液相—原子熒光光譜法測定食品中無機(jī)砷

林長欽 黃朝耿 周雷

摘要[目的]準(zhǔn)確測定食品中的無機(jī)砷。[方法]采用液相色譜-原子熒光光譜法（LCAFS）以及砷形態(tài)快速分析Princen柱和在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)對食品中的砷進(jìn)行檢測。[結(jié)果]該方法對檢測質(zhì)量濃度為5 μg/L的As（III）和As（V）標(biāo)樣，系統(tǒng)具有更高的檢測靈敏度，檢出限可以分別達(dá)0.98和2.88 μg/L。該方法在5.0～100.0 μg/L范圍內(nèi)的無機(jī)砷檢測具有良好的線性，相關(guān)系數(shù)均可為0.999以上，加標(biāo)量為10 μg/L的回收率在95%以上。[結(jié)論]該方法是測定食品中無機(jī)砷含量的一種高效、低消耗的方法，在實際樣品的無機(jī)砷檢測中也表現(xiàn)出良好的效果，非常適合無機(jī)砷的檢測。

關(guān)鍵詞 液相-原子熒光光譜法；無機(jī)砷；砷形態(tài)快速分析柱；在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)

中圖分類號 TS207.3 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 0517-6611（2017）03-0101-03

Abstract[Objective] To determine the inorganic arsenic in food accurately. [Method]The liquid chromatographyatomic fluorescence， the fast analytical Princen column and online hydride reaction system were employed to determine arsenic in food. [Result] The detection limits of this method were 0.98 and 2.88 μg/L for 5 μg/L As（III） and As （V） standard samples， respectively showing higher detection sensitivity. The calibration curves of method showed good linearity with linear correlation coefficient 0.999 for both As（III） and As （V） detection in the range of 5.0-100.0 μg/L. The recovery of the method was more than 95% under 10 μg/L. [Conclusion] This method is high efficiency and low consumption for detection of inorganic arsenic， which is suitable for the inorganic arsenic detection.

Key words Liquid chromatographyatomic fluorescence spectrometry；Inorganic arsenic；Fast analytical Princen column；Online hydride reaction system

砷作為常見的有毒有害元素，一直備受人們關(guān)注。人體若攝入過多砷可引起急性中毒，長期低劑量暴露可引起慢性砷中毒，誘發(fā)各種皮膚病并可導(dǎo)致肝腎功能受損，甚至導(dǎo)致癌癥。砷在自然界中以無機(jī)和有機(jī)的形式存在，其毒性與其存在形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的砷毒性相差甚遠(yuǎn)。無機(jī)砷化合物毒性極強(qiáng)，如砷酸鹽[As（V）]、亞砷酸鹽[As（III）][1]；有機(jī)砷如甲基化的有機(jī)砷毒性遠(yuǎn)低于無機(jī)砷化合物，砷甜菜堿（AsB）和砷膽堿（AsC）則被研究認(rèn)為無毒[1-2]。因此，為了真實反映食品中砷的安全性，對砷元素的各種形態(tài)進(jìn)行有效分離，然后再進(jìn)行檢測是非常必要的。國家衛(wèi)生和計劃生育委員會于2015年9月發(fā)布了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測定》[3]國家標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對食品中無機(jī)砷的測定主要采用液相色譜-原子熒光光譜法（LCAFS）[4-11]和液相色譜-電感耦合等離子質(zhì)譜法（LCICPMS）[12-15]2種方法，但這2種方法均存在樣品分析時間長、載液消耗量大等缺點。

該試驗的研究方法是在國家標(biāo)準(zhǔn)中液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）的基礎(chǔ)上，采用砷形態(tài)快速分析柱（Princen色譜柱）和在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)，選擇合適的色譜分離條件、氫化物發(fā)生條件和測量參數(shù)，對該方法進(jìn)行測量評價。結(jié)果表明，該方法的分離效果、靈敏度及信噪比均符合檢測要求，并且大大縮短了樣品分析時間，節(jié)約了載液的消耗量。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 主要試劑。

氬氣，純度99.999%，珠海大亞灣氣體公司；100 mg/L As（Ⅲ）、As（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；NH4H2PO4 分析純、甲酸、KBH4、KOH，均為分析純，廣州化學(xué)試劑廠。

1.1.2 主要儀器。

RODI型反滲透去離子純水機(jī)，法國Milipore公司；液相色譜-原子熒光（LCAFS），北京吉天儀器有限公司；聯(lián)用PrinCen液相色譜，使用的柱子分別為美國漢密爾頓生產(chǎn)的PRP-X100色譜柱及廣州譜臨晟科技有限公司生產(chǎn)的Princen色譜柱；pH計，美國熱電-奧立龍。

