食品安全系列——蒸气发生原子吸收分光光度法准确 ….doc

'ApplicationNote:40992食品安全系列——氢化物发生原子吸收法准确测定鱼类中的痕量汞AndrewDavidBowen博士,应用专家,赛默飞世尔科技,英国剑桥关键词：原子吸收；鱼；氢化物发生；汞；甲基汞；微波消解；ApplicationNote:40992主要优势专业的氢化物发生附件VP100能提供快速、重复性好和稳定的分析方法此方法的灵敏度和精密度能轻易满足当前所有国际法规对检出限的要求SOLAAR软件易于操作，并能引导用户逐步完成仪器操作，使方法建立和仪器参数优化更容易摘要ThermoScientificiCE3000系列原子吸收光谱仪是测定鱼类痕量汞含量的理想工具。iCE3000系列仪器与VP100氢化物发生附件联用测定溶液中汞含量的检出下限可以达到0.07ppb（μg/L）。这相当于在鱼样品中的含量为0.014mg/kg（0.5g样品溶于100mL溶剂中），能轻易满足全球食品安全法规的需求。而且此方法测定非常快速，每个样品的分析在90s以内完成。绪论汞是一种可使人类致死的剧毒环境污染物。它有三种不同的存在形态：金属汞、无机盐和有机化合物（如甲基汞、乙基汞和苯基汞）。自然现象发生时可以释放元素汞到大气中，如火山爆发，但是其主要还是来自于人类活动。每年有大约5500吨汞排放到大气中，其中燃煤发电厂、废物焚烧、金属加工和水泥生产大约占总量的75%。汞的低沸点使其在空气中传播非常容易，在最终沉积到河流和海洋中之前可以在空气中迁移很远的距离。汞在水环境中可以通过微生物和非生物反应转化为甲基汞。甲基汞通过一种被称为生物放大的过程在海洋生物的食物链中被不断富集，可以在食肉类鱼（如旗鱼、金枪鱼、鲭鱼和鲨鱼）体内达到极高的浓度水平。食用这些鱼类和其它海洋生物是人类接触甲基汞的主要途径。甲基汞的毒性最初在日本被发现，某化学公司排放了大量甲基汞到水俣湾中，导致当地居民出现了严重的汞中毒症状，包括听说能力下降、肌肉萎缩和视觉损伤。中毒症状发作几周后较严重的出现了瘫痪、昏迷和死亡的情况。甲基汞导致人类急性中毒的原因是因为它能穿过脑膜的阻碍进入大脑。同样，甲基汞可以穿越孕妇的胎盘，破坏胎儿正在发育中的神经系统。由于人们对甲基汞毒性的认知，并且认识到鱼类是甲基汞进入人类的主要来源，全球的政府和健康组织都在不断制定和完善相关法规。现在大部分国家和全球性组织对鱼类最大汞含量的限制大约在0.5mg/kg湿重。各个国家和不同鱼种中汞最大含量的限制稍有不同。尽管法规中对总汞含量有相关规定，但是很多国家都专门立法限制甲基汞含量。详细情况如表1所示。 ApplicationNote:40992汞含量机构限值类型鱼的种类总汞(mg/kg)有机汞(mg/kg)欧盟最高值1非肉食性鱼类和甲壳类动物0.5肉食性鱼类1国际食品规范指导非肉食性鱼类和甲壳类动物0.5委员会值2肉食性鱼类1美国食品药品监督局最高值3非肉食性鱼类和甲壳类动物和其他水生动物1中国最高值4鱼类（除肉食性鱼类）及其它水产品0.5肉食性鱼类（如鲨鱼、金枪鱼等）1日本最高值5所有鱼、贝类及水产品0.40.3澳大利亚最高值6甲壳类、软体动物及非肉食性鱼0.5肉食性鱼类及样本稀少的鱼1加拿大最高值7除了六个特例8外，所有零售的食用鱼部分0.5食用部分的六种肉食性鱼1表1：各国和国际协调组织对海产品中汞最大含量的规定ApplicationNote:40992iCE3000系列原子吸收光谱仪及其相关附件非常适合鱼类痕量汞的分析，为实验室测定样品中汞含量提供快速准确的方法，溶液中的检出限可达到0.07ppb（μg/L），相当于在鱼样品中的含量为0.014mg/kg（0.5g样品溶于100mL溶剂中）。iCE3000系列光谱仪为实验室分析甲基汞提供优异的筛选方法，突出的性价比和易于操作的特点使其能完美的与其他更复杂和昂贵的技术联用，如HPLC-ICP-MS或者GC-ICP-MS。本文提供了鱼类痕量汞分析中试剂、样品预处理和仪器条件的详细过程。此方法已通过加标鱼样品和汞含量符合当前全球法规规定的认证标准品验证。 ApplicationNote:40992仪器本实验采用ThermoScientificiCE3500原子吸收光谱仪，当然iCE3300和3400也能得到类似的结果。iCE3000系列原子吸收光谱仪由于其高精度的光学系统、创新的设计和易于操作的软件给用户带来无与伦比的分析性能。本实验还需配备VP100氢化物发生附件。VP100使用独特的连续流动系统带来稳定的信号和优异的分析精度。