一种测定米粉中无机砷含量的方法及消解离心装置与流程

本发明涉及农产品重金属检测技术领域，具体是涉及一种测定米粉中无机砷含量的方法及消解离心装置。

背景技术：

在环境和生态系统中，砷具有多种形态，其中无机砷对人体具有致癌性。暴露于无机砷往往会引起黑色素沉着、皮肤角质化以及一些器官如皮肤、肾、肺、肝等癌变。虽然砷总量测定很重要，但由于不同形态砷，毒性不一，因此对砷形态分析对精确的环境污染和人体健康风险评价具有重大意义。

测定砷形态有很多方法，其中液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法最为普遍。2014年，国家颁布了食品中总砷及无机砷的测定方法(GB5009.11-2014)。该法描述了液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定无机砷的方法，该法的流动相组成为10mmol/L无水乙酸钠、3mmol/L硝酸钾、10mmol/L磷酸二氢钠、0.2mmol/L乙二胺四乙酸二钠的缓冲液，氨水调节pH为10：无水乙醇＝99:1。该法的流动相组成较为复杂，且包含多种非挥发性的盐成分，易造成管道堵塞，且还使用有机试剂无水乙醇，对仪器具有较大损害。本发明采用磷酸二氢铵溶液作为流动相，降低了流动相的配制难度，且能较好的保护仪器。

现有技术中，测量农产品中无机砷含量的测定方法，都是操作人员一步一步进行分步操作，先将大米粉预处理，需要人员进行消解、摇晃等操作，离心、监测过程中也需要操作人员进行操作，而无机砷往往具有毒性，操作人员长时间接触会对操作人员健康产生威胁，消解一般需要加热，而加热后的离心管用手进行摇晃，可能会烫伤操作人员。所以设计一种自动化，无需操作人员全程操作的自动化检测装置具有十分重大的意义和十分广阔的前景。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供的解决技术方案是提供一种测定米粉中无机砷含量的方法及消解离心装置。

本发明的技术方案是：一种测定米粉中无机砷含量的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：

(1)无机砷提取：

a、取GBW(E)100349、GBW(E)100352、GBW(E)100361三种大米成分分析标准物质，每种大米做三个平行组，将每组大米使用烘干机在70℃温度下烘干1.5h，然后使用研磨机研碎，过100目筛后各称取1g大米粉，分别加入50ml离心管中，加超纯水定容至5ml，关闭离心管盖放置在消解离心装置的试管槽内，利用摇晃装置摇晃离心管30s，然后静置5min，将大米粉碎至100目以下，可以提高其提取效率，实用超纯水定容可以避免水中的杂质对检测结果造成影响；

b、打开离心管盖向离心管内添加碱性溶液，调节离心管内溶液pH为8-9，关闭离心管盖开启摇晃装置摇晃离心管30s，调节离心管内溶液pH，为碱性蛋白酶提供一个适宜的生存环境；

c、打开离心管盖，向离心管内加入10mlNovo蛋白酶浓度为20-30％的碱性蛋白酶溶液，关闭离心管盖后继续摇晃离心管30s，现有技术中都是采用酸对大米粉进行消解，而无机砷还溶于热碱溶液，本发明采用的Novo蛋白酶溶液提取相对于单纯使用酸提取的提取效率高80％；

d、静置5min后，利用加热导丝对离心管40℃预热30min，每5min摇晃离心管30s，然后85℃加热2h，冷却至室温，加热和摇晃促使其消解速度变快；

e、打开离心管盖，加入酸性溶液，调节离心管内溶液pH为6.8-7.2，加入15ml1％浓度硝酸，关闭离心管盖，90℃加热2.5h，每30min摇晃离心管30s，冷却后得到提取液，使用蛋白酶溶液消解完成后，有一部分无机砷还没有被提取出来，这一部分无机砷是不溶于蛋白酶溶液的，所以二次添加硝酸溶液消解，消解更彻底；

