專利名稱：一種分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種化合物分析測定方法，特別是用于分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，屬化學(xué)檢測分析技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
砷是一種具有蓄積性的有害微量元素，廣泛存在于環(huán)境和日常生活當中。近些年隨著食品安全形勢的越發(fā)嚴重，一些食品或調(diào)料中有毒元素含量存在超標的風(fēng)險，直接威脅著人類健康。不同砷形態(tài)化合物具有的環(huán)境毒性差別甚大，因此在評價食品安全時只檢測總砷量而不標示砷形態(tài)是不科學(xué)的，砷形態(tài)分析已經(jīng)成為現(xiàn)代分析化學(xué)的一個重要研究課題。目前，用于檢測食品中砷含量的方法中最常用的方法是通過將經(jīng)過酸化過的樣品與還原劑反應(yīng)生成氫化物和氫氣，然后氣態(tài)氫化物、氫氣和載氣混合進入原子化器，被點燃形成氬氫火焰，使待測元素原子化；再利用待測元素光源發(fā)射出特征譜線，經(jīng)過透鏡聚焦激發(fā)氬氫火焰中的待測物原子蒸汽，得到的熒光信號被日盲光電倍增管所接受，然后經(jīng)放大、解調(diào)，再由數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)根據(jù)檢測到的原子熒光信號計算得到待測元素的含量。上述方法雖然能快速準確的測定出樣品中砷含量，但是卻不能將樣品中不同砷形態(tài)的含量和總砷量區(qū)分開來，而分析測定砷的形態(tài)又需要更為復(fù)雜的聯(lián)用系統(tǒng)，如液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用系統(tǒng)、液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用系統(tǒng)等大型儀器聯(lián)用系統(tǒng)，這樣樣品砷含量的分析成本和儀器運行費用會大大提高，而且操作相對復(fù)雜，在加入樣品之前還需要對樣品進行復(fù)雜的預(yù)處理，其測定周期長，不利于大面積地推廣應(yīng)用。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是:提供一種快速、準確、靈敏、操作簡單的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)(無機砷、MMA (\ )和DMA ( Λ ))的方法，以滿足對液態(tài)食品調(diào)料大范圍篩查和及時獲得分析結(jié)果的需要。
本發(fā)明所稱問題是由以下技術(shù)方案解決的:一種分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特別之處是，所述方法利用反應(yīng)器、冷捕集器、恒溫容器、氫氣發(fā)生裝置、原子熒光光譜儀、色譜信號處理器作為測量儀器，并按照下述步驟進行:a.氣態(tài)砷化合物的生成:將被測液態(tài)食品調(diào)料樣品和鹽酸介質(zhì)溶液置入反應(yīng)器內(nèi)攪拌均勻，反應(yīng)器的上蓋設(shè)有硼氫化鉀溶液管路、 氦氣入口管路和氣體出口管路，由硼氫化鉀溶液管路向反應(yīng)器中通入一定量的硼氫化鉀溶液，使樣品中的砷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)砷化合物，所述反應(yīng)器內(nèi)液態(tài)食品調(diào)料樣品、鹽酸介質(zhì)溶液、硼氫化鉀溶液的體積比為 1:3-5:4.5-5.5，所述鹽酸介質(zhì)溶液的濃度范圍為40°/Γ60%(ν/ν)，所述硼氫化鉀溶液的濃度范圍為2% 4% (m/v)；b.氣態(tài)砷化合物的在線冷捕集分離:氦氣入口管路通入氦氣，氦氣流量為6(T70mL/min，將反應(yīng)器內(nèi)的氣態(tài)砷化合物經(jīng)氣體出口管路導(dǎo)出，進入以脫脂棉柱為捕集柱的冷捕集器中，被捕集的氣態(tài)砷化合物被捕集冷凝在捕集柱上，捕集完成后，迅速將捕集柱轉(zhuǎn)移至恒溫容器中，使其緩慢升溫，捕集在捕集柱上的氣態(tài)砷化合物在低溫下被釋放，實現(xiàn)快速基線分離；c.氣態(tài)砷化合物的檢測:被分離的氣態(tài)砷化合物在載氣氦氣的作用下與氬氣及由氫氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的氫氣混合，進入原子熒光光譜儀的原子化器，在高溫下進行原子化，生成氣態(tài)砷原子，被激發(fā)的砷原子去活化發(fā)出原子熒光，所產(chǎn)生的光電信號后由色譜信號處理器記錄得到檢測結(jié)果。