试剂连续流动可以确保系统自动清洗、减少记忆效应和增加样品分析量。VP100完全由SOLAAR软件进行控制，使参数设置和方法运行变得极为简单。实验还使用了VP100标配的汞吸收池，与普通的氢化物吸收池相比增加了长度，达到了相当低的检出限。试剂和样品预处理样品预处理过程如图1所示，主要包括四个部分：样品干燥、样品准备、样品消解和汞还原。样品干燥部分并不是所有情况都需要，只有在汞的浓度用干重值（如mg/kg干燥样品重量）表示时才需要进行。许多国家和政府立法机构（如国际食品规范委员会，美国FDA，EU委员会）都指定采用样品的湿重来表示汞的浓度。ApplicationNote:40992ApplicationNote:40992 ApplicationNote:409921.如果最终浓度是按照样品湿重来计算则不需要进行样品干燥步骤。2.设计消解程序时参照厂家的产品指南。表3是消解程序的一个案例。3.注意：此反应放热，容量瓶可能会发热。同样，加入盐酸羟胺时确保缓慢加入，否则溶液会产生泡沫，样品甚至会溢出容量瓶。图1分析鱼类汞含量样品预处理，样品加标和基体匹配标准样品的流程 ApplicationNote:40992本实验测定了三种不同类型的鱼：从本地超市购买的新鲜鲑鱼和罐装沙丁鱼，以及由加拿大国家研究委员会（国家计量标准研究所，加拿大，渥太华）提供的狗鲨鱼鱼肉组织标准样品。ApplicationNote:40992表2列出了本实验使用的试剂。试剂硝酸高锰酸钾盐酸羟胺汞标准溶液（1000ppm溶于10%硝酸）氯化亚锡盐酸表2：本实验所需试剂如果含量用干重表示，那么鱼样品应该绞碎以后在80℃烘箱烘干至恒重。鱼的组织样品也可以冻干，然后在研钵中磨碎。样品干燥后准确称取大约0.5g进行消解。进行湿重测定时，将鱼样品在食品绞碎机中均匀绞碎，然后准确称量大约0.5g样品放入微波消解罐中。鱼类样品一般按这种方法处理。本实验中，加入1mL1000ppb的汞标准溶液到处理后的鲑鱼和沙丁鱼其中一半的样品中。加标后的100mL样品中汞的浓度为10ppb。另外一半没有加标的样品用来测定加标回收率。将装有样品的微波消解罐放入通风橱中，加入10mL浓硝酸，消解罐至少敞开30分钟以排气，然后将消解罐放入微波消解系统中进行消解，微波消解的参数见表3。也可以在电热板上进行消解。最大功率（W）%梯度（min）最大压力（psi）最高温度（℃）保持时间（min）8001003018019015表3：微波消解参数设置消解完后，样品转移到100mL容量瓶中，加入60mL6%的高锰酸钾溶液。放置2小时以上以确保样品中所有汞被氧化成Hg2+。请确保容量瓶在过程中没有密封，防止产生的气体使瓶内压力增大冲开容量瓶。汞被氧化成Hg2+后，加入15mL20%的盐酸羟胺还原过量的高锰酸钾，加入盐酸羟胺时要小心操作，因为此反应为放热反应，容量瓶会慢慢发热。需要特别注意的是加入盐酸羟胺时必须缓慢加入并轻轻混合溶液。否则由于反应太剧烈会使样品溅出容量瓶，导致测定结果不准确。冷却后用去离子水定容到100mL。配制标准溶液将1000ppm(mg/L)的汞标准品首先稀释配成1000ppb(μg/L)的标准储备液，为了在iCE3000系列原子吸收光谱仪上得到较宽的线性范围，将储备液稀释成1–100ppb系列浓度的标准溶液。标准溶液中加入与样品中浓度相当的基体。实验过程见图1，配制标准系列所需试剂的准确体积见表4. ApplicationNote:40992标准溶液空白1234567Hg最终浓度ppb01251020501001000ppbHg储备液体积mL00.10.20.512510硝酸体积mL1010101010101010高锰酸钾溶液（6%）体积mL6060606060606060盐酸羟胺（20%）体积mL1515151515151515去离子水体积mL1514.914.814.51413105总体积mL100100100100100100100100表4：配制系列标准溶液时加入标准储备液和其他试剂的体积VP100试剂准备VP100通过还原剂和酸溶液反应形成气态汞。还原剂为配制在10%盐酸中的7.5%的氯化亚锡，酸采用50%的盐酸。表5提供了还原剂和酸的推荐用量。泵转速气体流速单个样品所需试剂1信号稳定时间2（rpm）（mL/min）酸（mL）还原剂（mL）样品（mL）（s）402001.403.2015.00701.试剂用量是按照每个样品分析时间为90s来计算，相当于信号稳定再加上5次平行测定（每次测定时间为4s）的时间。