1.1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液。

As（Ⅲ）、As（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)溶液：100 mg/L As（Ⅲ）、As（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液從國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心購得。試驗中分別準(zhǔn)確吸取0.10 mL 100 mg/L的As（Ⅲ）和As（Ⅴ）標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，以超純水定容至10 mL，搖勻，得到1.0 mg/L的As（Ⅲ）、As（Ⅴ）混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，并取該混合標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液0、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 mL于10 mL容量瓶中，以超純水定容，得到系列濃度為0、5.00、10.00、20.00、50.00和100.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液，該儲備溶液和標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液均是現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.1.4 流動相。

LC 流動相為NH4H2PO4溶液，pH 用 4%甲酸調(diào)節(jié)。流動相使用之前需經(jīng)過 0.45 μm 濾膜過濾。KBH4溶液用0.5% KOH當(dāng)日配制。

1.2 方法

整套操作系統(tǒng)由3部分組成。分離LC部分包括德國進(jìn)口的液相色譜泵頭，串聯(lián)式雙柱塞往復(fù)泵，采用全PEEK流路連接，并配有XYZ三維電機(jī)驅(qū)動的自動進(jìn)樣器，可滿足0.10～300.00 μL樣品進(jìn)樣量及準(zhǔn)確定量要求。在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)中，HCl和KBH4作用后，KBH4水解產(chǎn)生活性氫，活性氫把色譜流出物中的三價砷、五價砷還原成AsH3，生成的氫化物在氣液分離器中被分離，氣體進(jìn)入原子熒光的原子化器（爐子）被激發(fā)出熒光從而被檢測。測定部分由AFS-920原子熒光光度計（北京吉天儀器有限公司）完成，在儀器里使用的激發(fā)光源是高性能砷空心陰極燈（北京有色金屬研究總院）。Prin-Cen液相色譜工作站兼容AFS-920原子熒光光度計，實時采集數(shù)據(jù)并顯示色譜圖，采集完成后自動計算各組分的濃度（三價砷和五價砷）和總濃度（無機(jī)砷）。

色譜條件：

Princen色譜柱（As Spec Fast Column，4.6 mm×50.0 mm×5.0 μm）；

Princen保護(hù)柱（As Spec Guard Column，4.6 mm ×50.0 mm×10.0 μm）；

流動相為15 mmo1/L NH4H2PO4（pH 7.0）；

流速1.2 mL/min；

進(jìn)樣體積100 μL。

原子熒光檢測條件：

高性能砷空心陰極燈，193.7 nm；

負(fù)高壓280 V；

燈電流60 mA；

載氣為氬氣，流速400 mL/min；

屏蔽氣為氬氣，流速800 mL/min。

氫化物發(fā)生條件：

還原劑為30 g/L KBH4，流速4 mL/min；

載液為20%HCl，流速4 mL/min。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同色譜柱的分離結(jié)果

分別采用目前常用的漢密爾頓色譜柱（Hamilton PRP-X100）和Princen色譜柱對同一濃度（100 μg/L）無機(jī)砷標(biāo)準(zhǔn)品進(jìn)行分離處理，測定分離結(jié)果見圖1，相關(guān)的統(tǒng)計結(jié)果見表1。由圖1、表1可知，在采用pH 7.0的15 mmo1/L NH4H2PO4流動相條件下，Princen色譜柱可以更快地分離無機(jī)砷，其中As（III）分離時間為1.175 min，As（V）分離時間為3.342 min，相比漢密爾頓色譜柱中As（III）分離時間為2.092 min縮短78.0%；As（V）分離時間為7.342 min，縮短119.7%，從而大大縮短樣品分析時間，提高檢測效率，節(jié)約樣品分析過程中載液的消耗量。

2.2 信噪比和檢出限的比較

采用5 μg/L無機(jī)砷標(biāo)準(zhǔn)品分別在漢密爾頓色譜柱和Princen色譜柱進(jìn)行分離處理，計算在相同條件下的信噪比和檢出限，相關(guān)結(jié)果見圖2和表2，其中檢出限由3倍基線噪音的峰高計算得到。結(jié)果表明，采用Princen色譜柱具有更高的信噪比，更低的檢出限，可以更好地提高檢測靈敏度。

2.3 線性關(guān)系

精密吸取上述100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)儲備液0、0.05、0.10、0.20、0.50、1.00 mL于10 mL容量瓶中，以水定容，得到系列濃度為0、5.00、10.00、20.00、50.00、100.00 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液。分別用漢密爾頓色譜柱和Princen色譜柱對上述標(biāo)準(zhǔn)曲線溶液進(jìn)樣100 μL，以標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的峰面積為縱坐標(biāo)（y），濃度為橫坐標(biāo)（x），繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，相關(guān)結(jié)果見表3。由表3可知，采用漢密爾頓色譜柱和Princen色譜柱建立的線性回歸方程線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)（r）均為0.999以上。

2.4 加標(biāo)回收率試驗

采用Princen色譜柱，稱取粉碎研磨后的大米1.00 g，加入20 mL 0.15 mol/L硝酸溶液，放置過夜。于90 ℃恒溫箱中熱浸提2.5 h，每0.5 h振搖1 min，保證樣品中各種形態(tài)的砷能充分提取，取出后冷卻至室溫，8 000 r/min離心15 min，取上層清液，經(jīng)0.45 μm有機(jī)濾膜過濾后用液相色譜儀進(jìn)行砷形態(tài)分離，原子熒光定量檢測，并進(jìn)行加標(biāo)試驗，結(jié)果見表4。

