高鹽食品基質(zhì)中砷含量的測(cè)定

戴瑞平，劉花梅，舒露，唐麗君＊，黎申英，李彪，張梅玲，劉濤，黃宗蘭

（1.江西省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證總院食品檢驗(yàn)檢測(cè)研究院，江西南昌 330052）（2.江西省檢驗(yàn)檢測(cè)認(rèn)證總院檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)發(fā)展研究院，江西南昌 330029）

現(xiàn)行食品中總砷的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)為GB 5009.11-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》，測(cè)定方法有電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法、氫化物發(fā)生原子熒光光譜（HG-AFS）法和銀鹽法。目前食品中砷在實(shí)驗(yàn)室的日常檢驗(yàn)，使用頻率較高的測(cè)定方法是穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和靈敏度都更占優(yōu)勢(shì)的ICP-MS 法[1,2]，而HG-AFS 法由于干擾少、靈敏度高、穩(wěn)定性好也被廣泛應(yīng)用[3,4]，銀鹽法由于操作煩瑣、加入太多試劑易引入本底和靈敏度低等原因，在實(shí)驗(yàn)室中應(yīng)用的并不多。樣品前處理方式有微波消解法、高壓密閉消解法、濕法消解和干灰化法等。微波消解法由于加入試劑少，有機(jī)物消解較為徹底，而且整個(gè)消解過(guò)程是在密閉環(huán)境中，元素?fù)]發(fā)損失少，因此被廣泛應(yīng)用于元素前處理過(guò)程[5,6]。高壓密閉消解法的消解過(guò)程會(huì)用到不銹鋼高壓罐，操作不當(dāng)會(huì)產(chǎn)生安全隱患[7]，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中使用的較少。干灰化法是通過(guò)馬弗爐的高溫有效破壞食品中的有機(jī)物，但是砷元素在高溫易揮發(fā)，因此必須加入氧化鎂覆蓋以減少砷元素的損失[8]。目前濕法消解是GB 5009.11-2014 中HG-AFS 法指定的前處理方式之一，也是應(yīng)用最為廣泛的消解方式之一，濕法消解中加入的高氯酸和濃硫酸能有效提高消解液的溫度，從而徹底消解樣品中的有機(jī)物，但是硝酸消耗量大，耗時(shí)長(zhǎng)也是濕法消解的一個(gè)短板。

高鹽高基體的食品樣品一般指含有較高濃度的氯化鈉或者其他鹽類物質(zhì)的食品，比如經(jīng)過(guò)鹽腌制的板鴨、臘肉和咸鴨蛋等，加入了較多調(diào)味料的榨菜、即食水產(chǎn)制品和火鍋底料等，或者加入了高濃度礦物質(zhì)的保健食品等等。高鹽食品基質(zhì)中總砷的測(cè)定是一個(gè)難點(diǎn)問(wèn)題，對(duì)于HG-AFS 法，未充分消解的復(fù)雜基質(zhì)試樣中砷不能完全被還原而使測(cè)定結(jié)果偏低[8]，而消解過(guò)程中產(chǎn)生的一些有機(jī)質(zhì)同樣會(huì)對(duì)砷的電感耦合等離子體質(zhì)譜信號(hào)產(chǎn)生增敏效應(yīng)[9-11]。此外，在ICP-MS 法的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定模式（STD 模式）中，高鹽食品基質(zhì)中的氯在測(cè)定過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氬氯分子離子峰嚴(yán)重干擾砷的測(cè)定，因此STD 模式不適用于高鹽高基體食品樣品中砷的測(cè)定；在ICP-MS法的動(dòng)能歧視測(cè)定模式（KED 模式）中，一般采用碰撞氣氦氣減小分子離子峰的干擾，但氦氣同時(shí)會(huì)減小目標(biāo)砷離子的靈敏度而影響測(cè)定的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度，而且高鹽高基體對(duì)ICP-MS 法測(cè)定信號(hào)值的抑制與分析元素的電離能和質(zhì)量數(shù)有關(guān)系[12,13]，因此單純依靠?jī)?nèi)標(biāo)元素校正高鹽基質(zhì)的基體效應(yīng)并不太現(xiàn)實(shí)。除了以上兩種測(cè)定模式，ICP-MS 法的動(dòng)態(tài)反應(yīng)模式（DRC 模式）則是使用高活性的反應(yīng)氣體如氫氣、氧氣、甲烷氣、氨氣等作為工作氣體，在反應(yīng)池中工作氣體與帶電離子經(jīng)過(guò)電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、原子轉(zhuǎn)移及化合反應(yīng)等過(guò)程實(shí)現(xiàn)消除干擾的目的，其中氧氣可以與砷反應(yīng)生成氧化砷離子，從而消除高鹽基體產(chǎn)生的氬氯分子離子峰干擾。

