）：莱伯泰科仪器股份有限公司;水浴恒温振荡器（THZ-82）：江苏金坛区宏华仪器厂;砻谷机（BLH-3280K）：浙江伯利恒仪器设备有限公司;锤式旋风磨（JXFM110）：浙江伯利恒仪器设备有限公司;超纯水机（ZWL-PA1-10）：湖南中沃水务环保科技有限公司。
1.3 仪器条件
总砷测定条件：光电倍增管负高压300V，灯电流40mA，原子化器高度8mm，载气为Ar，载气流量300mL/min，屏蔽气流量800mL/min，读数时间15s，延迟时间1.0s。载液：体积分数5%HCl，还原剂：质量分数0.5%氢氧化钠和2.5%硼氢化钾的混合液。
无机砷测定条件：光电倍增管负高压300V，灯电流60mA，原子化器高度8mm，载气为Ar，载气流量600mL/min，屏蔽气流量900 mL/min。载液：体积分数10% HCl，还原剂：质量分数0.5%氢氧化钠和3.5%硼氢化钾的混合液。等度洗脱流动相：45mmol/L KH2PO4+5mmol/L Na2HPO4，pH值=5.9，流速：1.0mL/min。
1.4 实验方法
1.4.1 样品前处理
40份原始样品经砻谷机脱壳处理，再通过锤式旋风磨磨成糙米粉即可。
总砷含量的测定：准确称取0.35g（准确至0.001g）糙米粉于消解罐中，加入5mL硝酸和2mL双氧水，盖好安全阀，放入微波消解仪消解。微波消解分五个阶段：第一阶段，功率1 800W，温度从室温升到140℃，时间10min;第二阶段，功率1 800W，温度140℃，保持3min;第三阶段，功率1 800W，温度从140℃升到180℃，时间10min;第四阶段，功率1 800W，温度180℃，保持25min;第五阶段，系统冷却到室温。试样消解完成后，自然冷却到室温再打开消解罐，放入赶酸板赶酸。赶酸板的温度设置160℃，时间100min。赶酸结束后，用体积分数5%HCl涮洗消解罐，转移到10mL比色管中，加入1mL 100g/L硫脲+100g/L抗坏血酸混合液，再用体积分数5%HCl定容，同时做试剂空白试验。反应30min后，上機测定。 无机砷含量的测定：准确称取1.0g（准确至0.001g）糙米粉于50mL塑料离心管中，加入20mL 0.15mol/L硝酸溶液，放置过夜。第二天将离心管置于90℃水浴恒温振荡器中热浸提2.5h，每0.5h振荡1min。提取完毕后，取出离心管自然冷却到室温再离心。离心机的转速8 000r/min离心15min即可。离心完之后，取上层清液，经0.45um有机滤膜过滤，上机测定。
1.4.2 标准曲线配制
测总砷的标曲配制：分别准确移取1ug/mL的砷标准使用液0mL、0.05mL、0.10mL、0.15mL、0.20mL、0.25mL到25mL容量瓶中（各相当于砷的质量浓度0ug/L、2ug/L、4ug/L、6ug/L、8ug/L、10ug/L），加入2.5mL 100g/L硫脲+100g/L抗坏血酸混合液，再用体积分数5%HCl定容，反应30min后，上机测定。
无机砷的标曲配制：分别准确移取1ug/mL的砷混合标准使用液0mL、0.25mL、0.5mL、1.0mL、2.0mL、2.5mL到25mL容量瓶中（各相当于各形态砷的质量浓度0ug/L、10ug/L、20ug/L、40ug/L、80ug/L、100ug/L），加水定容，上机测定。
2 结果与分析
2.1 标准曲线线性范围
总砷含量的标准曲线测得结果如图1所示，砷的浓度在0～10ug/L范围内呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=135.452 2X–16.057 7，相关系数为0.999 2。
形态亚砷酸（As3）的标准曲线测得结果如图2所示，亚砷酸（As3）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=392.862 5X+219.958 4，相关系数为0.999 4。
形态二甲基砷（DMA）的标准曲线测得结果如图3所示，二甲基砷（DMA）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=337.568 8X-63.020 3，相关系数为0.999 2。