上述分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，a步驟中鹽酸介質(zhì)置溶液的優(yōu)選濃度為50% (v/v)，硼氫化鉀KBH4溶液的優(yōu)選m/v濃度3% (m/v)。
上述分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，a步驟中所述的硼氫化鉀溶液的配制方法如下:將硼氫化鉀溶于氫氧化鉀溶液中，硼氫化鉀(分析純)與氫氧化鉀(分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1。
上述分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，所述a步驟中，反應(yīng)時間為2 3 min,硼氫化鉀溶液通入時間不超過I min。
上述分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，所述氫氣發(fā)生裝置經(jīng)通入的酸溶液和堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，通入的酸溶液和堿溶液的體積比為1:1，所述酸溶液為濃度為20% (v/v)的鹽酸溶液，所述堿溶液為濃度3% (m/v)的硼氫化鉀溶液，其中，硼氫化鉀溶液的配制方法如下:將硼氫化鉀溶于氫氧化鉀溶液中，硼氫化鉀(分析純)與氫氧化鉀(分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1 ;所述氬氣純度為99.99%，氬氣流速為0.8^1.2 L/min。
上述分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，所述氦氣為高純氦氣，純度為 99.999%。
本發(fā)明解決了液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)分析測定尚缺乏靈敏、快速、準確方法的問題，能對無機砷(As(m )和As(v )的總量)、MMA(\ )和DMA(\ )進行分析測定。其主要優(yōu)點如下:1、取消了樣品復(fù)雜的預(yù)處理過程，節(jié)省了預(yù)處理費用；2、樣品直接加入，SP 時反應(yīng)，一次測定全過程不超過8 min，大大縮短了測定周期；3、靈敏度好，根據(jù)實驗結(jié)果，該方法對 As (ΠΙ )、As (V )、MMA( V )、DMA( V )的檢出限均在 I ng.mL —1 (10_9 級)以下；4、由于不同形態(tài)砷的氣態(tài)產(chǎn)物沸點及在脫脂棉柱上的保留時間不同，在經(jīng)過冷捕集以后進行釋放的過程中實現(xiàn)不同形態(tài)砷化合物的分離，同時，由于采用了冷捕集技術(shù)，可以大大提高分析測定的靈敏度；5、操作簡單，易于實現(xiàn)，再現(xiàn)性好(n=5，RSD ( 3.7%)?；谏鲜鰞?yōu)點，本發(fā)明可以快速、準確、低成本地對液態(tài)食品調(diào)料中的砷進行形態(tài)分析，測定不同砷形態(tài)的含量，對合理評價食品安全具有重要的現(xiàn)實意義，且適宜在普通實驗室推廣應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明過程示意圖 ；圖2是不同酸介質(zhì)對醬油樣品中砷測定信號值的影響；圖3是不同酸介質(zhì)對醋樣品中砷測定信號值的影響；圖4是泵入反應(yīng)器的KBH4溶液濃度對砷測定信號值的影響；圖5是通入反應(yīng)器的載氣氦氣的流量對砷測定信號值的影響。
