儀器聯用技術在硒的形態分析中的應用

王 琦閆來洪＊陳俊良

（1.中國石油大學（華東）化學工程學院，青島266580；2.國家地質實驗測試中心，北京100037）

綜 述

儀器聯用技術在硒的形態分析中的應用

王 琦1閆來洪1＊陳俊良2

（1.中國石油大學（華東）化學工程學院，青島266580；2.國家地質實驗測試中心，北京100037）

儀器聯用技術在元素形態分析中，從樣品的前處理，到分離與檢測的全過程，起到十分重要的作用。本文總結了近年來儀器聯用技術在硒形態分析方面的應用。

儀器聯用 硒 形態分析

硒元素在1817年由瑞典化學家貝爾采利烏斯（Berzelius）發現，用希臘女神Serene的名字將其命名為“硒”。硒的物理和化學性質介于非金屬元素與金屬元素之間。硒元素在地殼中的含量稀少，分布分散，經計算，它的豐度按重量估計約為地殼的7 ×10－5，在所有已知化學元素中僅位于第70位。

1 硒的存在形態

在環境中，硒元素主要是以無機硒和有機硒兩種形式存在，其中無機硒按照其價態可以分為單質硒、硒化物、亞硒酸鹽和硒酸鹽等，而有機硒主要是以蛋白（氨基酸）的形式存在［1］。水和土壤中存在著Se（IV）、Se（VI）、Se（－II）和Se（0）等不同氧化價態，易揮發的有機硒化合物，主要是以各種甲基烷基硒化合物形態存在［2］；高等植物體中的無機硒含量相對較少，大部分主要是以有機硒的形態存在［3］；在生物體中的硒元素主要以硒蛋白等有機硒化物的形態存在（表1、表2）。

2 樣品前處理

樣品預處理在硒的形態分析中占有極其重要的地位，樣品的預處理提取率的高低對實驗測定結果的準確性具有極其重要的影響。在樣品的提取過程中，應盡可能的保持硒賦存形態的原始特性不變，這比僅僅檢測硒元素本身要復雜得多［7］。樣品的預處理過程包括對樣品中的硒化物的提取、濃縮和衍生過程。在基本不改變樣品中硒元素原有存在形態的前提下，將各類硒化物形式全部提取出來［8］。

表1 幾種常見硒化物的結構［4］

表2 植物中有機小分子硒化合物［5，6］

目前，樣品的前處理方法大致分為液相萃取（LPE），微波輔助萃?。∕AE），固相微萃?。⊿PME）和液相微萃?。↙PME）等［7］。這些樣品前處理方法基本上都是在傳統的浸提法［8］（去離子水浸提，酸浸提［911］和堿浸提等方法）中加以改進，延伸和發展而來，較之傳統的浸提法，這些處理方法最大的特點就是樣品的預處理提取率提高。李晶［9］等人在對富硒保健品中的硒形態進行提取時采用了水浴振蕩的前處理方法，該處理方法簡單，主要提取硒酸鹽和亞硒酸鹽。羅樂［10］等人研究工業廢渣中的硒的多重氧化態的含量和形態時采用的是改進的SES法并且進行連續浸提的方法對工業廢渣中的硒的6種形態（包括水溶態、交換態、酸溶態、有機態、單質態和殘渣態）進行提取，Montes［11］等采用3種不同的提取方式提取薺菜樣品中的硒。

酶解提取［911］也是近幾年硒化合物提取中用到的常用方法，在這基礎上也出現了一些改進的新方法，大大提高提取率，Capelo等人［12］用采用USLE消解酶新方法提取硒，他們在實驗中發現蛋白酶水解的催化活性有很大提高的時候且未檢測到硒形態有明顯的改變，在水和甲醇混合液中用PLE提取酵母中硒形態需要10min［13］，而用USLE從硒酵母中提取硒蛋氨酸僅僅只需30s。兩者相比之下，后者縮短了提取時間和提高了提取效率。對于某些具有特定基質性質的樣品來說，也可以通過超濾［14］和透析的方法來實現提取目的。Olivas等人［15］首次用酶成功的提取到硒蛋氨酸。研究結果表明，用蛋白酶水解樣品后發現不溶于水的物質就是硒蛋氨酸，并且提取率直接增加到95%，提取率大大提高。類似的樣品前處理方法還有巰基棉分離法、離子交換分離法等。溫圣平［16］提出了液相微萃?。↙PME）、濁點萃?。–PE）等新型的微型化的液相萃取技術，萃取率和回收率大大提高。