DRC 模式雖然能夠解決高鹽基體產(chǎn)生的氬氯分子離子等質(zhì)譜干擾，但是對(duì)于高鹽高基體等復(fù)雜樣品產(chǎn)生的基體效應(yīng)卻不產(chǎn)生作用，因此，本研究將基體匹配的方式與動(dòng)態(tài)反應(yīng)池技術(shù)結(jié)合起來(lái)，則能夠解決高鹽高基體樣品中砷測(cè)定的一些難點(diǎn)問(wèn)題[14,15]。基于日常實(shí)驗(yàn)室中常用的砷前處理方式和檢測(cè)方法，本研究將詳細(xì)探討濕法消解和微波消解法對(duì)食品中總砷測(cè)定的影響，分析前處理方式對(duì)ICP-MS 法與HG-AFS 法測(cè)定的影響，研究有機(jī)基質(zhì)、氯含量和內(nèi)標(biāo)校正元素等因素對(duì)高鹽高基體中砷的ICP-MS 法測(cè)定信號(hào)值的影響，建立一種高鹽食品基質(zhì)中砷含量的基體匹配-DRC-ICP-MS 測(cè)定方法。本研究分析了高鹽食品基質(zhì)中砷測(cè)定的幾個(gè)關(guān)鍵影響因素，將基體匹配的方法與動(dòng)態(tài)反應(yīng)池技術(shù)結(jié)合解決高鹽高基體樣品中質(zhì)譜干擾和基體干擾對(duì)砷元素測(cè)定的影響，同時(shí)也為復(fù)雜食品樣品中砷含量的測(cè)定提供一種思路。

1 材料與方法

1.1 儀器、試劑與材料

AFS-9700 雙道原子熒光光度計(jì)，北京海光儀器公司；PE 2000P 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，美國(guó)PerkinElmer 公司；Mars 6 微波消解儀，美國(guó)CEM公司；GS25-20A 趕酸儀，天津市萊玻特瑞儀器設(shè)備有限公司。

砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L），國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；鍺、銦內(nèi)標(biāo)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L），國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；亞砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08666-21071），砷酸根溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08667-22051），一甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08668-21101），二甲基砷溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08669-21071），砷甜菜堿溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW 08670-21101），無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院。

濃硫酸、高氯酸、過(guò)氧化氫、氫氧化鉀、氯化鈉（優(yōu)級(jí)純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硼氫化鉀（優(yōu)級(jí)純），旭化成化學(xué)（山東）有限公司；抗壞血酸（分析純），國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司；硝酸（優(yōu)級(jí)純），蘇州晶瑞化學(xué)股份有限公司。

實(shí)驗(yàn)用水均為二次去離子水。

實(shí)驗(yàn)中涉及的實(shí)際樣品，如板鴨、臘肉、榨菜、火鍋底料、椒麻蝦（水產(chǎn)制品）、即食魷魚(yú)（水產(chǎn)制品）、咸鴨蛋、醬油、保健食品、大米、嬰幼兒輔助食品和嬰幼兒配方奶粉均來(lái)自日常檢驗(yàn)工作中所收集。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 溶液配制

砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液和鍺、銦內(nèi)標(biāo)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液用5%硝酸（體積分?jǐn)?shù)，下同）或氯化鈉基質(zhì)溶液逐級(jí)稀釋至所需濃度；

亞砷酸根溶液、砷酸根溶液、一甲基砷溶液、二甲基砷溶液、砷甜菜堿溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用二次水逐級(jí)稀釋至所需濃度。

氯化鈉系列基質(zhì)溶液：分別稱取適量氯化鈉，用5%硝酸定容即為氯化鈉系列基質(zhì)溶液（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，以氯含量計(jì)）。

基體匹配標(biāo)準(zhǔn)工作溶液的配制：用陰性氯化鈉基質(zhì)溶液將砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋至所需濃度。

1.2.2 樣品前處理

樣品的微波消解法和濕法消解分別按照GB 5009.11-2014 中5.2.1 微波消解法和12.2.1 濕法消解章節(jié)進(jìn)行操作。

快速消解法：稱取0.30 g 樣品于50.0 mL 聚丙烯離心管中，緩慢加入1 mL 濃硝酸將所有樣品均勻潤(rùn)濕，旋緊蓋子并留1～2 圈的空隙防止反應(yīng)太過(guò)劇烈，將離心管放置在120 ℃的可控溫電熱板上快速消解30 min，取下放冷后用水定容至10.0 mL 或25.0 mL。

1.2.3 實(shí)驗(yàn)步驟

1.2.3.1 氯含量對(duì)砷測(cè)定的影響

配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、0.010%、0.020%、0.050%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%、5.00% 的氯化鈉基質(zhì)溶液，其中分別包括空白基質(zhì)溶液和含有20.0 μg/L 砷標(biāo)準(zhǔn)溶液的加標(biāo)基質(zhì)溶液，以考察氯離子對(duì)砷ICP-MS 信號(hào)值的影響。