形态一甲基砷（MMA）的标准曲线测得结果如图4所示，一甲基砷（MMA）的浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=354.614 0X-112.785 9，相关系数为0.999 8。
形态砷酸（As5）的标准曲线测得结果如图5所示，砷酸（As5）浓度在0～100ug/L呈现良好的线性关系，线性回归方程为Y=263.798 0X-101.432 4，相关系数为0.999 8。
2.2 标准物质中总砷和无机砷样品的测定
按照本实验方法对大米粉标准物质中总砷和无机砷分别进行6次测定，测定结果如表1所示，计算出6次测定值与样品标准值相差很小，绝对误差在可信范围之内，说明本试验方法测定总砷和无机砷的结果准确，可以使用;另外总砷和无机砷6次测定结果的相对标准偏差分别为4.0%和5.2%，表明本试验方法的精密度良好。
2.3 加标回收率的测定
按照本实验方法对5份样品进行总砷加标回收测定，分别添加相同含量的砷标准溶液，测定结果如表2所示，发现总砷测定的加标回收率为98.7%～107.8%，加标回收实验结果较满意。
按照本实验方法对5份同样的样品进行无机砷加标回收测定，分别添加不同含量的砷标准溶液，测定结果如表3所示，发现无机砷测定的加标回收率为87.7%～100.8%，加标回收实验结果较满意。
2.4 样品中总砷及形态砷的测定分析
按照本实验方法对40份稻谷样品总砷及形态砷进行测定，测定结果如表4所示。研究表明本批晚籼稻谷中砷主要是以无机砷为主，无机砷酸含量占总砷的含量为55.0%～84.0%，其中主要是以亚砷酸（As3）形式存在，亚砷酸含量占总砷的含量为44.8%～80.7%，其次是以二甲基砷（DMA）和砷酸（As5）的形式存在，一甲基砷（MMA）形态存在的很少。
3 结 论
本文主要通过原子荧光光谱法对晚籼稻谷中总砷及形态砷进行了研究，建立了微波消解-原子荧光光谱法测定稻谷中总砷。该方法操作简单快速，结果准确度高，可作为食品中总砷测定的一种快速检测方法;同时采用液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）测定稻谷中无机砷。通过研究比较总砷和各种形态砷的含量，发现晚籼稻谷中的砷主要是以亚砷酸（As3）形式存在，最高含量占总砷含量的80.7%。
参考文献
[1] 中国国务院新闻办公室.《中国的粮食安全》白皮书[Z].2019.
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[4] 巫琦玲，张葵，杜为公.我国食品质量安全追溯体系应用现状调查研究[J].粮食科技与经济，2018，43（3）：36-37.
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[6] 文涛，潘南萍，钟树良，等.稻米中总砷及无机砷含量的测定与分析[J].粮食与食品工业，2014，21（5）：99-103.
[7] 方军，陈建平，舒永红.ICP-MS测定紫菜中的总砷[J].广东微量元素科学，2006，13（6）：45-48.
[8] 王娜.电感耦合等离子体质谱法测定土壤中砷的含量[J].当代化工，2010，39（1）：100-101.
[9] 屈明华，汤富彬，倪张林.原子荧光光谱法测定食品总砷的前处理方法探讨[J].食品科学，2013，34（10）：177-179.
[10] 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，2016，32（5）：533-536.
[11] 林惠群.微波消解-原子荧光法测定食用植物油中的总砷[J].粮食与食品工业，2007，14（3）：48-50.
[12] 张卫国，郭华，林野.新银盐法测定饮用水中砷的可行性及影响因素分析[J].中国地方病学杂志，2011，37（5）：569-571.
[13] 沈素文，马艳.氢化物原子荧光光谱法测定粮食中无机砷含量的研究[J].粮油食品科技，2012，37（12）：59-60.
[14] GB 5009.11-2014，食品中总砷及无机砷的測定[S].