(2)提取液离心过滤：

a、将步骤(1)得到的提取液先各自通入氮气曝气1min，静置10min，打开离心电机，将反应混合物以6000r/min的转速离心13-17分钟，离心后各取上清液1ml，离心之前通入氮气，排出提取液中的氧气，避免在离心过程中氧气与化学物质反应，影响检测结果；

b、将取得的上清液分别通过0.45μm聚四氟乙烯滤膜，过滤后得到的溶液即为样品溶液；

(3)使用液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪检测：

a、标准溶液的配制：取无机砷标准储备溶液，用1％的硝酸溶液逐级稀释至浓度分别为1.0，2.0，5.0ppb的标准工作液，利用标准溶液的检测结果与工作液溶液进行对比参照；

b、使用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪检测标准工作液和经提取过滤后的样品溶液；

(4)结果分析：根据称取的米粉重量及检测出提取液的浓度，按下面公式计算出米粉样品中无机砷的含量；

其中，W为米粉无机砷含量,单位为mg/kg；c₁为提取液中三价砷浓度,单位为μg/L；c₂为提取液中五价砷浓度，单位为μg/L；V为提取液定容体积，单位为mL；m为称取米粉的质量，单位为g。

进一步地，所述步骤(3)中液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪主要工作参数为：色谱柱：Hamilton PRP-X100(150×4.1mm)，流动相：30mM磷酸二氢铵，pH调至5.6，流速：0.8ml/min，进样体积：153μL,蠕动泵速：60rpm，扫描次数：50次，重复测量次数：2次，雾室温度：2.7℃，雾化器流量1.03l/min，等离子体炬功率：1548.6W，冷却气流量：14l/min，冷却水流量：3.5l/min。

进一步地，所述步骤(1)b中的碱性溶液具体为：0.1mol/L的氢氧化钠溶液，0.1mol/L的氢氧化钠溶液可以将离心管内的溶液pH调节至适合碱性蛋白酶生存的pH范围，加快碱性蛋白酶消解速率。

进一步地，所述步骤(1)e中的酸性溶液具体为：浓度13％的稀盐酸溶液，浓度13％的稀盐酸溶液可以将离心管内的溶液调节至中性，避免硝酸消解液被碱性溶液中和，导致消解不彻底。

进一步地，所述步骤(1)中使用的消解离心装置主要包括外壳、内腔、离心电机、支撑装置和摇晃装置，所述内腔通过弹簧组一和弹簧组二连接在外壳的内壁上，内腔包括试管槽和限位加热装置，所述试管槽位于内腔的上部，试管槽包括离心管槽、加热导丝和限位孔一，所述离心管槽共有九个，呈正方形矩阵等距设在试管槽上，所述加热导丝安装在离心管槽的四周，所述限位孔一设置在试管槽的底部中心位置，限位孔一与所述限位加热装置的液压升降杆一顶端连接，限位加热装置设置在试管槽的下方，用于限制试管槽的移动和对加热导丝进行通电，所述离心电机安装在内腔的右侧外壁上，且通过转轴与试管槽连接，所述内腔的底部中心位置还设有限位孔二，用于连接所述支撑装置，所述支撑装置通过液压升降杆二连接限位孔二来对内腔进行支撑固定，所述内腔底部右侧设有摇晃杆，所述摇晃杆与所述摇晃装置连接，摇晃装置包括电机、连接杆一和连接杆二，所述电机设置在外壳的右下角，所述连接杆一的一端与电机的旋转轴固定连接，另一端与所述连接杆二活动连接，所述连接杆二的另一端与所述摇晃杆固定连接，所述摇晃装置上方还设置有控制箱，所述控制箱分别与离心电机、限位加热装置、支撑装置和摇晃装置连接，所述外壳左下角还安装有电源箱，所述电源箱分别与控制箱、离心电机、限位加热装置、支撑装置和摇晃装置电性连接，所述消解离心装置可以实现离心管的机械摇晃，避免了操作人员耗费时间摇晃离心管，并且使用消解离心装置摇晃更加均匀，同时离心电机可以在消解完成后直接进行离心操作，方便快捷。

进一步地，所述摇晃装置的电机转速为200r/min，200r/min的转速可以保证离心管内溶液摇晃均匀。

一种消解离心装置的工作方法包括以下步骤：

步骤一、消解

关闭离心管盖，将离心管分别放入离心管槽内，液压升降杆一上升至限位孔一，液压升降杆二下降，限位加热装置对加热导丝通电，对离心管进行加热，摇晃装置按设定的时间段开启，电机通过连接杆一、连接杆二带动摇晃杆，对内腔内的离心管进行摇晃；