1.2.3.2 內(nèi)標(biāo)校正元素的考察：

（1）配制質(zhì)量濃度為200 μg/L 的鍺內(nèi)標(biāo)溶液，然后分別往鍺內(nèi)標(biāo)溶液中添加100 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液和5.00 μg/mL 硒標(biāo)準(zhǔn)溶液，以考察鐵元素和硒元素對(duì)鍺內(nèi)標(biāo)ICP-MS 信號(hào)值的影響。

（2）配制質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%、0.010%、0.020%、0.050%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%、5.00%的氯化鈉基質(zhì)溶液（含有200 μg/L 的鍺內(nèi)標(biāo)溶液和銦內(nèi)標(biāo)溶液），其中分別包括空白基質(zhì)溶液和含有20.0 μg/L 砷標(biāo)準(zhǔn)溶液的加標(biāo)基質(zhì)溶液，以考察鍺內(nèi)標(biāo)和銦內(nèi)標(biāo)在氯化鈉基質(zhì)中對(duì)砷測(cè)定信號(hào)校正的影響。

1.2.3.3 添加回收實(shí)驗(yàn)

稱取0.50 g 食鹽樣品，以φ=5%硝酸溶液溶解并定容至25.0 mL。對(duì)該樣品進(jìn)行4 水平6 平行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)（加標(biāo)濃度為0.010、0.025、0.20、0.50 mg/kg），并測(cè)定加標(biāo)回收率和RSD 值（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差）。

1.2.4 儀器工作條件

微波消解儀工作條件如表1 所示，HG-AFS 和ICP-MS 儀器工作條件分別如表2 和表3 所示。

表1 微波消解儀工作參數(shù)Table 1 Microwave digestion instrument parameter

表2 HG-AFS儀器工作參數(shù)Table 2 HG-AFS instrument parameter

表3 ICP-MS儀器工作參數(shù)Table 3 ICP-MS instrument parameter

1.3 數(shù)據(jù)處理

實(shí)驗(yàn)過(guò)程涉及的所有數(shù)據(jù)均為多次測(cè)定后的平均值，其中氯含量和內(nèi)標(biāo)元素對(duì)砷測(cè)定的影響相關(guān)數(shù)據(jù)（圖1 和圖2），以不含氯離子的5%硝酸空白溶液為基準(zhǔn)，分別對(duì)不同濃度的含氯基質(zhì)溶液中砷的ICP-MS 計(jì)數(shù)強(qiáng)度值進(jìn)行歸一化處理，再進(jìn)行圖表化處理。

圖1 氯含量對(duì)砷測(cè)定的影響Fig.1 Effect of chlorine content on arsenic determination

圖2 鍺內(nèi)標(biāo)和銦內(nèi)標(biāo)對(duì)砷測(cè)定的影響Fig.2 Effect of germanium and indium internal standard on the determination of arsenic

2 結(jié)果與分析

2.1 消解方式對(duì)砷測(cè)定的影響

氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷的原理，是將樣品中各種形態(tài)砷徹底消解處理成無(wú)機(jī)砷形態(tài)，加入硫脲-抗壞血酸溶液使五價(jià)砷預(yù)還原為三價(jià)砷，再進(jìn)行上機(jī)測(cè)定。如果樣品中的有機(jī)砷沒(méi)有徹底消解成無(wú)機(jī)砷形態(tài)，儀器無(wú)法進(jìn)行測(cè)定，也必然會(huì)造成測(cè)定結(jié)果偏小。但是不同樣品中的砷形態(tài)并不相同，這就會(huì)使得相同的消解方式對(duì)不同樣品的消解效果并不一樣。實(shí)驗(yàn)采用了濕法消解和微波消解法兩種消解方式對(duì)20.0 μg/L（以砷計(jì)）的三價(jià)砷、五價(jià)砷、一甲基砷、二甲基砷和砷甜菜堿進(jìn)行前處理，然后分別通過(guò)HG-AFS 和ICP-MS 測(cè)定回收率，結(jié)果如表4 所示。

表4 濕法消解和微波消解測(cè)定結(jié)果對(duì)比Table 4 Comparison of determination results between wet digestion and microwave digestion