2.这个近似值是基于分析浓度为10ppb的标准溶液时系统稳定所需时间。表5：本文实验方法分析过程中估计试剂消耗量仪器参数实验采用汞的灵敏线253.7nm进行测定。建立方法时为了试验仪器的短期稳定性，样品平行测定5次，每次测试时间为4s，一般实验中平行三次测定就足够了。测试过程中采用氘灯背景校正。VP100和光谱仪参数见表6。想要更详细了解如何VP100仪器参数，请参考iCE3000系列操作手册。光谱仪参数VP100参数波长253.7nm泵转速40rpm灯电流75%气体流速200mL/min带宽0.5nm酸试剂50%HCl背景校正氘灯还原剂10%HCl中7.5%氯化亚锡重复测定次数5测定延迟5测定时间4.0s表6：本文测定鱼类汞含量方法的参数设置实验结果仪器在0-100ppb的浓度范围内具有良好的线性（见图2），100ppb相当于0.5g鱼样品中含有20mg/kg汞，相关系数R2达到0.9989，说明iCE3000系列原子吸收光谱仪在很宽的浓度范围内具有极好的分析性能。校准曲线的线性范围相当于0.5g原始鱼样品中汞的浓度范围为0–20mg/kg。各标准样品的相对标准偏差（%RSDs）低于2.5%，体现了光谱仪和VP100 ApplicationNote:40992附件优异的稳定性。图2：鱼样品中汞含量测定的校准曲线（使用基体匹配标准）SOLAAR软件可自动完成方法检出限（MDL）和特征浓度的计算。这个智能化的软件可以通过特定的步骤指导用户确定方法的可靠性，并且可以自动分析数据，使整个分析过程快速便捷。此方法的检出限可达到0.068ppb(μg/L)，相当于0.5g原始鱼类样品中的检出下限为0.014mg/kg，这个检出下限可以测试系统的噪声和稳定性。低的检出限为样品中低浓度汞的测定提供了保证。方法的特征浓度与灵敏度有关，本实验方法的特征浓度为0.724ppb，相当于0.5g原始鱼类样品中浓度为0.145mg/kg。泵转速气体流速检出限特征浓度（rpm）（mL/min）溶液（ppb）样品（mg/kg）1溶液（ppb）样品（mg/kg）1402000.070.010.70.11.样品量为0.5g时样品的检出限和特征浓度表7：检出限和特征浓度数据鲑鱼和沙丁鱼样品在消解前加入10ppb汞标准溶液，与未加标的样品比较计算回收率。加标浓度10ppb相当于0.5g一般的鱼类样品中浓度为2mg/kg，说明采用此方法定量分析的准确度完全能够满足当前法规的需要。加标回收率见表8和表9，实测浓度与理论加标浓度十分相符，回收率在100±6%范围内，显示了ThermoScientificiCE3000系列原子吸收光谱仪在样品消解和氢化物分析过程中良好的重现性和准确度。 ApplicationNote:40992样品理论浓度（mg/kg）实测浓度（mg/kg）回收率（%）沙丁鱼121.9397沙丁鱼222.08104沙丁鱼321.9195表8：三种不同沙丁鱼样品的理论浓度、实测浓度和加标回收率样品理论浓度（mg/kg）实测浓度（mg/kg）回收率（%）鲑鱼121.8994鲑鱼221.9497鲑鱼321.9999表9：三种不同鲑鱼样品的理论浓度、实测浓度和加标回收率同时，为了验证样品预处理、消解和分析过程的准确度，本实验还测定了三种不同DORM-2标准参考样品（表10）。这三种样品测定的准确度非常好，相对误差在±2%以内。样品理论浓度（mg/kg）实测浓度（mg/kg）回收率（%）DORM-214.64±0.264.5999DORM-224.64±0.264.5398DORM-234.64±0.264.5798表10：三种不同DORM-2标准样品的理论浓度、实测浓度和加标回收率结论本文展现了iCE3000系列原子吸收光谱仪与VP100氢化物发生附件联用在分析鱼类痕量汞方面优异的线性范围、稳定性和准确度。其极好的灵敏度和杰出的检出限可以轻易满足当前全球范围内相关法规的要求（表1）。VP100的快速高效使每个样品的分析只需要大约90秒。光谱仪和VP100可以完全由SOLLAAR软件来控制，使方法设置十分快速简单。这些特点使iCE3000系列原子吸收光谱仪成为筛选和分析鱼类样品中潜在汞污染的理想工具。参考文献1.UnitedNationsEnvironmentalProgramme(2002)GlobalMercuryAssessment,http://www.chem.unep.ch/MERCURY/Report/GMA-report-TOC.htm'