HPLC-ICP- MS聯(lián)用測定豬場廢水中的砷形態(tài)

馮敏鈴 李擁軍 李盛安 張定煌 劉銘揚 張益文

摘要：建立了HPLC - ICP - MS聯(lián)用測定豬場廢水中5種砷形態(tài)化合物的檢測方法。將HAMILTONPRP- Xl00與CNW C18-WP色譜柱進行對比，優(yōu)化色譜條件，以（2.5 mmol/L檸檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸鈉pH4.5）+甲醇（99：lv/v）為流動相，在6 min同時分析檢測5種砷形態(tài)化合物。添加2—80 μg/L濃度水平時，5種砷形態(tài)化合物添加回收率在87.6%～92.6%之間，相對標準偏差（RSD）在3.9%～5.6%之間，方法檢出限（S/N=3）在0.3～0.8 μg/L之間。結(jié)果表明：該方法前處理簡單，靈敏度高，可用于日常監(jiān)督檢測工作。對了解規(guī)模化養(yǎng)豬場廢水重金屬砷污染狀況，進一步開展規(guī)模化養(yǎng)豬污水對人類生活用水的污染提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：養(yǎng)豬場廢水;砷形態(tài);HPLC-ICP- MS

中圖分類號：X832

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）2-0032-04

1 引言

20世紀80年代以來，我國畜禽養(yǎng)殖業(yè)得到飛速發(fā)展，隨著養(yǎng)殖規(guī)模的不斷擴大，各種微量元素添加劑的使用也愈加普遍，其中某些重金屬元素具有促使畜禽加快生長、提高抗病能力等多方面作用[1，2]。砷是一種有毒并致癌的化學元素，近幾年國內(nèi)外對砷污染及其控制的關(guān)注也越來越多。由于其具有毒性低、廣譜殺菌、抑制和殺滅腸道寄生蟲等類似抗生素的作用[3]，目前，我國和美國藥品與食品管理局（FDA）等批準使用的有機胂制劑主要有洛克沙胂（Roxarsone，3-硝基-4-羥基苯胂酸）和阿散酸（p - Arsanilic Acid，對氨基苯胂酸）。部分飼料廠家及畜禽飼養(yǎng)者為追求短期利潤，肆意超量添加，使得大部分重金屬元素又隨糞便排出，可隨著食物鏈在生物體內(nèi)向人類富積，損害人類健康，對生態(tài)環(huán)境和人類造成更深遠的影響。因此，摸清豬場廢水中重金屬含量及其遷移轉(zhuǎn)化，對規(guī)模豬場環(huán)境影響評估、飼料中添加劑的監(jiān)管以及環(huán)境中重金屬的消除等方面具有重要作用。了解其最新污染動態(tài)，有助于對于環(huán)境監(jiān)控和環(huán)境污染治理技術(shù)的研究提供參考。

在重金屬砷的檢測分析方法中常見有原子吸收法AAS、原子熒光法AFS、電感耦合等離子光譜發(fā)生儀ICP、電感耦合等離子體質(zhì)譜ICP- MS等，其中ICP-MS測試檢出限低，具有同時檢測多種元素的特點，是AAS、AFS及ICP無法相提并論的，將ICP- MS配合高效液相HPLC連機更可分析重金屬多種形態(tài)。本文建立HPLC-ICP- MS檢測豬場廢水中的5種砷形態(tài)化合物的方法，該方法簡單、快速、回收率高，能滿足日常檢測工作需要。

2 材料與方法

2.1 試驗材料與儀器

（1）試劑。砷標準液：砷酸根As（ V）、一甲基砷酸MMA、亞砷酸根As（Ⅲ）、二甲基砷酸DMA和洛克沙砷Rox（中國計量科學研究院）;甲醇（德國Merck公司色譜純）;硝酸（天津科密歐HPLC）;檸檬酸、己烷磺酸鈉（阿拉丁）。

（2）儀器與設(shè)備。Agilent 1260液相、7700 ICP-MS（美國Agilent公司）;3-30k高速冷凍離心機（SIG-MA公司）;0.22 mm水系濾膜（天津津騰）。

2.2 試驗方法

2.2.1 污水的采集與保存

本試驗采樣方法參照《水質(zhì)采樣樣品的保存和管理技術(shù)規(guī)定》（HJ 493 - 2009），野外采樣時用污水預洗2～3次聚乙烯塑料瓶后再進行灌裝。可以往污水里加入適量的酸，可以防止金屬在器壁表面上的吸附，pH值為1～2的酸性介質(zhì)也可以抑制生物的活動。在考慮加入保存劑所引起待測元素數(shù)量的變化時，在測試的同時做保存劑空白試驗，減少試劑測試的誤差。具體要求如表1所示。

2.2.2 HPLC-ICP- MS儀器工作

樣品送達實驗室后，放人4℃冰箱放置。測試時，取50 mL廢水置于離心管中5000 r/min離心5 min，過0.22 μm水系濾膜，上機測試。檢測條件如表2所示。

3 結(jié)果與分析

3.1 色譜柱選擇

砷形態(tài)的幾種化合物都以陰離子基團形成，在加入離子對試劑后形成非極性的離子對，一般分析時選擇離子交換柱。本方法將HAMILTON PRP- Xl00與CNW C18 - WP色譜柱進行對比，具體條件如表3所示。

