有机砷样品300℃高温消解神器：博澳超级微波消解仪
1. 引言
砷在自然界中以多种形态存在，包括无机砷（如亚砷酸盐、砷酸盐等）和有机砷（如砷甜菜碱、砷胆碱、砷糖等）。例如，在海洋中，砷可通过藻类吸收→食物链传递→生物转化等方式富集于各种海洋生物，最终通过饮食等途径进入人体，经血液分布至全身，可引发神经系统、消化系统、呼吸系统和免疫系统等组织学不同程度的紊乱。因此，在包括海产品在内的各类食品安全监测中，砷的形态和总砷分析备受关注。然而，由于有机砷分子的C-As键非常稳定，且样品种类（基体）复杂多样，即使在强酸环境下也很难将样品中的有机砷完全分解转化为无机形态的砷化物。此时，样品总砷含量只能以电感耦合等离子质谱法（ICP-MS）进行测定，而不能以氢化物发生-原子荧光光谱法（HG-AFS）进行测定。
图1 国标（GB 5009.11-2024）规定的前处理方法（节选）
在国标《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定方法（GB 5009.11 2024）》中，规定的样品前处理方法共有4种，即湿法消解、干灰化法、微波消解法及压力罐消解法（图1）。可见，所有这些消解方法均存在溶剂使用种类多且用量大、操作繁琐耗时、不适于高含量有机砷，而且还要考虑样品基体或种类（如动物性或植物性）等等不足。但这些方法也表明，采用较高温度（280℃~300℃）进行消解，或可最大程度地将有机砷的转化为无机砷，并采用HG-AFS准确测定食品中的总砷或无机砷含量。
基于以上国标所规定的各种方法及其启示，本工作尝试采用博澳公司最新研发的全新一代超级微波消解仪（300℃下持续稳定运行1小时以上），从而实现各类样品中有机砷的完全消解，达到彻底克服现有消解方法缺陷之目的。
2. 实验部分
2.1 实验仪器
（1）消解仪器：超级微波消解仪（SUPERMATE系列，广东博澳科学仪器有限公司）。该仪器通过耐温耐腐材料的优选和改性，以及特别的工艺设计，将超级微波消解技术和仪器所有性能发挥至极致！尤其是该仪器具有300℃高温下维持长时间消解的功能（图2）。
图2 博澳超级微波消解/萃取仪
（2）分析检测仪器：电感耦合等离子体质谱仪（ICPMS）和氢化物发生-原子荧光光谱仪（HG-AFS）。
2.2 实验样品与试剂
（1）样品：紫菜粉、鳕鱼肉粉、牡蛎粉。
（2）消解试剂：浓硝酸和浓硫酸
2.3 实验步骤*
（1）分别准确称取0.3 g（准确至0.001）紫菜粉、鳕鱼肉粉和牡蛎粉各三份平行样品于12 mL石英样品管，置于耐高温样品架上，依次加入一定体积的浓硝酸和浓硫酸（共约6 mL），随后将样品管架装载于腔盖上；
（2）开启电源，设置消解参数（温度/升温速率、氮气预充压力、消解时间等，其中温度设置为300℃并保温1小时），点击屏幕，完成样品装载、合盖和预充压等操作；一切准备就绪后，点击“启动”正式开始消解；
（3）消解结束后，仪器按设置参数自动完成冷却、泄压、泄压和开盖取样等操作；
（4）稀释定容后，分别用ICP-MS及HG-AFS测量各消解后样液中的砷含量；
*将最终消解温度分别设置为260℃、280℃和300℃，消解时间均为60 min。按以上（1-4）操作步骤重复进行。
3. 结果与讨论
因为ICP-MS仪器的超强原子化效率，其测定值与有机砷是否完全消解无关，因此，其测定值为包括无机砷和未消解有机砷在内的总砷含量，而HG-AFS只能测定消解后的无机砷。因此，HG-AFS测定值与ICP-MS测定值的比值即为消解转化率（%）。表1 给出了260-300℃间三个不同温度条件下3种样品的消解转化效率。
表1不同温度消解样品后的总砷测定结果（ppm）及转化率（%）
从表1可以看出，在达到300℃的消解温度时，可实现所有样品中从有机砷到无机砷的完全消解或转化（97-106%），且与样品类别或基体（动物性和植物性）无关；但当消解温度降至280℃时，一些动物性如鳕鱼肉的消解效率也会降至67%，而温度进一步降至260℃时，所有样品有机砷的转化率均出现明显降低（55-81%）。该结果充分表明，有机砷的消解效率主要取决于消解温度，其次还与样品种类或基体有关。
4. 主要结论
（1）温度是决定有机砷消解效率的决定性因素：只有当消解温度达到300℃并保持1小时，才能实现所有类型样品中有机砷的完全消解转化，并以HG-AFS法进行总砷的准确定量分析；而当温度低于300℃时，样品类型或基体会影响消解效率（如280℃），甚至任何样品的消解转化都不完全（如260℃）；
（2）博澳超级微波消解仪具有强大的高温消解性能：该仪器可在300℃下稳定运行1小时以上，能够100%消解任何富含有机砷样品，并以HG-AFS准确测定样品总砷含量，满足实验室尤其是基层实验室食品检测的需要。
超级微波消解仪主要用于各类样品中无机和有机组分的快速、高效消解和萃取，是各类原子光谱、分子光谱、色谱及质谱等分析检测仪器必备的、最为有效的样品前处理设备之一。
与传统微波消解仪相比，博澳超级微波消解/萃取系统（图3）的特点：
图3 博澳SUPERMATE系列超级微波消解仪
（1）样品消解更均匀：所有样品处于同一反应腔内（Single Reaction Chamber, SRC），所受压力和温度完全一致，完美解决了同批次多个样品处理的非均匀性问题，甚至可同时处理不同类型或基质的样品。
（2）更高的消解能力：反应腔体为不锈钢材质，可耐受更高压力（max. 20MPa）并获得更高温度（max. 300oC），因而具有极高的消解能力，可处理很多极难消解的样品；
（3）样品管选择更加多样：置于高压单反应腔内的样品管（半密封），因其管内和管外的压力相同，即样品管材质并无耐压要求。可根据分析要求，选择玻璃、石英或PTFE等不同材质的样品管，极大地降低了使用成本；
（4）极高的批处理效率：根据样品管体积，一次可处理1-70个样品。
（5）无需“预处理”（消解前）：高压反应腔体积较大（3.5 L），加热消解产生的气体不会引起腔内压力瞬间过载，即消解前无须进行“预处理”；
（6）无需赶酸操作（消解后）：酸的用量较小（空白干扰小），多数情况下消解完成后无需进一步的赶酸操作；
（7）操作更为便捷：样品装卸非常简单，样品冷却和泄压更快捷，极大节省人力和时间成本；
（8）安全且环境更友好：使用耐高温高压且密封的不锈钢反应腔，以及较少的酸用量，确保操作人员安全和健康；
（9）应用更为广泛：理论上几乎可消解任何类型的样品，并可用于样品的快速高效有机萃取。