由表4 數(shù)據(jù)中可以看出，濕法消解處理5 種砷形態(tài)，HG-AFS 測(cè)定總砷的回收率范圍為81.20%～110.80%，總體上在可接受范圍，但是砷甜菜堿的回收率還是偏低。微波消解條件參考GB 5009.11-2014附錄A，但在此基礎(chǔ)上，將最終的保持溫度提高至200 ℃。其中三價(jià)砷、五價(jià)砷和一甲基砷組分HG-AFS 測(cè)定回收率范圍為98.55%～104.40%，說(shuō)明這3 種砷形態(tài)在此微波消解條件下，基本上消解完全，而二甲基砷和砷甜菜堿的HG-AFS 測(cè)定回收率分別只有37.15%和0.60%，說(shuō)明二甲基砷和砷甜菜堿的微波消解效果很差，在HG-AFS 測(cè)定條件下很難被還原測(cè)定。濕法消解過(guò)程中會(huì)加入硫酸和高氯酸，其沸點(diǎn)分別為337 ℃和203 ℃，當(dāng)消解至硫酸的白煙冒出，試樣溶液中溫度能達(dá)到300 ℃左右，砷甜菜堿的HG-AFS 測(cè)定回收率依然偏低（81.20%），而微波消解法設(shè)定的保持溫度200 ℃，更難以完全消解砷甜菜堿等有機(jī)砷形態(tài)。同樣是微波消解法處理，五種砷形態(tài)的ICP-MS 測(cè)定回收率范圍為95.80%～103.35%，原因在于即使各種砷形態(tài)未消解完全，以分子形態(tài)存在于試樣溶液中，在電感耦合等離子體中心通道7 000 K 左右的高溫下，依然能夠被電離，最終進(jìn)入四級(jí)桿和檢測(cè)器中被檢測(cè)[1,2]。

在實(shí)際檢驗(yàn)過(guò)程中，有些檢驗(yàn)員為了省時(shí)省力，經(jīng)常會(huì)使用微波消解法的試樣溶液進(jìn)行HG-AFS 法測(cè)定，對(duì)于某些特定產(chǎn)品，比如大米中砷形態(tài)主要以三價(jià)砷、五價(jià)砷和二甲基砷的形式存在[1]，當(dāng)二甲基砷等有機(jī)砷形態(tài)含量不高時(shí)，HG-AFS 測(cè)定結(jié)果和ICP-MS 測(cè)定結(jié)果之間可能不會(huì)有太大的差異。海產(chǎn)品（如海藻、海魚(yú)、甲殼類、貝類等）中砷主要以砷糖和砷甜菜堿的形式存在[16,17]，但是GB 2762-2017 中對(duì)于水產(chǎn)動(dòng)物及其制品只有無(wú)機(jī)砷的限量要求，并未對(duì)總砷的限量進(jìn)行相關(guān)規(guī)定，一般這類樣品總砷含量會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出無(wú)機(jī)砷限量要求，因此只需要進(jìn)行無(wú)機(jī)砷含量測(cè)定。但是對(duì)于一些添加了藻類或者水產(chǎn)動(dòng)物及制品的嬰幼兒輔助食品，按照國(guó)標(biāo)要求，可以先進(jìn)行總砷含量測(cè)定，此時(shí)如果按照微波消解法處理樣品，再進(jìn)行HG-AFS 測(cè)定，必然會(huì)造成結(jié)果的偏差。

因此，對(duì)于食品中總砷含量的測(cè)定，應(yīng)嚴(yán)格按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行樣品前處理和測(cè)定，尤其是對(duì)于氫化物發(fā)生原子熒光光譜法測(cè)定食品中總砷，應(yīng)嚴(yán)格按照濕法消解或者干法消解進(jìn)行樣品處理，在保證樣品消解完全的前提下，盡量防止試樣溶液在最后趕酸的過(guò)程中飛濺而損失。

2.2 ICP-MS測(cè)定砷影響因素的考察

2.2.1 有機(jī)質(zhì)對(duì)砷測(cè)定的影響

實(shí)驗(yàn)采用快速消解法消解大米樣品[18,19]，考察了樣品中未充分消解的有機(jī)質(zhì)對(duì)砷測(cè)定的影響。本研究中采取快速消解法的優(yōu)點(diǎn)是能在最大限度減少試劑用量的前提下，減少消解過(guò)程中引入的污染，提高檢測(cè)的靈敏度和準(zhǔn)確度，這種方法一般用于樣品中易提取的鉛、鎘等元素的前處理和石墨爐原子吸收光譜法測(cè)定。但是未充分消解的樣品基質(zhì)可能會(huì)對(duì)待測(cè)元素產(chǎn)生基體干擾效應(yīng)?？焖傧夥ㄇ疤幚泶竺讟悠罚M管樣品未充分消解，大米中的砷也不可能消解充分，但是由表4 的數(shù)據(jù)可知，這并不會(huì)影響樣品中總砷ICP-MS 法的測(cè)定。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，快速消解法-ICP-MS 測(cè)定結(jié)果（定容體積為10.0 mL 和25.0 mL）分別比微波消解法-ICP-MS 測(cè)定結(jié)果偏大45%和22%，定容體積越小干擾越大，說(shuō)明快速消解產(chǎn)生的基質(zhì)會(huì)嚴(yán)重干擾ICP-MS 測(cè)定大米中總砷的含量。

