黑龍江地區(qū)稻谷中砷的四種形態(tài)分析

[摘要]本文采用0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區(qū)稻谷樣品，高效液相-原子熒光光譜法分析檢測(cè)稻谷中砷形態(tài)化合物。結(jié)果表明，稻谷中4種砷形態(tài)化合物As（Ⅲ）、DMA（一甲基砷）、MMA（二甲基砷）和As（Ⅴ）的檢出限在0.782～1.264μg/L，加標(biāo)回收率為87.6%～106.5%，方法適用于稻谷中砷形態(tài)化合物的分析測(cè)定。所測(cè)量稻谷中的形態(tài)主要以As（Ⅲ）、DMA和As（Ⅴ）為主，其中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的含量之和為無(wú)機(jī)砷含量，占比總砷含量為54.8%～69.9%。

[關(guān)鍵詞]砷形態(tài)化合物As（Ⅲ）、DMA、MMA和As（Ⅴ）;高效液相-原子熒光光譜法;稻谷

中圖分類(lèi)號(hào)：TS207.5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

砷具有半衰期長(zhǎng)、不易分解的特點(diǎn)，易在人體內(nèi)富集。過(guò)量的砷會(huì)與人體酶細(xì)胞中的巰基相結(jié)合，對(duì)細(xì)胞的正常代謝產(chǎn)生不利影響，從而對(duì)人體的健康造成危害。但其毒性與其化學(xué)形態(tài)和種類(lèi)有關(guān)，毒性較大的為無(wú)機(jī)砷As（Ⅲ）和As（Ⅴ），毒性較低的為甲基砷DMA（一甲基砷）和MMA（二甲基砷）。

大米作為中國(guó)人最主要的主食之一，稻谷對(duì)砷的富集作用高于其他谷類(lèi)如小麥和大麥作物[1]，這主要是因?yàn)樯樗猁}是磷酸鹽的類(lèi)似物，在植物根質(zhì)外體和根質(zhì)膜中具有相同吸收載體和相同的吸附位點(diǎn)[2]，水稻生長(zhǎng)過(guò)程中的厭氧環(huán)境使砷在土壤環(huán)境中的溶解度大大增加[3]。我國(guó)食品安全標(biāo)準(zhǔn)GB 2762-2017[4]規(guī)定稻谷中無(wú)機(jī)砷的限量值為0.2mg/kg。

目前稻谷收購(gòu)入庫(kù)要求檢驗(yàn)其重金屬，對(duì)重金屬砷的檢測(cè)，使用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)方法相對(duì)復(fù)雜，需要大量的化學(xué)試劑，同時(shí)檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)，不適用現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)。所以目前重金屬快速檢測(cè)儀大量被應(yīng)用于現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)，但是重金屬快速儀只能夠檢測(cè)稻谷中總砷的含量，而食品安全標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)稻谷中無(wú)機(jī)砷有限量要求，這就要求衡量稻谷中無(wú)機(jī)砷As（Ⅲ）、As（Ⅴ）和總砷的比例，這樣能大大提高檢測(cè)效率、節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)對(duì)稻谷中砷形態(tài)的準(zhǔn)確分析，有著重要的實(shí)際應(yīng)用意義。

目前對(duì)砷形態(tài)分析采用的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法為液相色譜HPLC分離和原子熒光聯(lián)用AFS在線(xiàn)聯(lián)用HPLC-AFS，具有線(xiàn)性范圍寬、靈敏度高、穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。本文采用0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區(qū)稻谷樣品，后通過(guò)液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀對(duì)樣品中As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、DMA和MMA進(jìn)行測(cè)量，并通過(guò)加標(biāo)回收對(duì)方法的回收率進(jìn)行了研究，取得了較為滿(mǎn)意的結(jié)果。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

LC-6500型液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用儀：北京海光儀器有限公司;PRP-X100陰離子交換柱（250×4.1mm）：瑞士Hamilton公司。

恒溫干燥箱、高速離心機(jī)、溶劑過(guò)濾器、高速粉碎機(jī)、氬氣（99.999%）。

鹽酸、硝酸均為優(yōu)級(jí)純;硼氫化鉀、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀均為分析純。

砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：亞砷酸鹽、砷酸鹽、一甲基砷、二甲基砷均購(gòu)自中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院，實(shí)驗(yàn)用水為超純水，電阻率≥18.24MΩ/cm。

1.2 溶液配制

（1）流動(dòng)相：稱(chēng)取6.124g的KH2PO4和1.790 7g的Na2HPO4·12H2O于超純水中，定容至1 000mL，攪拌溶解。用0.22μm水系膜過(guò)濾，然后置于超聲波清洗器中，真空泵輔助脫氣30min。

（2）還原劑：稱(chēng)取硼氫化鉀35g，溶于1 000mL的5g/L氫氧化鉀溶液中，攪拌均勻。此溶液現(xiàn)用現(xiàn)配。

（3）載流：移取100mL濃鹽酸，用超純水定容至1" 000mL，攪拌均勻。

（4）提取液：量取10mL濃硝酸，用超純水定容至1 000mL，攪拌均勻。

1.3 分析條件

1.3.1 色譜分離條件

色譜柱：Hamilton PRP-Xl00型;流動(dòng)相：45mmol/L的KH2PO4+5mmol/L的Na2HPO4;平衡時(shí)間：30min;流動(dòng)相流速：1mL/min;進(jìn)樣體積：100μL。