3 硒形態分離與檢測聯用技術

聯用技術是進行形態分析的最有效的手段［17］。

樣品經過預處理過程后，需要對預處理過程中的提取物進行有效分離和精確檢測，在這一過程中，常用的分離方法有色譜分離技術（氣相色譜（GC）、高效液相色譜（HPLC））和電泳分離技術（CE）。常用的檢測方法有電感耦合等離子質譜（ICP－MS）、原子熒光光譜（AFS）、原子發射光譜（AES）等。這些都是常規的分離和檢測方法，近些年來，大部分的都采用聯用技術，將分離與檢測技術聯用已達到更好的分離和檢測目的。

由于食品中硒元素形態具有復雜性和多樣性等特點，分離技術與定性、定量的檢測技術聯用已經成為目前食品中檢測硒元素形態分析研究的主要方法，包括氣相色譜與電感耦合等離子質譜聯用（GC－ICP－MS）、液相色譜與電感耦合等離子質譜聯用（HPLC－ICP－MS）、液相色譜與氫化物發生原子熒光光譜聯用（HPLC－HG－AFS）、電泳與電感耦合等離子質譜聯用（CE－ICP－MS）等。

3.1 氣相色譜與電感耦合等離子質譜聯用（GCICP－MS）

氣相色譜（GC）主要用途是分離容易揮發的硒化物。目前已知的揮發性硒化物有二甲基硒和二甲基二硒，兩者的檢測限可達到1ng／L［18］，電感耦合等離子質譜（ICP－MS）是一種以電感耦合等離子體為離子源進行分析檢測的無機質譜技術。

由于樣品中氣態硒化物含量一般偏低，所以在進行GC分離過程之前一般都要進行固相微萃取法（SPME）的過程，目的是將揮發性物質萃取和濃縮，以便后續分析檢測，從而提高檢測結果的準確度與精確度，經過GC分離的化合物仍然要保持氣態的狀態，這樣就可以直接進入到ICP－MS中，從而省去二次霧化過程，節約時間和降低能耗，減少樣品損耗，實現100%的進樣，達到有效提高樣品離子化效率［19］的目的。Gionfriddo等人［20］通過前期衍生反應過程，運用SPME－GC－MS聯用技術對富硒馬鈴薯水提液中硒代蛋氨酸和硒－甲基硒代半胱氨酸含量進行分析，硒代蛋氨酸和硒－甲基硒代半胱氨酸的含量分別為8μg／kg和40μg／kg，兩種硒化物的回收率達到82.3～116.3%，回收率高。Landaluze等人［21］運用SPME－GC－ICP－MS聯用技術動態實時監測富硒酵母體外模擬消化過程中產生的氣態硒化物，SPME濃縮過程后，用GC在5min內分離出5種不同硒化物，其中以二甲基硒和二甲基二硒醚兩種硒化物的含量最高。

3.2 液相色譜與電感耦合等離子質譜聯用（HPLCICP－MS）

使用不同類型的HPLC（反相色譜、排阻色譜、離子交換色譜等），對硒化物進行有效的分離，然后再進行定量分析檢測。Thosaikham等人［22］以丁磺酸和三氟乙酸作為混合離子對試劑，對混合離子對試劑濃度、流動相pH、色譜柱長度和流動相流速等條件進行合理的優化，建立了RPIP－HPLC－ICPMS在線分離，檢測青菜中硒化物的新方法，從而實現了對青菜中硒酸鈉、亞硒酸鈉、硒代半胱氨酸、硒－甲基硒代半胱氨酸、硒代蛋氨酸等5種在生物體常見的含硒小分子化合物的分析和檢測，這幾種硒化物檢出限為5～16ng／mL，各含硒化合物加標回收率達到83.5～110%。就檢出限，標準曲線擬合度以及回收率等指標來看，完全達到對硒化物的準確分析和精確檢測的目的。Alzate［23］等利用HPLCICP－MS對牛奶中的Se進行檢測，研究無機硒向有機硒的轉化機制。還有人對牛奶和大米中的硒進行檢測，檢測限達到0.010～0.030ng［24，25］。

羅樂［10］在應用HPLC－ICP－MS的過程中還建立了CCT動態反應碰撞模式，該模式能夠有效的減少多元自離子檢測的干擾狀況，優化了檢測環境，為多原子檢測提供了方向。

同時，基于SPE的前處理方式，劉慶陽［26］建立了SPE－HPLC－ICP－MS測定水中無機硒形態，同時還建立了HPLC－ICP－MS測定葡萄酒中的無機硒形態的方法，這兩種方法在實際的分析測試中應用已經很廣泛。