實(shí)驗(yàn)中采用了74Ge和115In內(nèi)標(biāo)以校正基體效應(yīng)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)快速消解產(chǎn)生的基體對(duì)74Ge 和115In 內(nèi)標(biāo)的響應(yīng)信號(hào)值并無(wú)太大的影響，而是單純?cè)龃?5As 的響應(yīng)信號(hào)值，內(nèi)標(biāo)回收率總體上都在90%～110%范圍內(nèi)。因此，在使用ICP-MS 法測(cè)定食品中的總砷時(shí)，應(yīng)該對(duì)樣品進(jìn)行充分消解，將樣品中的有機(jī)物消解成無(wú)機(jī)物狀態(tài)才能將對(duì)砷測(cè)定的基體效應(yīng)降至最低。

2.2.2 氯含量對(duì)砷測(cè)定的影響

HG-AFS 測(cè)定食品中總砷對(duì)樣品前處理同樣有著較高的要求，但是ICP-MS 測(cè)定食品中總砷也并非是萬(wàn)無(wú)一失，因?yàn)镮CP-MS 測(cè)定砷的質(zhì)量數(shù)為75As，會(huì)受到分子離子峰40Ar35Cl+的嚴(yán)重干擾，而大部分食品樣品中都含有不同含量的氯，尤其是高鹽高基體的食品樣品。

實(shí)驗(yàn)考察了ICP-MS 的STD 模式和KED 模式測(cè)定5%硝酸空白溶液和砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0 μg/L，5%硝酸基質(zhì)）在不同氯含量（包括0%、0.010%、0.020%、0.050%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%、5.00%，質(zhì)量濃度，下同）的氯化鈉基質(zhì)中的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值，分別以不含氯離子的5%硝酸基質(zhì)中砷的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值為1 進(jìn)行歸一化處理，結(jié)果如圖1 所示。

在STD 測(cè)定模式中，砷的本底值隨著基質(zhì)中氯濃度的提高而增大的非常明顯，當(dāng)氯的濃度為5.00%時(shí)，砷的本底值比5%硝酸基質(zhì)中砷的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值增大了300 多倍（圖1a 中a 曲線）；而在KED 測(cè)定模式中，在氦氣的碰撞下（流量3.50 mL/min），氯的體積分?jǐn)?shù)為5.00%時(shí)，砷的本底值僅比5%硝酸基質(zhì)中砷的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值增大了18 倍左右（圖1a 中b 曲線），說(shuō)明KED 模式能有效的改善基質(zhì)中氯產(chǎn)生的分子離子峰（ArCl+）對(duì)砷測(cè)定的干擾。

砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0 μg/L）在不同濃度含氯基質(zhì)中的信號(hào)響應(yīng)值比較如圖1b 所示。砷在含氯基質(zhì)（氯化鈉）中同時(shí)存在ArCl+的正干擾效應(yīng)和基體干擾的負(fù)效應(yīng)，在STD 測(cè)定模式中，5.00%含氯基質(zhì)中砷的信號(hào)響應(yīng)值比不含氯基質(zhì)中砷的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值增長(zhǎng)了1 倍左右，這主要得益于ArCl+的正干擾效應(yīng)大于氯化鈉基體抑制效應(yīng)；而在KED 測(cè)定模式中砷的計(jì)數(shù)強(qiáng)度隨著氯含量的增大而逐漸減小，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因主要是，碰撞氣氦氣能很大程度抑制ArCl+分子離子的正干擾，從而使得基體抑制效應(yīng)大于分子離子的正干擾[20]。

2.2.3 內(nèi)標(biāo)校正元素的考察

在實(shí)際ICP-MS 測(cè)定的過(guò)程中，一般的做法都是KED 測(cè)定模式配合內(nèi)標(biāo)校正以減少分子離子峰的干擾，同時(shí)校準(zhǔn)基體效應(yīng)和儀器信號(hào)的漂移。ICP-MS 測(cè)定方法選用內(nèi)標(biāo)元素的原則首先要求內(nèi)標(biāo)元素在樣品中含量越低越好，這樣才不會(huì)干擾待測(cè)元素的測(cè)定，其次是要求待測(cè)元素和內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)量數(shù)相近，具有相似的電離行為，ICP-MS 測(cè)定食品中總砷一般會(huì)選用鍺元素（Ge）作為內(nèi)標(biāo)，鍺元素有較多同位素，常用的有72Ge+和74Ge+，而分子離子峰56Fe16O+和74Se+分別會(huì)干擾72Ge+和74Ge+的測(cè)定。本研究在日常檢驗(yàn)食品樣品中監(jiān)控了近300個(gè)鐵和硒含量較高的樣品，發(fā)現(xiàn)保健食品中鐵元素含量的范圍為15～450 mg/100 g，硒元素含量的范圍為0.020～15 mg/100 g；嬰幼兒輔助食品和嬰幼兒配方奶粉中鐵元素含量的范圍為4～10 mg/100 g，硒元素含量的范圍為5～50 μg/100 g。因此實(shí)驗(yàn)考察了100 μg/mL 鐵標(biāo)準(zhǔn)溶液和5 μg/mL 硒標(biāo)準(zhǔn)溶液（樣品中鐵含量以450 mg/100 g 計(jì)，硒含量以15 mg/100 g計(jì)，以稱樣量0.50 g，定容體積為25.0 mL 計(jì)算）對(duì)200 μg/L 鍺內(nèi)標(biāo)的影響，結(jié)果如表5 所示。