步骤二、离心

待内腔静止后，液压升降杆一下降，液压升降杆二上升至限位孔二，离心电机开启，利用转轴带动试管槽进行离心操作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种测定米粉中无机砷含量的方法，将大米粉碎后过100目筛，依次加入蛋白酶溶液和硝酸溶液对其进行消解，利用无机砷不溶于水、碱液、多数有机溶剂，溶于硝酸、热碱液的特性，使其消解更加彻底，其提取效率是单纯使用酸提取效率的180％，检测结果更加准确，同时本发明提供了一种消解离心装置，针对消解过程中需要反复摇匀、加热，提供了一种具有自动摇匀、自动加热，同时兼具离心功能的消解离心装置，节省了工作人员大量的工作和时间，同时温度控制更加准确，检测结果也更加准确。总之，本发明具有方法先进、检测灵敏度高、检测结果准确、配套装置结构新颖、功能齐全等优点。

附图说明

图1是本发明消解离心装置的整体结构示意图；

图2为本发明的方法流程图；

图3为低浓度(0.5μg/L)无机砷响应图(第一个峰为三价砷，第二个峰为五价砷)；

图4为大米粉成分分析标准物质(GBW(E)100352)提取液响应图。

其中，1-外壳、2-内腔、21-试管槽、22-离心管槽、23-加热导丝、24-限位孔一、3-离心电机、31-转轴、4-限位加热装置、41-液压升降杆一、5-支撑装置、51-液压升降杆二、52-限位孔二、6-摇晃装置、61-电机、62-连接杆一、63-连接杆二、7-电源箱、8-控制箱。

具体实施方式

为便于对本发明技术方案的理解，下面结合附图1-2和具体实施例对本发明做进一步的解释说明，实施例并不构成对本发明保护范围的限定。

实施例1

如图2所示，一种测定米粉中无机砷含量的方法，主要包括以下步骤：

(1)无机砷提取：

a、取GBW(E)100349、GBW(E)100352、GBW(E)100361三种大米成分分析标准物质，每种大米做三个平行组，将每组大米使用烘干机在70℃温度下烘干1.5h，然后使用研磨机研碎，过100目筛后各称取1g大米粉，分别加入50ml离心管中，加超纯水定容至5ml，关闭离心管盖放置在消解离心装置的试管槽21内，利用摇晃装置6摇晃离心管30s，然后静置5min；

b、打开离心管盖向离心管内添加浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，调节试管内溶液pH为8，关闭离心管盖开启摇晃装置6摇晃离心管30s；

c、打开离心管盖，向离心管内加入10mlNovo蛋白酶浓度为20-30％的碱性蛋白酶溶液，关闭离心管盖后继续摇晃离心管30s；

d、静置5min后，利用加热导丝对离心管40℃预热30min，每5min摇晃离心管30s，然后85℃加热2h，冷却至室温；

e、打开离心管盖，加入浓度为13％的稀盐酸溶液，调节离心管内溶液pH为6.8，加入15ml1％浓度硝酸，关闭离心管盖，90℃加热2.5h，每30min摇晃离心管30s，冷却后得到提取液；

(2)提取液离心过滤：

a、将步骤(1)得到的提取液先各自通入氮气曝气1min，静置10min，打开离心电机3，将反应混合物以6000r/min的转速离心13分钟，离心后各取上清液1ml；

b、将取得的上清液分别通过0.45μm聚四氟乙烯滤膜，过滤后得到的溶液即为样品溶液；

(3)使用液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪检测：

a、标准溶液的配制：取无机砷标准储备溶液，用1％的硝酸溶液逐级稀释至浓度分别为1.0，2.0，5.0ppb的标准工作液；

b、使用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪检测标准工作液和经提取过滤后的样品溶液，液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪主要工作参数为：色谱柱：Hamilton PRP-X100(150×4.1mm)，流动相：30mM磷酸二氢铵，pH调至5.6，流速：0.8ml/min，进样体积：153μL,蠕动泵速：60rpm，扫描次数：50次，重复测量次数：2次，雾室温度：2.7℃，雾化器流量1.03l/min，等离子体炬功率：1548.6W，冷却气流量：14l/min，冷却水流量：3.5l/min。；

(4)结果分析：根据称取的米粉重量及检测出提取液的浓度，按下面公式计算出米粉样品中无机砷的含量；

其中，W为米粉无机砷含量,单位为mg/kg；c₁为提取液中三价砷浓度,单位为μg/L；c₂为提取液中五价砷浓度，单位为μg/L；V为提取液定容体积，单位为mL；m为称取米粉的质量，单位为g。

