手把手做實驗！如何機智如我地測出大米中的砷

好久沒跟大家做實驗了。

最近有篇名為《BBC警告：中國人最習慣的煮飯方法，竟然會吃進最多砒霜》的文章，在長輩們的朋友圈瘋傳。

蝌蚪君從理論的角度做了闢謠，可以翻看「米飯中的砷真的等於砒霜嗎？」進行回顧。

但是！！！仍然有些小夥伴表示沒看懂。於是，蝌蚪君想方設法聯繫了位於北分瑞利的國家分析儀器質量監督檢驗中心，手把手給大家演示一下《如何機智如我地測出大米中的砷》。

進入實驗室之前，我們先思考一個問題：

如果武松想要科學測量出武大郎服用砒霜的劑量，有哪些辦法？

1、抽取武大郎的血液進行化驗；

2、拔一根武大郎的頭髮進行測量；

3、盛一碗武大郎的飯進行測量；

4、親自吃砒霜，對比中毒反應程度；

……

沒錯，今天我們將嘗試定量研究武大郎服用了多少砒霜（誤），是研究大米中是否含有以及含有多少砷。

那麼這個實驗該如何做呢？

如果用篩子把大米篩一篩，砷就自動濾出來了，該有多好。

當然不可能。

我們需要借用一種「超級篩子」：原子熒光光譜儀。

原理就是——通過測量熒光的強度來推斷大米中砷的含量。

說的酷炫一點，就是通過光來測量。

可能有人搞不明白了，大米也不會發光，砒霜也不會發光，光從哪裡來的？

沒錯，大米中的砷是微量元素，肉眼不可見。但是，我們可以用原子熒光光譜儀讓砷發光，就好像螢火蟲發出熒光一樣，然後對比光的亮度，就知道砷的含量了！

現在你可能差不多已經明白了，那我們抓緊時間進行實驗吧。

（以上已經啰嗦了1000字）

檢測大米中的砷，大致就是這麼一個過程：大米樣品製備微波消解原子熒光檢測測出了大米中的總砷。

仍然看不懂的同學，請聽下文分解。

（以下圖片均為蝌蚪君拍攝）

可別小瞧了這個外表質樸的國家分析儀器質量監督檢驗中心，裡面聚集了很多分析儀器，有原子熒光光譜儀、原子吸收分光光度計、液相色譜儀等等。（此處省略500字）

看起來頗有土豪版廚房的氣派

我們的實驗就在這裡進行

STEP1：取樣

準備好碾碎的大米（見下面左圖）

根據食品安全國家標準（食品中總砷與無機砷的測定）

稱出0.5g

STEP2：微波消解

不要以為微波消解就是放進微波爐煮熟了。它的真實目的是讓樣品通過一系列添加物加速反應。

先把0.5g碾碎大米放入微波消解罐，用3個樣品（每個微波消解罐里都有0.5g碾碎大米）與3個空白進行對照實驗。

沒錯，3個空白就是裡面什麼沒有——這是為了搞笑的嗎？

顯然不是。試想一下，如果螢火蟲在霓虹燈下飛舞，你能看清嗎？這個空白就相當於霓虹燈的背景光，也就是環境噪音，讓你知道是在什麼樣的情況下才能發現螢火蟲。

這樣與實際樣品進行比較，扣除空白的熒光值，就是實際樣品的熒光值。

分別在6個微波消解罐中加入硝酸，把大米中的有機砷變成無機砷（無機砷中分為三價砷與五價砷，基本知識，不多解釋）。

還要強調一點，因為硝酸是強酸，比較危險，所以使用移液器來把硝酸從瓶子里取出來

有同學可能會說，移液器不就是個滴管嗎？非也！

移液器哪裡是普通的滴管，它是高級滴管。

移液器特點是定量很准，按一下吸出來的就是特定的體積，不會因為你手抖而不準。

看！又穩又准！

加入硝酸後，大米變成了黃顏色

最後給微波消解罐穿上「外衣」——這是一個聚四氟乙烯的塑料罐子，能把硝酸密封在罐子里不揮發出來，同時讓微波穿透這個罐子給它加熱，促進有機砷在加熱情況下變成無機砷。

穿好「衣服」之後的微波消解罐

（看起來很好吃的樣子）

把它們放入微波消解儀中消解

儀器的顯示屏上出現了微波加熱功率曲線（橫坐標：時間；縱坐標：功率），表示裡面正在升溫。

整個工作過程類似家用微波爐

看起來還像是微波爐蒸米飯…

大約30分鐘後，消解完成的樣品變成了淡藍色

（超神奇有沒有，還記得原來是什麼顏色嗎？）

待冷卻之後，脫去「外衣」放置電熱板上趕酸——把裡面多餘的硝酸揮發掉。

這時，再用移液器在3個碾碎大米樣品和3個空白樣品中加入硫脲（跟我讀：[niào]）+抗壞血酸，就可以把五價砷還原成三價砷。

什麼？我們費了半天勁，就是為了從一種砷變成另外一種砷？！

當然是有原因的——因為三價砷比較容易被原子熒光光譜儀測，三價砷可以與三個氫結合成一種氣態化合物——等下檢測的時候就要用到這個氫化物。

到這裡，大米樣品就已經製備好了。

STEP3：原子熒光檢測

萬事俱備了嗎？且慢——

我們還不知道測量的標準是什麼呢？換句話說，我們需要知道一隻標準的螢火蟲發出的光亮到底有多強，才能計算出有幾隻螢火蟲在飛舞。

所以，為了測出大米中砷的準確含量，還需要用砷的標準溶液（下圖）製作標準曲線

標準曲線就相當於天平的砝碼，有了砝碼才可以稱出別的東西的重量。

有了這個標準曲線，便可在儀器上測出大米中的熒光響應值，反推出砷的濃度。

有了樣品，有了砝碼，終於可以稱重了。

且慢！

為了把砷導入到原子熒光光譜儀中進行濃度測量，還需要把砷變成氣態氫化物。

問題又來了：怎麼把砷氣化呢？

在酸性環境中，使用硼氫化鉀溶液與砷反應，就可以生成氣態的氫化物（大致就是一個砷離子與三個氫離子組成一個分子）。

然後，氣態的氫化物才能進入原子熒光光譜儀中被測量。

以上就是對總砷的實驗檢測過程。

但是，還沒完。

蝌蚪君說過：砷的形態對於毒性的判斷更重要——因此我們還要區別有機砷與無機砷。

這個實驗過程與上面的實驗過程稍微有所區別：要把大米用酸浸泡一晚上，提取上清液（裡面含有砷），但不經過微波消解，而是放到液相色譜儀器中把有機砷與無機砷分離，再陸續地讓它們依次進入到原子熒光光譜儀中進行測量，就可以區別出無機砷與有機砷各自的含量了。

小夥伴們，看完實驗，你們搞明白大米中的砷是怎麼測出來的了嗎？

可能有人還會追問：到底大米中砷的含量是多少呢？

對此，蝌蚪君只想說：

而且，蝌蚪君還要提醒大家，即便是如此精準的測量，我們仍然無法言之鑿鑿地宣稱「大米中普遍含有###的砷」，因為，還有很多隨機變數需要一一排除，比如各種產地的大米就有千差萬別，如果水稻田旁邊有礦，可能含有砷等等……

科學的思考就是這樣：

最後，特別感謝北分瑞利應用支持部副部長周加才博士、高級工程師王傳博、分析工程師渠淑萍、分析工程師張鈺卓等大力支持 。

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