附圖中各標號清單為:1.反應(yīng)器，2.硼氫化鉀溶液管路，3.氦氣入口管路，4.氣體出口管路，5.CaCl2干燥器，6.冷捕集器，7.捕集柱，8.恒溫容器，9.原子熒光光譜儀，10.色譜信號處理器，11.氫氣發(fā)生裝置，11-1.酸溶液管路，11-2.堿溶液管路，11-3.載氣管路， 11-4.輔氣管路,11-5.—級氣液分離器,11-6.二級氣液分離器。
具體實施方式
本發(fā)明方法利用反應(yīng)器、冷捕集器、恒溫容器、氫氣發(fā)生裝置、原子熒光光譜儀、色譜信號處理器等儀器，對液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)進行分析測定。經(jīng)過反復(fù)摸索試驗，給出了實現(xiàn)所述方法各步驟中必要的參數(shù)及優(yōu)選參數(shù)組合。經(jīng)試驗表明，本發(fā)明所提供的各參數(shù)的優(yōu)選組合，是保證本發(fā)明方法準確可靠、靈敏度好、操作簡便等特點的必要條件，這些優(yōu)化參數(shù)的組合是針對液態(tài)食品調(diào)料中痕量砷形態(tài)檢測而專門制定的。以下結(jié)合附圖對本發(fā)明方法予以詳述。
實現(xiàn)本發(fā)明方法有如下三個步驟:1、氣態(tài)砷化合物的生成:該步驟是本發(fā)明的關(guān)鍵步驟。在該步驟中將被測液態(tài)食品調(diào)料樣品和酸介質(zhì)按比例直接置入反應(yīng)器內(nèi)攪拌均勻。酸介質(zhì)是指用于反應(yīng)器中生成氣態(tài)砷化合物的酸，酸介質(zhì)的作用是提供足夠的H+以促進氫化物發(fā)生反應(yīng)的進行，使樣品中的砷徹底轉(zhuǎn)化為氣態(tài)砷化合物。所用酸介質(zhì)不能具有強腐蝕或強的氧化性，以避免在反應(yīng)過程中砷發(fā)生明顯的形態(tài)轉(zhuǎn)化。液態(tài)食品調(diào)料樣品無需進行數(shù)小時甚至是幾十個小時的預(yù)處理即可直接與酸介質(zhì)反應(yīng)，是本發(fā)明的一個重要改進，它大大降低了測試時間和成本，而酸介質(zhì)的選用對該步驟起到至關(guān)重要的作用。為保證反應(yīng)效果，本發(fā)明經(jīng)反復(fù)試驗確定酸介質(zhì)的濃度范圍為409Γ60% (ν/ν)，該濃度大大高于傳統(tǒng)技術(shù)所用酸介質(zhì)的濃度(一般不超過20% (v/v))。此外，酸介質(zhì)采用鹽酸效果要好于常規(guī)實驗中經(jīng)常采用的另外兩種酸:硝酸和草酸。參看圖2、圖3，這是在同等試驗條件下，分別對醬油和醋樣品測試時采用不同種類不同濃度的酸介質(zhì)對砷測定信號值的影響。由圖2、圖3可見，三種酸介質(zhì)中采用濃度為 40°/Γ60% (v/v)鹽酸的效果最好，而當鹽酸的濃度為50% (v/v)時是最佳優(yōu)選值。參看圖 1，該步驟中酸介質(zhì)采用高濃度鹽酸，一方面得益于反應(yīng)是在具有抗腐蝕能力強的PTFE材質(zhì)反應(yīng)容器I中進行，故不會像傳統(tǒng)測試方法造成高濃度鹽酸對管路產(chǎn)生腐蝕作用，另一方面得益于氣態(tài)砷化合物的產(chǎn)生反應(yīng)在反應(yīng)器中而非管路中完成，因酸度過高而引起的反應(yīng)劇烈程度大為降低。反應(yīng)器I的上蓋設(shè)有硼氫化鉀溶液管路2、氦氣入口管路3和氣體出口管路4。由硼氫化鉀溶液管路2向反應(yīng)器I中通入一定量的硼氫化鉀溶液，使樣品中的砷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)砷化合物。試驗表明:液態(tài)食品調(diào)料樣品、鹽酸介質(zhì)、硼氫化鉀溶液三者合適的體積比為1:3-5:4.5-5.5，其中硼氫化鉀溶液的濃度范圍為29T4% (m/v)，在配制KBH4 溶液時加入KO H以提高其穩(wěn)定性，本步驟中采用的是KBH4 (分析純)與KOH (分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1。由圖4可見，反應(yīng)器中KBH4溶液濃度對樣品砷測定信號值的影響是比較明顯的，在硼氫化鉀KBH4溶液濃度為3%時，砷測定信號值達到峰值，故KBH4溶液濃度3%是最佳優(yōu)選值。硼氫化鉀泵入反應(yīng)器的時間控制在I min內(nèi)，反應(yīng)時間為2 3 min。