表5 鐵元素和硒元素對(duì)鍺內(nèi)標(biāo)測(cè)定的影響Table 5 Effect of iron and selenium on determination of germanium internal standard

從表5 中數(shù)據(jù)可以看出，72Ge 和74Ge 分別受56Fe16O+和74Se 干擾的影響，信號(hào)值都有所提高，ICP-MS 測(cè)定食品中總砷含量，通過(guò)內(nèi)標(biāo)校正基體效應(yīng)和儀器信號(hào)漂移，以待測(cè)元素質(zhì)譜信號(hào)與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號(hào)的強(qiáng)度比與待測(cè)元素的濃度成正比進(jìn)行定量分析，由56Fe16O+和74Se 干擾鍺內(nèi)標(biāo)信號(hào)值造成最終砷校準(zhǔn)濃度分別偏小7.79%和5.28%。很多樣品中都含有較高濃度的鐵元素，甚至可以達(dá)到百分含量級(jí)別，而硒元素一般含量較低，且74Se 豐度較低（0.87%），因此56Fe16O+對(duì)72Ge 的干擾一般會(huì)比74Se 對(duì)74Ge 的干擾更大，而且74Ge 同位素豐度（36.54%）比72Ge 同位素豐度（27.43%）更大，因此74Ge 可能更適合作為ICP-MS 測(cè)定食品中總砷的內(nèi)標(biāo)元素。但是對(duì)于硒含量很高的樣品，74Se 的干擾依然會(huì)造成總砷校準(zhǔn)濃度5.28%左右的負(fù)偏差，對(duì)于這種情況，可以選擇115In 或者其他內(nèi)標(biāo)元素。

實(shí)驗(yàn)考察了在高鹽基體中鍺內(nèi)標(biāo)（74Ge）和銦內(nèi)標(biāo)（115In）對(duì)砷的ICP-MS 測(cè)定信號(hào)值的校準(zhǔn)結(jié)果，如圖2 所示。

以5%硝酸基質(zhì)中的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0 μg/L）的計(jì)數(shù)強(qiáng)度和內(nèi)標(biāo)元素的計(jì)數(shù)強(qiáng)度分別進(jìn)行歸一化處理，并將I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))（I為歸一化后的計(jì)數(shù)強(qiáng)度值）為縱坐標(biāo)做圖，從理論上來(lái)講，如果內(nèi)標(biāo)能夠校正分子離子峰和基體效應(yīng)的干擾，則校正后的I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))比值都應(yīng)與5%硝酸基質(zhì)中的比值保持一致，即為初始值1。但是在STD 測(cè)定模式中，校正后的I(砷)/I(Ge)和I(砷)/I(In)比值最高達(dá)到5.0左右，這說(shuō)明STD 模式測(cè)定氯化鈉基質(zhì)中的砷時(shí)，ArCl+的干擾太過(guò)嚴(yán)重，導(dǎo)致砷的響應(yīng)值快速增大，而氯化鈉基體效應(yīng)導(dǎo)致內(nèi)標(biāo)元素的回收率降至40%左右，綜合影響導(dǎo)致校正后的I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))比值偏大很多，因此STD 測(cè)定模式完全不適用于氯化鈉高鹽基體中砷的測(cè)定。在KED 測(cè)定模式中，ArCl+的干擾大為減小，I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))比值的影響因素主要來(lái)源于氯化鈉的基體干擾，而氯化鈉基體效應(yīng)對(duì)于質(zhì)量數(shù)比較接近的元素的抑制作用較為相似，校正后的I(砷)/I(Ge)范圍為1.05～1.13，校正后的I(砷)/I(In)范圍為0.89～1.12。

值得注意的是，盡管KED 模式可以消除大部分ArCl+的干擾，內(nèi)標(biāo)也可以校正基體效應(yīng)的干擾，但是以上數(shù)據(jù)都是砷標(biāo)準(zhǔn)溶液在理想環(huán)境中測(cè)試得出的，在氯化鈉基質(zhì)中，74Ge 和115In 內(nèi)標(biāo)的回收率從100%降至20%～40%，I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))比值校正的準(zhǔn)確性與內(nèi)標(biāo)的信號(hào)響應(yīng)值有著非常大的關(guān)系，當(dāng)內(nèi)標(biāo)回收率大大超出了80%～120%的安全范圍，即使I(砷)/I(內(nèi)標(biāo))比值在可以接受的誤差范圍內(nèi)，也說(shuō)明砷的測(cè)定數(shù)據(jù)已經(jīng)失信，其準(zhǔn)確度需要得到嚴(yán)格的評(píng)價(jià)。

