手把手教你,如何测出大米中的砷

作者:蝌蚪君来源:蝌蚪五线谱发布时间:2017-03-08

整个实验“只”需要三步。

好久没跟大家做实验了。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  最近有篇名为《BBC警告:中国人最习惯的煮饭方法,竟然会吃进最多砒霜》的文章,在长辈们的朋友圈疯传。

  蝌蚪君从理论的角度做了辟谣,可以戳 →这里← 回顾。

  但是!!!仍然有些小伙伴表示没看懂。于是,蝌蚪君想方设法联系了位于北分瑞利的国家分析仪器质量监督检验中心,手把手给大家演示一下《如何机智如我地测出大米中的砷》

手把手教你,如何测出大米中的砷

  进入实验室之前,我们先思考一个问题:

  如果武松想要科学测量出武大郎服用砒霜的剂量,有哪些办法?

  1、 抽取武大郎的血液进行化验;

  2、 拔一根武大郎的头发进行测量;

  3、 盛一碗武大郎的饭进行测量;

  4、 亲自吃砒霜,对比中毒反应程度;

  ……

  没错,今天我们将尝试定量研究武大郎服用了多少砒霜(误),是研究大米中是否含有以及含有多少砷。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  那么这个实验该如何做呢?

  如果用筛子把大米筛一筛,砷就自动滤出来了,该有多好。

  当然不可能。

  我们需要借用一种“超级筛子”:原子荧光光谱仪。

  原理就是——通过测量荧光的强度来推断大米中砷的含量。

  说的酷炫一点,就是通过光来测量。

  可能有人搞不明白了,大米也不会发光,砒霜也不会发光,光从哪里来的?

手把手教你,如何测出大米中的砷

  没错,大米中的砷是微量元素,肉眼不可见。但是,我们可以用原子荧光光谱仪让砷发光,就好像萤火虫发出荧光一样,然后对比光的亮度,就知道砷的含量了!

手把手教你,如何测出大米中的砷

  现在你可能差不多已经明白了,那我们抓紧时间进行实验吧。

  检测大米中的砷,大致就是这么一个过程:大米样品制备→微波消解→原子荧光检测→测出了大米中的总砷

  仍然看不懂的同学,请听下文分解。

(以下图片均为蝌蚪君拍摄)

手把手教你,如何测出大米中的砷

  可别小瞧了这个外表质朴的国家分析仪器质量监督检验中心,里面聚集了很多分析仪器,有原子荧光光谱仪、原子吸收分光光度计、液相色谱仪等等。(此处省略500字)

手把手教你,如何测出大米中的砷

看起来颇有土豪版厨房的气派

手把手教你,如何测出大米中的砷

我们的实验就在这里进行

STEP1:取样

准备好碾碎的大米(见下面左图)↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

根据食品安全国家标准(食品中总砷与无机砷的测定)称出0.5g ↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

STEP2:微波消解

  不要以为微波消解就是放进微波炉煮熟了。它的真实目的是让样品通过一系列添加物加速反应。

  先把0.5g碾碎大米放入微波消解罐,用3个样品(每个微波消解罐里都有0.5g碾碎大米)与3个空白进行对照实验。

  没错,3个空白就是里面什么没有——这是为了搞笑的吗?

  显然不是。试想一下,如果萤火虫在霓虹灯下飞舞,你能看清吗?这个空白就相当于霓虹灯的背景光,也就是环境噪音,让你知道是在什么样的情况下才能发现萤火虫。

  这样与实际样品进行比较,扣除空白的荧光值,就是实际样品的荧光值。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  分别在6个微波消解罐中加入硝酸,把大米中的有机砷变成无机砷(无机砷中分为三价砷与五价砷,基本知识,不多解释)。

  还要强调一点,因为硝酸是强酸,比较危险,所以使用移液器来把硝酸从瓶子里取出来 ↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

  有同学可能会说,移液器不就是个滴管吗?非也!

  移液器哪里是普通的滴管,它是高级滴管

  移液器特点是定量很准,按一下吸出来的就是特定的体积,不会因为你手抖而不准。

手把手教你,如何测出大米中的砷

看!又稳又准!