2、氣態(tài)砷化合物的在線冷捕集分離:仍參看圖1，隨反應(yīng)的進行，在反應(yīng)器上蓋的氦氣入口管路3通入純度為99.999%的氦氣，使反應(yīng)器I內(nèi)產(chǎn)生的氣態(tài)砷化合物由氣體出口管路4導(dǎo)出，經(jīng)CaCl2干燥器5進入以脫脂棉柱為捕集柱的冷捕集器6中，被捕集的氣態(tài)神化合物被捕集冷凝在捕集柱7上。捕集完成后，迅速將捕集柱7轉(zhuǎn)移至恒溫各器8中，使其緩慢升溫，捕集在捕集柱上的氣態(tài)砷化合物在低溫下被釋放，實現(xiàn)快速基線分離。該步驟中通入反應(yīng)器I的氦氣流量會對砷測定信號值產(chǎn)生重要影響。流量過大會沖稀氣態(tài)砷化合物并使其在光路上停留時間較短，靈敏度降低；而流量過小則難以迅速將氣態(tài)砷化合物帶入原子化器。為保證火焰的穩(wěn)定性以及目標物在測定通帶有足夠的停留時間，載氣氦氣的流量要適當。通常情況下認為氦氣流量范圍可以控制5(T80 mL/min，但試驗表明，在其他試驗條件相同的情況下，氦氣流量所產(chǎn)生的影響是非常明顯的，如圖5所示，當氦氣范圍在 6(T70 mL/min時，兩種樣品的砷測定信號值都出現(xiàn)峰值，其中樣品醋特別明顯，因此，在本步驟中通入反應(yīng)器氦氣的流量范圍確定為6(T70 mL/min。
3、氣態(tài)砷化合物的檢測:仍參看圖1，被分離的氣態(tài)砷化合物在氦氣的作用下與氬氣和由氫氣發(fā)生裝置11產(chǎn)生的氫氣混合，進入原子熒光光譜儀9的原子化器，在高溫下進行原子化，生成氣態(tài)砷原子，被激發(fā)的砷原子去活化發(fā)出原子熒光，所產(chǎn)生的光電信號后由色譜信號處理器10記錄得到檢測結(jié)果。為了使儀器工作穩(wěn)定，以保證檢測結(jié)果更為可靠，氫氣發(fā)生過程選用HCl和KBH4溶液分別通入氫氣發(fā)生裝置11的酸溶液管路11-1和堿溶液管路11-2,產(chǎn)生氫化反應(yīng)。通入的酸溶液和堿溶液的體積比為1:1，所述酸溶液為濃度為20% (v/v)的鹽酸溶液,所述堿溶液為濃度3% (m/v)的硼氫化鉀溶液,其中,硼氫化鉀溶液的配制方法如下:將硼氫化鉀溶于氫氧化鉀溶液中，硼氫化鉀(分析純)與氫氧化鉀(分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1。氫氣發(fā)生裝置的載氣管路11-3和 輔氣管路11-4均通入純度為 99.99%的氬氣。試驗表明氬氣流量控制在0.8 1.2 L/min、HCl和KBH4的濃度分別為20% (v/v)和3% (m/v)時,原子突光光譜儀的IS氫火焰最穩(wěn)定,工作狀態(tài)最佳,產(chǎn)生的信號值也最大。
本發(fā)明方法上述三個步驟測定全過程不超過8 min。
本發(fā)明方法在上述優(yōu)化條件下，對As(HI)、As( V )>MMA(V )、DMA(V )的檢出限均在I ng*mL —1 (1(Γ9級)以下，加標回收率在94%_104%之間，表明該方法靈敏度好，準確可靠，滿足分析要求，適合于對食品調(diào)料中砷形態(tài)尤其是無機砷形態(tài)的準確分析測定，對合理評價食品安全具有重要意義，而且適宜在普通實驗室推廣應(yīng)用。
下表是分別在被測醬油和醋樣品中加入四種不同形態(tài)砷(As ( ΠΙ )、As ( V )、MMA(V)、DMA (V))的標準溶液進行加標回收實驗，計算回收率和精密度結(jié)果。
回收率實驗結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，所述方法利用反應(yīng)器、冷捕集器、恒溫容器、氫氣發(fā)生裝置、原子熒光光譜儀、色譜信號處理器作為測量儀器，并按照下述步驟進行:a.氣態(tài)砷化合物的生成:將被測液態(tài)食品調(diào)料樣品和鹽酸介質(zhì)溶液置入反應(yīng)器內(nèi)攪拌均勻，反應(yīng)器的上蓋設(shè)有硼氫化鉀溶液管路、氦氣入口管路和氣體出口管路，由硼氫化鉀溶液管路向反應(yīng)器中通入一定量的硼氫化鉀溶液，使樣品中的砷反應(yīng)轉(zhuǎn)化為氣態(tài)砷化合物，所述反應(yīng)器內(nèi)液態(tài)食品調(diào)料樣品、鹽酸介質(zhì)溶液、硼氫化鉀溶液的體積比為 1:3-5:4.5-5.5，所述鹽酸介質(zhì)溶液的濃度范圍為40°/Γ60%(ν/ν)，所述硼氫化鉀溶液的濃度范圍為2% 4% (m/v)；b.