2.2.4 動(dòng)態(tài)反應(yīng)測(cè)定模式的考察

當(dāng)測(cè)定高鹽高基體的樣品時(shí)，一方面樣品中的氯會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的ArCl+正干擾，另一方面高鹽基體中大量電離的離子會(huì)占用離子通道，強(qiáng)烈抑制待測(cè)樣品和內(nèi)標(biāo)元素的響應(yīng)信號(hào)值，此時(shí)可以嘗試ICP-MS 中的DRC 模式。DRC 模式是使用高活性的反應(yīng)氣體如O2、H2、NH3等作為工作氣體，在反應(yīng)池中工作氣體與帶電離子經(jīng)過(guò)電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、原子轉(zhuǎn)移及化合反應(yīng)等過(guò)程實(shí)現(xiàn)消除干擾的目的。測(cè)定高鹽高基體樣品中的砷時(shí)，可以引入反應(yīng)氣O2，75As+與16O+發(fā)生分子碰撞化合反應(yīng)生成75As16O+，從而避開(kāi)40Ar35Cl+對(duì)75As+的干擾。實(shí)驗(yàn)測(cè)試了砷標(biāo)準(zhǔn)溶液（20.0 μg/L）在2.00% NaCl基質(zhì)中，氧氣流速和低質(zhì)量數(shù)切割系數(shù)RPq 對(duì)75As16O+信號(hào)值的影響，結(jié)果如圖3 所示。當(dāng)氧氣流速為0.80 mL/min 時(shí)，信號(hào)值達(dá)到最大。隨著氧氣流速的增大，在充當(dāng)反應(yīng)氣的同時(shí)，多余的氧氣也會(huì)碰撞已生成的75As16O+離子，從而降低其靈敏度。而隨著RPq 值的增大，AsO+離子的信號(hào)響應(yīng)值先增大后減小，并在0.30 處達(dá)到最大。綜合考慮待測(cè)離子靈敏度和信噪比的影響，最終選擇氧氣流速為0.80 mL/min，RPq 值為0.30。在DRC 測(cè)定模式中，由于74Ge16O1H+離子會(huì)干擾75As16O+離子的測(cè)定，所以鍺元素不適合DRC 模式中砷的測(cè)定，實(shí)際檢測(cè)過(guò)程中可以選用115In 作為內(nèi)標(biāo)。

2.3 方法的準(zhǔn)確度

通過(guò)引入反應(yīng)氣氧氣，DRC 測(cè)定模式可以避開(kāi)ArCl+的干擾，但是基體效應(yīng)對(duì)信號(hào)響應(yīng)值的抑制依然沒(méi)有解決。為了得到準(zhǔn)確的測(cè)定值，實(shí)驗(yàn)采用基體匹配法校正高鹽基體的抑制效應(yīng)，并按照實(shí)驗(yàn)方法對(duì)食鹽樣品（稱樣量0.50 g，定容體積25.0 mL）進(jìn)行了4 個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，每個(gè)濃度水平平行測(cè)定6 次，計(jì)算回收率和測(cè)定值的RSD（相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差），結(jié)果如表6 所示?？偵榈募訕?biāo)回收率范圍為91.50%～110.80%，RSDs 為0.76%～7.22%，符合GB/T 27404-2008《實(shí)驗(yàn)室質(zhì)量控制規(guī)范食品理化檢測(cè)》附錄F 規(guī)定對(duì)于回收率和精密度的要求。按照儀器工作條件對(duì)陰性氯化鈉基質(zhì)溶液平行測(cè)定21 次，以3 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）計(jì)算檢出限（3s），所得結(jié)果為0.003 mg/kg，以10 倍標(biāo)準(zhǔn)偏差（s）計(jì)算定量限（10s），所得結(jié)果為0.010 mg/kg，本方法檢出限和定量限與GB 5009.11-2014 中第一篇第一法的檢出限和定量限相當(dāng)，說(shuō)明本研究構(gòu)建的檢測(cè)方法穩(wěn)定性好、適用性強(qiáng)。

表6 精密度和回收率實(shí)驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of tests for precision and recovery (n=6)