实施例2

如图2所示，一种测定米粉中无机砷含量的方法，主要包括以下步骤：

(1)无机砷提取：

a、取GBW(E)100349、GBW(E)100352、GBW(E)100361三种大米成分分析标准物质，每种大米做三个平行组，将每组大米使用烘干机在70℃温度下烘干1.5h，然后使用研磨机研碎，过100目筛后各称取1g大米粉，分别加入50ml离心管中，加超纯水定容至5ml，关闭离心管盖放置在消解离心装置的试管槽21内，利用摇晃装置6摇晃离心管30s，然后静置5min；

b、打开离心管盖向离心管内添加浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，调节试管内溶液pH为8.5，关闭离心管盖开启摇晃装置6摇晃离心管30s；

c、打开离心管盖，向离心管内加入10mlNovo蛋白酶浓度为25％的碱性蛋白酶溶液，关闭离心管盖后继续摇晃离心管30s；

d、静置5min后，利用加热导丝对离心管40℃预热30min，每5min摇晃离心管30s，然后85℃加热2h，冷却至室温；

e、打开离心管盖，加入浓度为13％的稀盐酸溶液，调节离心管内溶液pH为7.0，加入15ml1％浓度硝酸，关闭离心管盖，90℃加热2.5h，每30min摇晃离心管30s，冷却后得到提取液；

(2)提取液离心过滤：

a、将步骤(1)得到的提取液先各自通入氮气曝气1min，静置10min，打开离心电机3，将反应混合物以6000r/min的转速离心15分钟，离心后各取上清液1ml；

b、将取得的上清液分别通过0.45μm聚四氟乙烯滤膜，过滤后得到的溶液即为样品溶液；

(3)使用液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪检测：

a、标准溶液的配制：取无机砷标准储备溶液，用1％的硝酸溶液逐级稀释至浓度分别为1.0，2.0，5.0ppb的标准工作液；

b、使用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪检测标准工作液和经提取过滤后的样品溶液，液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪主要工作参数为：色谱柱：Hamilton PRP-X100(150×4.1mm)，流动相：30mM磷酸二氢铵，pH调至5.6，流速：0.8ml/min，进样体积：153μL,蠕动泵速：60rpm，扫描次数：50次，重复测量次数：2次，雾室温度：2.7℃，雾化器流量1.03l/min，等离子体炬功率：1548.6W，冷却气流量：14l/min，冷却水流量：3.5l/min。；

(4)结果分析：根据称取的米粉重量及检测出提取液的浓度，按下面公式计算出米粉样品中无机砷的含量；

其中，W为米粉无机砷含量,单位为mg/kg；c₁为提取液中三价砷浓度,单位为μg/L；c₂为提取液中五价砷浓度，单位为μg/L；V为提取液定容体积，单位为mL；m为称取米粉的质量，单位为g。

实施例3

如图2所示，一种测定米粉中无机砷含量的方法，主要包括以下步骤：

(1)无机砷提取：

a、取GBW(E)100349、GBW(E)100352、GBW(E)100361三种大米成分分析标准物质，每种大米做三个平行组，将每组大米使用烘干机在70℃温度下烘干1.5h，然后使用研磨机研碎，过100目筛后各称取1g大米粉，分别加入50ml离心管中，加超纯水定容至5ml，关闭离心管盖放置在消解离心装置的试管槽21内，利用摇晃装置6摇晃离心管30s，然后静置5min；

b、打开离心管盖向离心管内添加浓度为0.1mol/L的氢氧化钠溶液，调节试管内溶液pH为9，关闭离心管盖开启摇晃装置6摇晃离心管30s；

c、打开离心管盖，向离心管内加入10mlNovo蛋白酶浓度为30％的碱性蛋白酶溶液，关闭离心管盖后继续摇晃离心管30s；

d、静置5min后，利用加热导丝对离心管40℃预热30min，每5min摇晃离心管30s，然后85℃加热2h，冷却至室温；

e、打开离心管盖，加入浓度为13％的稀盐酸溶液，调节离心管内溶液pH为7.2，加入15ml1％浓度硝酸，关闭离心管盖，90℃加热2.5h，每30min摇晃离心管30s，冷却后得到提取液；