氣態(tài)砷化合物的在線冷捕集分離:氦氣入口管路通入氦氣，氦氣流量為6(T70mL/ min，將反應(yīng)器內(nèi)的氣態(tài)砷化合物經(jīng)氣體出口管路導(dǎo)出，進入以脫脂棉柱為捕集柱的冷捕集器中，被捕集的氣態(tài)砷化合物被捕集冷凝在捕集柱上，捕集完成后，迅速將捕集柱轉(zhuǎn)移至恒溫容器中，使其緩慢升溫，捕集在捕集柱上的氣態(tài)砷化合物在低溫下被釋放，實現(xiàn)快速基線分離；c.氣態(tài)砷化合物的檢測:被分離的氣態(tài)砷化合物在載氣氦氣的作用下與氬氣及由氫氣發(fā)生裝置產(chǎn)生的氫氣混合，進入原子熒光光譜儀的原子化器，在高溫下進行原子化，生成氣態(tài)砷原子，被激發(fā)的砷原子去活化發(fā)出原子熒光，所產(chǎn)生的光電信號后由色譜信號處理器記錄得到檢測結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，a步驟中鹽酸介質(zhì)置溶液的優(yōu)選濃度為50% (v/v)，硼氫化鉀KBH4溶液的優(yōu)選濃度為3% (m/v)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，a步驟中所述的硼氫化鉀溶液的配制方法如下:將硼氫化鉀溶于氫氧化鉀溶液中，硼氫化鉀(分析純)與氫氧化鉀(分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1。
4.根據(jù)權(quán)利 要求3所述的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，所述a 步驟中，反應(yīng)時間為2 3 min，硼氫化鉀溶液通入時間不超過I min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，所述氫氣發(fā)生裝置經(jīng)通入的酸溶液和堿溶液反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，通入的酸溶液和堿溶液的體積比為 1:1，所述酸溶液為濃度為20% (v/v)的鹽酸溶液,所述堿溶液為濃度3% (m/v)的硼氫化鉀溶液，其中，硼氫化鉀溶液的配制方法如下:將硼氫化鉀溶于氫氧化鉀溶液中，硼氫化鉀 (分析純)與氫氧化鉀(分析純)的質(zhì)量濃度比為10:1 ;所述氬氣純度為99.99%，氬氣流速為0.8 L 2 L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，其特征在于，所述氦氣為高純氦氣，純度為99.999%。
全文摘要
一種分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)的方法，用于解決目前尚缺乏靈敏、快速、準確、低成本的分析測定液態(tài)食品調(diào)料中砷形態(tài)方法的問題。所述方法利用反應(yīng)器、冷捕集器、恒溫容器、氫氣發(fā)生裝置、原子熒光光譜儀、色譜信號處理器作為測量儀器，并按照下述步驟進行a.氣態(tài)砷化合物的生成b.氣態(tài)砷化合物的在線冷捕集分離c.氣態(tài)砷化合物的檢測。本發(fā)明取消了樣品復(fù)雜的預(yù)處理過程，節(jié)省了預(yù)處理費用；樣品直接加入，即時反應(yīng)，一次測定全過程不超過8min，大大縮短了測定周期；分析測定砷形態(tài)準確度和靈敏度高；操作簡單，易于實現(xiàn)，再現(xiàn)性好。本發(fā)明對合理評價食品安全具有重要的現(xiàn)實意義，且適宜在普通實驗室推廣應(yīng)用。
文檔編號G01N21/64GK103207170SQ20131013661
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月19日
發(fā)明者祝濤, 苑春剛, 袁博, 宋小衛(wèi) 申請人:華北電力大學(xué)(保定)