运用原子荧光分光光度法分析羽绒纤维中砷元素含量

摘要

运用微波消解及原子荧光分光光度法对鸭原羽绒和水洗羽绒中砷元素含量进行分析，探讨了原子荧光分光光度法检测羽绒纤维中砷元素含量的检测方法，得到了微波消解羽绒纤维的消解方法，试验结果表明原羽绒中砷元素含量较高，水洗羽绒中砷元素含量较低。

关键词：羽绒纤维；微波消解；原子荧光分光光度法；砷元素

1前言

服用羽毛羽绒纤维属于蛋白质纤维，是鸭、鹅家禽皮肤的衍生物，其生长过程无需添加任何有毒有害物质，具有天然的生态性能[1]。目前国内外关于羽毛羽绒纤维中微量元素含量及服用安全性能的研究和报道很少，本项目组成立以来积极探索研究羽毛羽绒中微量元素含量检测和安全服用性能。本文运用微波消解方法对羽绒纤维进行消解，采用原子荧光分光光度计对羽绒纤维中微量元素的含量进行检测，探索了原子荧光分光光度法检测羽绒纤维中砷元素含量的检测方法，得到了微波消解羽绒纤维的消解方法和工艺。这些研究结果为羽绒纤维的质量检验和安全使用提供了有价值的参考，为进一步研究分析羽绒纤维微量元素含量和服用安全性能奠定了基础。

2试验部分

2.1试验原理和方法

本实验用样品分两组，第一组样品经酸性汗液萃取处理，第二组样品经硝酸微波消解处理。处理后的样液中加入硫尿-抗坏血酸混合液，将五价砷还原为三价砷，再加入硼氢化钾溶液反应生成氢化砷，以氩气为载气、以盐酸溶液为载流将试样导入原子化器中原子化，在砷空心阴极灯的照射下，砷原子被激发发射出特征波长的荧光，其荧光强度与试样中的砷浓度成正比。样液的荧光强度与砷标准溶液系列曲线进行比较定量，进而分析羽绒纤维中砷元素含量。

2.2试验材料与仪器

试验样品：试验样品采用产地为浙江萧山、江苏、四川和江西的鸭羽绒，且为同批次的原羽绒和水洗羽绒。

试验用盐酸，硫酸，硝酸，硫尿，抗坏血酸，硼氢化钾均为优级纯，试验用水为去离子水。

酸性汗液：依据GB/T 3922―1995《纺织品耐汗渍色牢度试验方法》配制。

硼氢化钾溶液（0.1g/L）[2]：称取2 g氢氧化钠，用600 mL去离子水溶解，加入0.1 g硼氢化钾溶解后，加去离子水定容至1000 mL。

硫尿-抗坏血酸混合液[2]：分别称取2.0 g硫尿和2.0 g抗坏血酸，加水600 mL溶解后，加入10 mL65%~68%硝酸，用去离子水定容至1000 mL。

砷标准工作溶液（100µg/L）[2]：称取于硫酸干燥器中干燥至恒重的三氧化砷0.132 g，用100 g/L氢氧化钠溶液10 mL溶解后转移至1000 mL容量瓶中，加入50 mL硝酸后定容，得到100 mg/L的砷标准储备溶液。吸取1 mL砷标准储备溶液于1000 mL容量瓶中，定容得到浓度为100 µg/L的砷标准工作溶液。

仪器：AFS-3100双道原子荧光光度计（北京科创海光仪器有限公司）；MARS5微波消解仪(美国CEM公司）。

2.3样品的预处理

将羽绒样品放置于恒温恒湿室中调湿24 h，置于大拌样盘中，逐把铺匀、逐层铺平，用四角对分法反复缩量至200 g左右。从每种羽绒样品中抽取试样约30g置于玻璃容器中待用。

称取各羽绒试样2 g一式两份，精确至0.001 g，置于250 mL三角烧瓶中作为第一组试样待用；称取各羽绒试样0.3 g一式两份，精确至0.001 g，置于消解罐中作为第二组试样待用。

2.4样品的萃取与消解处理

2.4.1样品萃取液的制备

取第一组样品，分别加入100 mL酸性汗液，盖上瓶盖用力振摇直至羽绒全部浸润，置于恒温水浴振荡器(37±2)℃中振荡萃取60 min后取出，静置冷却至室温后过滤，吸取10 mL萃取液并加入10 mL硫尿-抗坏血酸，作为样品萃取液待测。