1.3.2 原子熒光條件

還原劑：3.5%的KBH4+0.5%的KOH;載流：10%的HC1;負(fù)高壓：320V;主陰極電流：60mA;輔助陰極電流：30mA;載氣流量：600mL/min;屏蔽氣流量：900mL/min;泵速：60r/min。

1.4 樣品前處理

取稻谷樣品，粉碎混勻。稱(chēng)取粉碎后的稻谷試樣約1g（精確到0.01g）于50mL塑料離心管中，加入20mL的0.15mol/L硝酸溶液，密閉放置過(guò)夜。于90℃恒溫箱中熱浸提2.5h，每0.5h振搖1min。提取完畢后，取出冷卻至室溫。8 000r/min離心15min，取上層清液，經(jīng)0.22μm水系濾膜過(guò)濾后進(jìn)樣測(cè)定。按同一操作方法做空白實(shí)驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)圖譜和線(xiàn)性關(guān)系

10μg/L砷混合標(biāo)準(zhǔn)溶液如圖1所示。在7min之內(nèi)，As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、DMA和MMA依次出峰，實(shí)現(xiàn)完全分離，保留時(shí)間分別為2.36min、2.975min、3.707min和5.723min。準(zhǔn)確配制成濃度分別為0μg/L、1μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、50μg/L、100μg/L的4種形態(tài)砷的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，上機(jī)測(cè)定，制標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)，方法的線(xiàn)性范圍、回歸方程、相關(guān)系數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 方法的精密度

選取標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)中質(zhì)量濃度為100μg/L標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)進(jìn)樣7次，計(jì)算峰面積RSD，結(jié)果見(jiàn)表2。

2.3 加標(biāo)回收率

選取一份稻谷樣品，分別加入低中高3種濃度的砷形態(tài)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，連續(xù)測(cè)量3次，計(jì)算平均回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差。樣品加標(biāo)回收測(cè)定見(jiàn)表3。

2.4 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定

選取NIST標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稻谷SRM1568b（Standard Rice Material 1568b），按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)值在文獻(xiàn)報(bào)道值范圍內(nèi)，結(jié)果見(jiàn)表4。

2.5 樣品測(cè)定

按所建實(shí)驗(yàn)方法對(duì)黑龍江地區(qū)儲(chǔ)量最多的稻谷產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果顯示所有稻谷樣品砷的含量均未超出GB 2762-2017[4]規(guī)定的稻谷中無(wú)機(jī)砷0.2mg/kg的限量值。樣品色譜圖見(jiàn)圖2，形態(tài)砷的檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表5。

上述16份稻谷樣品中，涵蓋了黑龍江省內(nèi)主要稻谷種植品種，總砷的含量等于無(wú)機(jī)砷與有機(jī)砷含量總和。其中，總砷含量為91.4～166.2μg/kg，無(wú)機(jī)砷As（Ⅲ）和As（V）在總砷中的占比為54.8%～69.9%。

3 結(jié) 論

本文建立了高效液相色譜-原子熒光光譜法測(cè)定稻谷中4種砷形態(tài)的方法，采用磷酸鹽為流動(dòng)相，0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區(qū)稻谷樣品，在最佳實(shí)驗(yàn)條件下測(cè)定其線(xiàn)性范圍、相關(guān)系數(shù)、方法檢出限、精密度及加標(biāo)回收率等指標(biāo)均符合要求，結(jié)果準(zhǔn)確可靠。

（1）所測(cè)量稻谷中的砷形態(tài)主要以As（Ⅲ）、DMA和為主，和水稻的生長(zhǎng)環(huán)境以及砷在水稻根系吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和遷移相關(guān)。

（2）As（Ⅲ）的含量占比總砷為52.5%～66.9%;DMA的含量占比總砷為33.1%～47.5%;MMA的含量為未檢出;五價(jià)砷的含量占比總砷為5.7%～15.4%，無(wú)機(jī)砷的含量占比總砷54.8%～69.9%。

（3）隨著重金屬快速檢測(cè)儀器的普及，無(wú)機(jī)砷的檢驗(yàn)數(shù)據(jù)可以通過(guò)總砷的數(shù)據(jù)獲得，對(duì)很好的提高檢驗(yàn)效率，降低成本，保護(hù)環(huán)境。

參考文獻(xiàn)

[1] SUN G X， LIU X， WILLIAMS P N， et al. Distribution and translocation of selenium from soil to grain and its speciation in paddy rice （oryza sativa l.）[J].Environmental Science amp; Technology，2010（17）：6706-6711.

[2] MARIN A R， MASSCHELEYN P H， PATRICK W H. The influence of chemical form and concentration of arsenic on rice growth and tissue arsenic concentration[J].Plant amp; Soil，1992（2）：175-183.

[3] XU X Y， MCGRATH S P， MEHARG A A， et al. Growing rice aerobically markedly decreases arsenic accumulation[J].Environmental Science amp; Technology，2008（15）：5574-5579.

[4] GB 2762-2017.食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量[S].