由表4可知，測定試樣回收率均在95%以上，其中 As（III）回收率在97%～98%，As（V）回收率在95%～96%。因此該方法測定食品中As（III）和As（V）的準(zhǔn)確度較高，完全可以滿足試驗要求。

2.5 部分食品中As（III）、As（V）和無機(jī)砷的測定結(jié)果

為了驗證該方法對實際樣品的檢測，該試驗選取了幾種代表性的食品在Princen色譜柱上進(jìn)行相關(guān)的檢測試驗，結(jié)果如表5所示。可以看出，利用Princen色譜柱和在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)的LCAFC方法測得實際樣品的不同形態(tài)的砷以及總量與實際符合，表明該方法切實可行。該方法可以快速地分辨出As（III）、As（V）和無機(jī)砷的總量，非常適合日常砷的檢測，在后續(xù)的食品檢測中具有較大的實用性以及應(yīng)用前景。

3 結(jié)論與討論

該研究探討了采用Princen色譜柱和在線氫化物反應(yīng)系統(tǒng)建立的液相原子熒光光譜法測定食品中不同形態(tài)的砷As（III）和As（V）。該方法具有分析時間短、載液及還原劑等試劑消耗量少、精密度高、回收率高等特點，是檢測食品中不同形態(tài)的無機(jī)砷的有力工具，可為各級產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督管理部門提供有力的技術(shù)支撐，為廣大消費者提供技術(shù)保障。

參考文獻(xiàn)

[1] GRAIG P J.Organometallic Compounds in the Environment[M].New Jersey：John Wiley & Sons Inc，1986.

[2] 韋昌金，劉霽欣.離子色譜氫化物發(fā)生原子熒光法測定地下水中砷形態(tài)[J].現(xiàn)代儀器，2006（4）：31-34.

[3] 中華人民共和國國家衛(wèi)生和計劃生育委員會.食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無機(jī)砷的測定：GB 5009.11—2014 [S/OL].[2016-08-12].http：//doc.mbalib.com/view/8407c1cc5dc8a5dd9179331c61e373d8.html.

[4] MATOFERNNDEZ M J，OTEROREY J R，MOREDAPIEIRO J，et al.Arsenic extraction in marine biological materials using pressurized liquid extraction [J].Talanta，2007，71（2）：515-520.

[5] 陳少波，余雯靜，趙玉蘭.食品中砷形態(tài)分析及無機(jī)砷測定[J].農(nóng)產(chǎn)品加工（學(xué)刊），2013（4）：80-81.

[6] 黃亞濤，毛雪飛，楊慧，等.高效液相色譜原子熒光聯(lián)用技術(shù)測定大米中無機(jī)砷[J].廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2013，40（12）：117-121.

[7] 曹軍，于伯華，沈山江，等.高效液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)測定水產(chǎn)品及產(chǎn)地底泥中4種砷的形態(tài)殘留[J].檢驗檢疫學(xué)刊，2013，23（5）：53-56.

[8] 吳燁飛，潘友浩，李榮茂.高效液相色譜-氫化物-原子熒光聯(lián)用技術(shù)測定海藻中無機(jī)砷[J].福建水產(chǎn)，2014，4（2）：125-131.

[9] 田雨，蔡漩，鄭錫波，等.高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法分析桂皮中砷形態(tài)化合物的檢測方法[J].化學(xué)工程師，2014，28（2）：19-21.

[10] 高鷺，董偉峰，彭心婷，等.高效液相色譜氫化物發(fā)生原子熒光光譜聯(lián)用檢測海藻中砷形態(tài)[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2015，6（1）：145-151.

[11] 吳思霖，于建，王欣美，等.高效液相色譜-原子熒光聯(lián)用技術(shù)測定水產(chǎn)品中無機(jī)砷[J].食品安全質(zhì)量檢測學(xué)報，2016，7（7）：2658-2662.

[12] NAM S H，OH H J，MIN H S，et al.A study on the extraction and quantitation of total arsenic and arsenic species in sea food by HPLCICPMS [J].Microchem J，2010，95（l）：20-24.

[13] 劉桂華，汪麗.HPLCICPMS在紫菜中砷形態(tài)分析的應(yīng)用[J].分析測試學(xué)報，2002，21（4）：88-89.

[14] 李衛(wèi)華，王雅珍，劉玉海.高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜檢測海藻中的砷[J].陜西師范大學(xué)學(xué)報（自然科學(xué)版），2006，34（4）：65-68.

[15] LIU X P，ZHANG W F，HU Y N，et al.Extraction and detection of organoarsenic feed additives and common arsenic species in environmental matrices by HPLCICPMS[J].Microchem J，2013，108（3）：38-45.