LC-AFS測定大米中的砷形態

□ 趙四標 張加穩 昆明市食品藥品檢驗所

1 前言

砷及化合物被廣泛應用于農藥、除草劑、殺蟲劑等農業生產中[1]。無機砷的毒性大于有機砷，其中As（Ⅲ）和As（Ⅴ），被劃定為一級致癌物[2]。水稻品種、耕作方式、土壤質地等因素都會影響水稻對砷的富集，大米中主要包含As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA、DMA[3]。因此，必須加強對大米中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的檢驗、監測。

砷的測定方法有高效液相色譜和原子熒光光譜聯用法（LC-AFS）、液相色譜和電感耦合等離子質譜（HPLC-ICP/MS）法、毛細血管電泳和電感耦合等離子體質譜聯用（CEICP/MS）法等[4-5]。相比其他方法，LC-AFS分析方法具有靈敏度高、操作簡單、成本低廉及測定結果準確可靠的特點。

本文采用LC-AFS方法測定大米中的砷形態，同時對提取方法、流動相、色譜條件、酸度與還原劑濃度等條件進行優化。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

AFS-9531原子熒光光譜儀（北京海光，帶液相模塊）；電子天平(梅特勒-托利多)；控溫電熱板(BHW-09A45)；干燥箱；高速粉碎機；賽多利斯超純水機。所用器皿先5%硝酸溶液浸泡24 h，再超純水洗凈。大米粉中形態砷質控樣品（T07314QC）；亞砷酸鹽As（Ⅲ）、砷酸鹽As（Ⅴ）、一甲基砷MMA與二甲基砷DMA，中國計量科學研究院；硝酸（GR，川東化工）；硼氫化鉀（AR）；氫氧化鈉（AR）；大米試樣；超純水（18.2 MΩ）。

2.2 樣品前處理

稱取100 g大米試樣，粉碎，放入蒸發皿中，在85 ℃下，干燥3 h，冷卻混勻。稱取干燥后大米樣品1.0 g（準確至0.000 1 g），至于50 mL塑料離心管中，滴加濃度為0.15 mol/L的硝酸20 mL。置于搖床，以80 ℃、400 r/min的速度振搖2.5 h。待振搖提取結束，靜置過夜，離心提取上層清液，0.45 μm有機濾膜過濾，待測，同一方法處理質控樣、試劑空白。

2.3 儀器工作條件

原子熒光：原子化器高度：8 mm；砷空心陰極燈，負高壓：300 V；燈電流：60 mA；加熱溫度：200 ℃；載氣：300 mL/min；屏蔽氣：90 mL/min；時間定性，峰面積定量。

液相色譜：色譜柱Hamilton PRPX100（250 mm×4.1 mm）； 流動相：5 mmol/L磷酸氫二鈉和45 mmol/L磷酸二氫鉀；進樣體積：100 μL；流速：1 mL/min；柱溫為30 ℃；等度洗脫。

2.4 標準工作曲線的繪制

配制0、10、20、40、80μg/L與100 μg/L系列濃度的標準溶液，并對其進行檢測。標準工作曲線見表1，四種形態砷的的標準疊加譜圖見圖1。

3 結果與分析

3.1 測定條件的優化

3.1.1 測試條件

通過探究表明，四種砷形態在載氣90 mL/min，屏蔽氣300 mL/min、主電流為60 mA，輔電流為30 mA，負高壓為300 V時，靈敏度最佳、信號最穩定、信噪比最佳。采用5%的鹽酸溶液為載流，2%硼氫化鉀和0.1%氫氧化鈉組成的混合溶液作為還原劑。硼氫化鉀的強還原性，易水解，未接觸樣品已部分反應，加入0.1%氫氧化鈉可以降低硼氫化鉀的水解。

表1 標準工作曲線及相關系數

圖1 形態砷標準疊加的譜圖

3.1.2 流動相的選擇

流動相經水系濾膜抽濾處理，超聲脫氣30 min，降低氣泡進入色譜柱，干擾色譜柱的分離，引起基線漂移、峰型變化，最終導致檢測偏差。同時對比磷酸二氫鈉-磷酸二氫銨和磷酸氫二鈉-磷酸二氫鉀兩種不同的流動相，最終選擇濃度約5 mmol/L磷酸氫二鈉和45 mmol/L磷酸二氫鉀的混合溶液，pH約5.92（不需調節pH）作為流動相，等度洗脫。

3.1.3 樣品酸度的選擇

本實驗選用PRP-X100陰離子交換柱，該色譜柱pH在1～13，具有較寬的pH范圍，且具有良好的分離效果。用0.15 mol/L的硝酸提取樣品，待測試樣的pH在2左右，屬于強酸性，在色譜柱的使用范圍，100 μL的微量進樣對流速為1.0 mL/min的流動相來說，不會引起流動相pH的大范圍變化、波動，不會造成峰型、出峰時間的變化。結果表明，提取液直接上機，出峰時間穩定、峰型較好、分離度高、信號強度良好，符合實驗要求。

3.2 樣品的測定

樣品色譜圖如如圖2。大米試樣中，As（Ⅲ）、DMA、As（Ⅴ）的含量分別為0.082 7、0.007 8、0.001 2 mg/kg，MMA的含量極少，未達到儀器方法檢出限，沒有計入總量，無機砷之和為0.084 9 mg/kg，參照GB 2762-2017中無機砷的限量值為0.2 mg/kg，待測樣小于限量值，屬合格大米。

圖2 待測樣品中形態砷含量的譜圖

3.3 準確度

砷形態質控樣中As（Ⅲ）、DMA的測定平均值分別為0.135 1、0.020 35 mg/kg，合計0.155 4 mg/kg，無機砷標物范圍：0.111～0.266 mg/kg，說明該測試方法得到的數據準確度很高。

3.4 加標回收率

向樣品中添加As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA與DMA 2.00、10.00、40.00 μg/L的標準物質，以測定方法的加標回收率，各組分加標回收率在80%～100%，不同濃度形態砷的回收率較好。

4 結語

本文采用以0.15 mol/L的硝酸90℃熱浸提取大米試樣中的砷，對LCAFS中的流動相、色譜條件、酸度等件進行優化，四種砷形態在7 min內均得到分離、測定。結果表明：As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA與DMA的檢出限分別為0.006 0、0.021、0.009 0、0.010 mg/kg，加標回收率80%～100%，線性范圍0～100 μg/L，各形態砷標準曲線的相關系數均大于0.999 5。該方法操作簡單、形態砷的提取效率高、數據穩定且準確度高，可應用于大米中形態砷的分析研究。