結(jié)果表明：按照相應的色譜柱及條件5種砷形態(tài)化合物都能達到分離的效果，但從節(jié)省實驗成本方面考慮HAMILTON PRP - Xl00色譜柱價格昂貴，而CNWC18- WP色譜柱相對便宜。在檢測分析過程中，由于分析檢測的對象是水質(zhì)，雖然不是基質(zhì)復雜的動植物水產(chǎn)品、土壤，但仍然可能有藻類、微生物的存在。污水經(jīng)過離心、過0. 22 μm濾膜處理后仍可能有大分子顆粒。在使用CNW C18 - WP色譜柱的同時，前端配有預柱能更好的去除雜質(zhì)，減少雜質(zhì)進入柱體更有效的保護色譜柱延長使用壽命。

3.2 流動相選擇

分別對比用20 mmol/L磷酸二氫銨（100%）、20mmol/L磷酸二氫銨十甲醇（99：lv/v）、（2.5 mmol/L檸檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸鈉pH值4.5）+甲醇（99：lv/v）作為流動相對5種砷形態(tài)色譜峰進行分離。結(jié)果表明，20 mmol/L磷酸二氫銨（100%）分析時出峰時間過長，Rox峰形變寬，難以積分。而采用20 mmol/L磷酸二氫銨十甲醇（95：5v/v）做為流動相As（V）與MMA無法達到基線分離。在考慮到增加流動相中甲醇含量可以降低流動相的極性，使得離子對在管柱的保留時間減少，但過量的甲醇會使電流不穩(wěn)定，甚至熄火[4]。在考慮到色譜峰的峰形對稱及分析時間的長短，（2.5 mmol/L檸檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸鈉pH值4.5）+甲醇（99：lv/v）作為流動相使得出峰時間和峰形對稱性較為理想，實際測試時，能與干擾峰完全分離。圖1為5種砷形態(tài)色譜圖。

3.3

pH值對色譜峰的影響

流動相的pH值對保留時間以及分離度的有明顯的影響。5種砷形態(tài)化合物在不同pH值下的表面電荷不同。以加減檸檬酸的含量比例來調(diào)節(jié)流動相pH值，通過對比pH值在3～7范圍內(nèi)變化，對5種砷形態(tài)化合物保留時間的影響做出分析。結(jié)果表明，當pH值為7.0時，As（ V）和MMA不能完全分離，隨著pH值減少，As（V）和MMA的保留時間增加，當pH值為4.5時兩者達到基線完全分離，當pH值小于4.0時5種砷形態(tài)化合物的保留時間變長、峰型變寬。綜合考慮到色譜峰的峰形對稱、分析時間長短和分離度等因素，最后流動相中的pH值選擇4.5。

3.4 線性回歸方程、檢出限及定量限

取5種砷形態(tài)化合物標準品，用流動相分別配制成1、5、10、20、50、lOO）μg/L的混合標準濃度。在HPLC-ICP- MS儀器工作條件下，以峰面積為y值，標準溶液濃度為x值進行線性回歸，求得線性方程。按本方法測定結(jié)果，以3倍信噪比（S/N）確定分析物的檢出限。回歸方程、相關(guān)系數(shù)以及定量限詳見表4。

3.5 回收率與精密度

以不含5種砷形態(tài)化合物的豬場廢水加入適量的酸后作為空白基質(zhì)添加混合標準品，作添加回收試驗，每個添加濃度重復測定3次結(jié)果取平均值。將線性回歸方程范圍內(nèi)3個濃度點連續(xù)進樣5次，以測試檢測結(jié)果的重現(xiàn)性。結(jié)果（表5）表明，5種砷形態(tài)化合物添加回收率在87.6%～92.6%之間，相對標準偏差（RSD）在3.9%～5.6%之間。說明該方法具有較好的回收率和精密度，可以滿足痕量分析要求。

3.6 實際樣品分析

選取某市規(guī)模存欄量在1000頭豬以上的養(yǎng)殖場12家，對養(yǎng)殖場污水處理后排放連通的農(nóng)田灌溉渠進行采樣，在采集水樣中裝入聚乙烯塑料瓶后適量酸化，混勻，送達實驗室低溫保存。按本文的2.2.2 HPLC-ICP- MS儀器工作試驗方法操作分析，結(jié)果表明，此次抽檢檢的12家養(yǎng)殖場都沒有檢到5種砷形態(tài)化合物。這可能與近年來政府相關(guān)職能部門集中組織飼料執(zhí)法人員，圍繞違禁藥物、假劣飼料開展了飼料市場專項整治行動有關(guān)。

4 結(jié)論

本文建立了HPLC-ICP- MS聯(lián)用測定豬場廢水中5種砷形態(tài)的檢測方法。通過優(yōu)化色譜條件，采用直接進樣測試，在6 min同時檢測5種砷形態(tài)化合物。良好的加標回收率與精密度可用于豬場廢水中痕量重金屬砷形態(tài)的測定，該方法具有操作簡單、準確度高、穩(wěn)定性好和低耗等優(yōu)點，能滿足日常檢測工作的需要。

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