3.3 液相色譜與氫化物發生原子熒光光譜聯用（HPLC－HG－AFS）

HPLC－HG－AFS是近幾年來剛發展起來的一種元素形態分析的技術，其原理是將待測樣品經HPLC分離過程后，再經在線還原處理過程，將樣品中的各種類型的硒化物中的硒元素還原成Se4＋，然后再利用能夠產生初生態氫的硼氫化鉀或硼氫化鈉，與待測組分中的Se4＋反應生成氣態的SeH2，氣態SeH2由載氣攜帶進入原子熒光檢測器，對樣品中的硒化物含量進行定性和定量。但是由于只有Se4＋能和硼氫化鉀或硼氫化鈉反應生成氣態SeH2，所以HPLC－HG－AFS用于硒形態分析的關鍵在于將樣品中的硒元素還原為Se4＋。目前常用的還原方式有微波（MV）輻射＋還原劑（HBr／KBrO4）和紫外線輻照（UV）。除了以上兩種還原方式外，Daniel等人［27］開發一種新的還原方式—熱還原模式（TR），將還原劑（KBr／HCl）與加熱模塊（溫度達到150℃）相結合，從而實現將硒化物的還原過程，確立了HPLC－TR－HG－AFS分析硒元素形態的檢測方法。在試驗中，利用標準硒化物SELM－1對方法的準確度進行進一步的驗證，結果表明，此種方法的準確度和精密度均與紫外線輻照（UV）相當。姚晶晶［28］等人建立了高效液相色譜－氫化物發生－原子熒光法，對茶葉中3種硒形態進行測定，檢出限達到0.0007～0.0030μg／L，線性范圍可以達到2個數量級以上。張碩［29］等人以液相色譜分離，在線紫外消解及蒸汽發生，高靈敏度原子熒光光譜為手段的形態分析聯用系統，，并且對聯用系統的操作條件進行優化，以提高形態分析的靈敏度。

3.4 電泳與電感耦合等離子質譜聯用（CE－ICPMS）

在硒的賦存形態分析中，電泳與電感耦合等離子質譜聯用也成為一鐘常用的分析檢測技術，這其中的電泳分離技術運用普遍，包括毛細管電泳（CE）和凝膠電泳（GE）兩種。Zhao等人［30］運用CEICP－MS對經蛋白酶酶解的富硒大米進行分析，實驗過程中發現，在18min內分離并測定出Se（VI）、Se（IV）、SeCys2和SeMet4種硒元素形態，回收率達到90～103%，實驗結果表明富硒大米中的硒主要是以SeMet的形式存在。徐慶兵等人［31］運用SDS－PAGE對提取的6類來源于泥鰍的含硒蛋白進行分子量分析，實驗結果發現，提取的硒蛋白樣品分子量集中分布于4.1～66kDa之間，這說明硒可能傾向于與分子量較小的蛋白質或肽鏈結合。

此外，韓婷婷［32］等人建立了IC－HG－AFS聯用技術檢測海產品中的硒形態，同時分離檢測硒代胱氨酸（SeCys）、硒代蛋氨酸（SeMet）、亞硒酸根Se（Ⅳ）和硒酸根Se（Ⅵ）。該測定方法對海產品中的硒形態準確、可靠、簡便靈敏進行測定，也為更加科學和有效地評價海產品質量和開展海產品風險評估提供技術支撐。

國外關于硒形態分析的研究方法和應用技術的文獻已經有數篇［3340］，對于聯用技術的應用也十分的廣泛，在這其中ICP－MS應用最為廣泛，但是此聯用技術受基體效應的影響，測定準確度有偏差，尤其是其與液相色譜聯用時，其承受有機流動相的能力較差，也制約了其進一步的應用［4143］。因此，有人提出了VG－AFS聯用技術，該應用了蒸氣發生技術，在進入AFS檢測器之前，待測組分已經與基體發生分離，該聯用技術接近100%的進樣效率，也使得VG－AFS聯用技術在元素形態測定時與ICP－MS的檢測能力相差無幾而受到推崇［44，45］。

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Application of combined instrument in speciation analysis of selenium.

Wang Qi1，Yan Laihong1＊，Chen Junliang2

（1.College of Chemical Engineering，China University of Petroleum（East China），Qingdao

266580，China；2.National Research Center for Geoanalysis，Beijing100037，China）

The combined instrument technology plays a key role in speciation analysis of elements，from sample pretreatment to analyte detection.This paper summarized the application of combined instrument in speciation analysis of selenium in recent years.

combined instrument；selenium；speciation analysis

10.3936／j.issn.1001－232x.2017.01.001

2016－09－23

王琦，男，1993年出生，在讀碩士，研究方向：環境工程，E－mail：1194698409＠qq.com。

閆來洪，男，1964年出生，副教授，研究方向：水污染控制工程，環境影響評價，E－mail：Yanlh918＠126.com。