(2)提取液离心过滤：

a、将步骤(1)得到的提取液先各自通入氮气曝气1min，静置10min，打开离心电机3，将反应混合物以6000r/min的转速离心17分钟，离心后各取上清液1ml；

b、将取得的上清液分别通过0.45μm聚四氟乙烯滤膜，过滤后得到的溶液即为样品溶液；

(3)使用液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪检测：

a、标准溶液的配制：取无机砷标准储备溶液，用1％的硝酸溶液逐级稀释至浓度分别为1.0，2.0，5.0ppb的标准工作液；

b、使用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用仪检测标准工作液和经提取过滤后的样品溶液，液相色谱-电感耦合离子体质谱联用仪主要工作参数为：色谱柱：Hamilton PRP-X100(150×4.1mm)，流动相：30mM磷酸二氢铵，pH调至5.6，流速：0.8ml/min，进样体积：153μL,蠕动泵速：60rpm，扫描次数：50次，重复测量次数：2次，雾室温度：2.7℃，雾化器流量1.03l/min，等离子体炬功率：1548.6W，冷却气流量：14l/min，冷却水流量：3.5l/min。；

(4)结果分析：根据称取的米粉重量及检测出提取液的浓度，按下面公式计算出米粉样品中无机砷的含量；

其中，W为米粉无机砷含量,单位为mg/kg；c₁为提取液中三价砷浓度,单位为μg/L；c₂为提取液中五价砷浓度，单位为μg/L；V为提取液定容体积，单位为mL；m为称取米粉的质量，单位为g。

如图1所示，一种测定米粉中无机砷含量的方法中使用的消解离心装置，主要包括外壳1、内腔2、离心电机3、支撑装置5和摇晃装置6，内腔2通过弹簧组一11和弹簧组二12连接在外壳1的内壁上，内腔2包括试管槽21和限位加热装置4，试管槽21位于内腔2的上部，试管槽21包括离心管槽22、加热导丝23和限位孔一24，离心管槽22共有九个，呈正方形矩阵等距设在试管槽21上，加热导丝23安装在离心管槽22的四周，限位孔一24设置在试管槽21的底部中心位置，限位孔一24与限位加热装置4的液压升降杆一41顶端连接，限位加热装置4设置在试管槽21的下方，用于限制试管槽21的移动和对加热导丝23进行通电，离心电机3安装在内腔2的右侧外壁上，且通过转轴31与试管槽2连接，内腔2的底部中心位置还设有限位孔二52，用于连接支撑装置5，支撑装置5通过液压升降杆二51连接限位孔二52来对内腔2进行支撑固定，内腔2底部右侧设有摇晃杆13，摇晃杆13与摇晃装置6连接，摇晃装置6包括电机61、连接杆一62和连接杆二63，电机61设置在外壳1的右下角，电机61转速为200r/min，连接杆一62的一端与电机61的旋转轴固定连接，另一端与连接杆二63活动连接，连接杆二63的另一端与摇晃杆13固定连接，摇晃装置6上方还设置有控制箱8，控制箱8分别与离心电机3、限位加热装置4、支撑装置5和摇晃装置6连接，外壳1左下角还安装有电源箱7，电源箱7分别与控制箱8、离心电机3、限位加热装置4、支撑装置5和摇晃装置6电性连接。

实施例1-3中的一种消解离心装置的工作方法包括以下步骤：

步骤一、消解

关闭离心管盖，将离心管分别放入离心管槽22内，液压升降杆一41上升至限位孔一24，液压升降杆二51下降，限位加热装置4对加热导丝23通电，对离心管进行加热，摇晃装置6按设定的时间段开启，电机61通过连接杆一62、连接杆二63带动摇晃杆13，对内腔2内的离心管进行摇晃；

步骤二、离心

待内腔2静止后，液压升降杆一41下降，液压升降杆二51上升至限位孔二52，离心电机3开启，利用转轴31带动试管槽2进行离心操作。

根据上述实施例提供的一种测定米粉中无机砷含量的方法及消解离心装置检测，结果如表1所示，

表1使用本发明方法对三种大米粉成分分析标准物质的检测结果

由以上表1和附图3-4的结果对比可见，本发明的方法检测得到的数据在标准值不确定度范围内，且与标准值接近，重复性好，相对标准偏差均在4％以下。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。