2.4 樣品分析

采用本法和GB 5009.11-2014 中第一篇第一法（對(duì)照法）分別對(duì)不同氯含量的樣品（往質(zhì)量濃度為0.010%、0.020%、0.050%、0.10%、0.20%、0.50%、1.00%、2.00%、5.00%的陰性氯化鈉基質(zhì)溶液中添加20.00 μg/L 的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液）進(jìn)行測(cè)定，每個(gè)樣品平行測(cè)定6 次。由于氯對(duì)砷的ICP-MS 測(cè)定信號(hào)值有嚴(yán)重的ArCl+分子離子干擾，因此參考GB 5009.11-2014 中第一篇第一法，選用KED 測(cè)定模式和氦氣為碰撞氣，測(cè)定75As+離子的信號(hào)值，本法選用DRC 測(cè)定模式和氧氣為反應(yīng)氣，以基體匹配的方式測(cè)定75As16O+離子的信號(hào)值，并都選擇115In為內(nèi)標(biāo)，測(cè)定結(jié)果如表7 所示。采用t檢驗(yàn)法對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，計(jì)算的t值均大于t0.90,10（1.81，雙邊），這說(shuō)明本法和對(duì)照法測(cè)定值之間存在顯著性差異，隨著氯含量的增大，對(duì)照法測(cè)定值偏大10%左右，測(cè)定樣品空白值也隨著增大，內(nèi)標(biāo)回收率降至20%～40%，測(cè)定穩(wěn)定性和準(zhǔn)確度受到影響，而本法采用基體匹配的方式，樣品空白小，內(nèi)標(biāo)回收率也能控制在90%～110%之間，測(cè)定值準(zhǔn)確，方法穩(wěn)定可靠。

表7 樣品的分析結(jié)果Table 7 Sample analysis results

不同氯含量中砷的DRC 模式和KED 模式測(cè)定值有顯著性差異，因此采用本法、GB 5009.11-2014中第一篇第一法（對(duì)照法1，ICP-MS 的KED 測(cè)定模式）和GB 5009.11-2014 中第一篇第二法（對(duì)照法2，HG-AFS 法）分別對(duì)實(shí)際高鹽基質(zhì)食品樣品進(jìn)行測(cè)定，并分別進(jìn)行添加測(cè)試加標(biāo)回收率。（測(cè)試樣品：板鴨、臘肉、榨菜、火鍋底料、椒麻蝦（水產(chǎn)制品）、即食魷魚(yú)（水產(chǎn)制品）、咸鴨蛋、醬油、保健食品，稱樣量0.50 g，定容體積25 mL，加標(biāo)量為0.50 mg/kg），測(cè)定結(jié)果如表8 所示。本法和HG-AFS 測(cè)定高鹽基體食品樣品數(shù)據(jù)比較吻合，但是HG-AFS 法測(cè)定檢出限較高，9 個(gè)樣品中只有3個(gè)樣品檢出，ICP-MS 的KED 模式測(cè)定數(shù)據(jù)和加標(biāo)回收率相較于本法都偏大一些，因此本法采用ICP-MS 的動(dòng)態(tài)反應(yīng)測(cè)定模式結(jié)合基體匹配的方式測(cè)定高鹽基體食品樣品中總砷，能在保證較低檢出限的同時(shí)得到較為準(zhǔn)確的測(cè)定結(jié)果。

表8 高鹽食品樣品的分析結(jié)果Table 8 High salt food sample analysis results

3 結(jié)論

本研究深入探究了GB 5009.11-2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定》中存在的一些問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)不同砷形態(tài)需要的消解溫度并不一樣，微波消解法消解不了大部分的有機(jī)形態(tài)砷，因此對(duì)于HG-AFS 法測(cè)定食品中總砷，前處理方法必需通過(guò)濕法消解或者干法消解等方法，提高消解溫度將不同砷形態(tài)徹底消解才能完全測(cè)定。ICP-MS法測(cè)定食品中總砷，會(huì)受到試樣溶液中有機(jī)質(zhì)和高鹽基體效應(yīng)的影響，其中有機(jī)質(zhì)對(duì)砷靈敏度信號(hào)值產(chǎn)生增敏效應(yīng)，而高鹽基體則會(huì)同時(shí)產(chǎn)生ArCl+分子離子正干擾和基體抑制效應(yīng)。內(nèi)標(biāo)元素72Ge 和74Ge 分別會(huì)受到56Fe16O+和74Se 干擾的影響，對(duì)樣品中鐵元素和硒元素的含量和豐度比進(jìn)行分析，得出74Ge 可能更適合作為ICP-MS 法測(cè)定食品中總砷的內(nèi)標(biāo)元素的結(jié)論。通過(guò)優(yōu)化引入氧氣的流速和低質(zhì)量切割系數(shù)（RPq）等儀器參數(shù)，采用ICP-MS的動(dòng)態(tài)反應(yīng)測(cè)定模式（DRC）結(jié)合基體匹配的方式測(cè)定高鹽高基體食品中的總砷，可以避免氬氯分子離子的干擾和減小基體效應(yīng)的影響，測(cè)定方法靈敏度高，檢出限較低。本研究對(duì)于高鹽高基體等復(fù)雜食品基質(zhì)中總砷含量的測(cè)定，具有較高的參考價(jià)值和借鑒意義。