加入硝酸后,大米变成了黄颜色 ↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

  最后给微波消解罐穿上“外衣”——这是一个聚四氟乙烯的塑料罐子,能把硝酸密封在罐子里不挥发出来,同时让微波穿透这个罐子给它加热,促进有机砷在加热情况下变成无机砷。

手把手教你,如何测出大米中的砷

穿好“衣服”之后的微波消解罐 ↓↓

(看起来很好吃的样子)

手把手教你,如何测出大米中的砷

把它们放入微波消解仪中消解 ↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

        仪器的显示屏上出现了微波加热功率曲线(横坐标:时间;纵坐标:功率),表示里面正在升温。

手把手教你,如何测出大米中的砷

整个工作过程类似家用微波炉,看起来还像是微波炉蒸米饭…

大约30分钟后,消解完成的样品变成了淡蓝色 ↓↓

(超神奇有没有,还记得原来是什么颜色吗?)

手把手教你,如何测出大米中的砷

  待冷却之后,脱去“外衣”放置电热板上赶酸——把里面多余的硝酸挥发掉。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  这时,再用移液器在3个碾碎大米样品和3个空白样品中加入硫脲(跟我读:[niào])+抗坏血酸,就可以把五价砷还原成三价砷。

  什么?我们费了半天劲,就是为了从一种砷变成另外一种砷?!

  当然是有原因的——因为三价砷比较容易被原子荧光光谱仪测,三价砷可以与三个氢结合成一种气态化合物——等下检测的时候就要用到这个氢化物。

手把手教你,如何测出大米中的砷

手把手教你,如何测出大米中的砷

  到这里,大米样品就已经制备好了。

手把手教你,如何测出大米中的砷

STEP3:原子荧光检测

  万事俱备了吗?且慢——

  我们还不知道测量的标准是什么呢?换句话说,我们需要知道一只标准的萤火虫发出的光亮到底有多强,才能计算出有几只萤火虫在飞舞。

  所以,为了测出大米中砷的准确含量,还需要用砷的标准溶液(下图)制作标准曲线 ↓↓

手把手教你,如何测出大米中的砷

  标准曲线就相当于天平的砝码,有了砝码才可以称出别的东西的重量。

  有了这个标准曲线,便可在仪器上测出大米中的荧光响应值,反推出砷的浓度。

  有了样品,有了砝码,终于可以称重了。

  且慢!

手把手教你,如何测出大米中的砷

  为了把砷导入到原子荧光光谱仪中进行浓度测量,还需要把砷变成气态氢化物。

  问题又来了:怎么把砷气化呢?

  在酸性环境中,使用硼氢化钾溶液与砷反应,就可以生成气态的氢化物(大致就是一个砷离子与三个氢离子组成一个分子)。

  然后,气态的氢化物才能进入原子荧光光谱仪中被测量。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  以上就是对总砷的实验检测过程。

手把手教你,如何测出大米中的砷

  但是,还没完。

  蝌蚪君说过:砷的形态对于毒性的判断更重要——因此我们还要区别有机砷与无机砷。

  这个实验过程与上面的实验过程稍微有所区别:要把大米用酸浸泡一晚上,提取上清液(里面含有砷),但不经过微波消解,而是放到液相色谱仪器中把有机砷与无机砷分离,再陆续地让它们依次进入到原子荧光光谱仪中进行测量,就可以区别出无机砷与有机砷各自的含量了。

  小伙伴们,看完实验,你们搞明白大米中的砷是怎么测出来的了吗?

手把手教你,如何测出大米中的砷

  可能有人还会追问:到底大米中砷的含量是多少呢?

  对此,蝌蚪君只想说:

手把手教你,如何测出大米中的砷

  而且,蝌蚪君还要提醒大家,即便是如此精准的测量,我们仍然无法言之凿凿地宣称“大米中普遍含有###的砷”,因为,还有很多随机变量需要一一排除,比如各种产地的大米就有千差万别,如果水稻田旁边有矿,可能含有砷等等……

  科学的思考就是这样:

手把手教你,如何测出大米中的砷

  最后,特别感谢北分瑞利应用支持部副部长周加才博士、高级工程师王传博、分析工程师渠淑萍、分析工程师张钰卓等大力支持 。

扫码加蝌蚪五线谱微信