2.4.2样品消解液的制备

取第二组样品置于消解罐中，分别加入15 mL硝酸，用力振摇浸润全部羽绒，在室温下静置30 min，盖上消解罐盖运用微波消解。中档微波消解20 min，打开消解罐盖加入2 mL硫酸，于120℃下进行赶酸，赶酸至近干后加入硫尿-抗坏血酸定容至20 mL待测。

2.5仪器工作条件及测量条件

2.5.1仪器工作条件

选择仪器的光电倍增管负高压为300V，原子化器温度为200℃，原子化器高度为8 mm，灯电流60mA，载气量为400 mL/min，屏蔽气流量为800 mL/min。

2.5.2仪器测量条件

选择测量时的读数时间为2 s，延迟时间为2 s，测量方式为标准曲线，读数方式为峰面积。

2.6样品的测定

开机并设定仪器工作条件和测量条件，预热30 min，分别将砷标准溶液、样品空白和样品溶液倒入离心管中待测。以硼氢化钾为还原剂，以5%盐酸溶液为清洗剂，开启测量程序，仪器先自动测量标准溶液并绘制标准曲线，然后转入样品空白及样品溶液的测定。

3结果与讨论

3.1试验结果

使用双道原子荧光光度计测定各组羽绒样品中的砷元素含量，羽绒的种类及其砷元素含量见表1。

3.2回收率及标准偏差分析

原子荧光分光光度法测量羽绒中砷元素含量属于痕量测定，试验误差允许范围设为80%~120%。在羽绒样品中分别加入不同浓度的砷标准溶液，分析本试验方法砷元素测定的回收率如表2所示，回收率在92%~107%之间，说明本方法可行。

3.3讨论

1) 不同产地羽绒样品，原羽绒纤维中砷含量值较高，水洗羽绒纤维中砷元素含量值较低。这其中主要原因可能是鸭羽绒在生长过程中，从食物或周围环境中吸附微量元素并集聚于羽绒之中[3]，造成砷元素的沉淀，原羽绒中砷元素含量的高低一定程度反映了羽绒生长的环境状态。同一批次羽绒中水洗羽绒的砷含量远低于原羽绒纤维砷含量，这主要原因是羽绒在水洗后需经高温烘干，砷元素受热挥发了。

2) 同一批羽绒样品经酸性汗液萃取处理测定的砷元素含量值低于经硝酸消解处理测定的砷元素含量值。其中主要原因可能是砷元素以不同形态与羽绒纤维大分子结合，酸性汗液萃取仅将与羽绒大分子分子结合力较小的部分提取出来，而消解处理后则可测定出羽绒纤维中全部的砷元素含量。

3) 水洗羽绒在生产过程中经高温烘干，大部分砷原子受热挥发，但从测量数据看，有少数水洗羽绒仍有较高含量的砷，如样品2，这可能是羽绒清洗过程中使用了含有砷元素的化学试剂造成的。

4结论

1）原子荧光光度计采用不含有可形成氢化物的元素谱线设计而成的空心阴极灯作为光源，在测定样品过程中，既要保证有良好的灵敏度，又要保证有较高的准确性，因而要选择合适的灯电流和负高压等参数。经过试验证明，设定负高压为300V，原子化器温度为200℃，灯电流60mA，载气量为400 mL/min，读数时间为2 s，延迟时间为2 s，测量方式为标准曲线，读数方式为峰面积，可实现良好的检测。

2）羽绒纤维密度小，结构蓬松，因而试验样品用量不宜大，一般萃取时样品用量为1 g~2 g，消解时样品用量为0.1 g~0.3 g，并注意在加入试剂后充分振摇浸润。羽绒纤维主要由角蛋白质组成，在消解时会产生大量有机气体，故在消解时加入硝酸后需静置一段时间，让硝酸能够充分浸润羽绒纤维并排除部分气体，再放入消解仪中进行消解，将更加快速和安全。

3）羽绒纤维尤其是未经水洗的羽绒纤维可能含有较高含量的微量重金属元素，羽绒纤维的安全服用性能检测与分析需要进一步研究。

（作者单位：（国家羽绒制品质量监督检验中心（萧山））

参考文献:

[1]Borum D，Abernathy C．Human oral exposure to inorganic arsenic[J]．In：Arsenic Exposure and Health，Environmental Geochemistry and Health，1994(16)：21-30.

[2]GB/T 17593.4―2006《纺织品 重金属的测定》第4部分：砷、汞 原子荧光分光光度法[S].

[3]Xilong Wang, T. Sato, Baoshan Xing,etal. Health risks of heavy metals to the general public in Tianjin,China via consumption of vegetables and fish[J].Science of the Total Environment 2005,350,28-37.