大米中無(wú)機(jī)砷測(cè)定方法的優(yōu)化改進(jìn)

郭建君，王麗娟，郝全英，劉芳芳，楊柯偉

（1.山西糧食質(zhì)量監(jiān)測(cè)中心，山西 晉中 030600；2.北京東孚久恒儀器技術(shù)有限公司，北京 100037）

近年來，隨著工業(yè)、農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的發(fā)展，含砷農(nóng)藥的普遍使用、含砷污水的排放，使得環(huán)境砷污染成為國(guó)際上關(guān)注的問題[1]。砷是一種常見的有毒元素，以多種形態(tài)存在于自然界中。食品中常見的砷形態(tài)分為有機(jī)砷和無(wú)機(jī)砷兩類。其中，無(wú)機(jī)砷[包括As（Ⅲ）、As（Ⅴ）]毒性最強(qiáng)[2-3]。國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)（IARC）已將其列為人類Ⅰ級(jí)致癌物[4]。有機(jī)砷[包括：一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、甜菜堿砷（AsB）、砷膽堿（AsC）和砷糖等]當(dāng)中，MMA、DMA 有微弱毒性，AsB、AsC和砷糖是無(wú)毒的[2-3]。

砷化合物通過地表水和地下水系統(tǒng)遷移到生態(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈富集、積累[5]。研究表明，稻谷較其他糧食作物更易受到砷的污染[6]。這可能與稻谷種植在水田中，大量接觸水有關(guān)。稻米是我國(guó)主要的糧食作物，大米及其加工制品是我國(guó)人民主要的食物來源。無(wú)機(jī)砷作為一類強(qiáng)致癌物，對(duì)消費(fèi)者的生命健康造成威脅，必須予以關(guān)注。

現(xiàn)行食品中無(wú)機(jī)砷的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法包括液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）和液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法 （LC-ICP/MS）。本文采用LC-AFS法，對(duì)不同的大米樣品前處理方法及分析過程進(jìn)行探討、優(yōu)化，建立一個(gè)穩(wěn)定、可靠、快速的無(wú)機(jī)砷測(cè)定方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀 （LC-AFS 9531）北京海關(guān)儀器有限公司；Hamilton PRP-X100分離柱（10 μm，4.1 mm×250 mm）、Hamilton PRP-X100 保護(hù)柱（10 μm，4.1 mm×20 mm）、艾特普超純水處理系統(tǒng)（電阻率18.25 MΩ·cm）、恒溫水浴鍋、高速離心機(jī)及渦旋儀等。

砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：亞砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW08666）、砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW08668）、一甲基砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW08667）、二甲基砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW08669）中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；三氟乙酸 （TFA）、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）、 磷酸二氫鉀 （KH2PO4）、 磷酸二氫銨（NH4H2PO4）、硼氫化鉀（KBH4）、氫氧化鉀（KOH）為分析純；硝酸（HNO3）、鹽酸（HCl）為優(yōu)級(jí)純。

1 000ng/mL混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備：用移液槍分別移取亞砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)20 μL、砷酸根標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)86 μL、一甲基砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) 60 μL、二甲基砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)28 μL，以超純水定容至1.5 mL。

標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)：GBW（E）100348大米粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)購(gòu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心，總砷定值（0.23±0.03） mg/kg，無(wú)機(jī)砷定值（0.18±0.03） mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理方法

使用前將標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)置于烘箱中105℃烘干4h，取出。置于干燥器中冷卻至室溫后稱量。市售大米以高速粉碎機(jī)粉碎后過20目篩，備用。

1.2.2 流動(dòng)相的優(yōu)化選擇

分別選取國(guó)標(biāo)GB 5006.11-2014中推薦流動(dòng)相15 mmol/L NH4H2PO4溶液，本實(shí)驗(yàn)使用的5 mmol/L Na2HPO4和45 mmol/L KH2PO4混合溶液作為流動(dòng)相，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn)的測(cè)定。

1.2.3 提取液的選擇

將處理好的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱取1.00 g（精確至0.01g），置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20 mL提取液。提取液分別為3%三氟乙酸（TFA）、10%甲醇、1%HNO3。每種提取液分別做三個(gè)平行。將離心管置于90℃水浴2.5 h。每半小時(shí)振搖1 min。取出冷卻至室溫后，以8 000 r/min離心15 min，取上清液經(jīng)0.45 μm有機(jī)濾膜過濾后進(jìn)樣測(cè)定。

1.2.4 提取時(shí)間的優(yōu)化

將處理好的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)稱取1.00 g（精確至0.01g），置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20 mL 1%HNO3。于90℃水浴，分別保持 0.5 h、1.0 h、1.5h、2.0 h、2.5 h。 離心、過濾后上機(jī)測(cè)定。

1.2.5 稱樣量的優(yōu)化

將處理好的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)分別稱取0.50 g、1.00 g、1.50 g、2.00 g，置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20mL 1%HNO3。于90℃水浴2.5 h。每0.5 h振搖1min。離心、過濾后上機(jī)測(cè)定。

1.2.6 儀器條件

液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀（LC-AFS9531）由液相進(jìn)樣器和原子熒光檢測(cè)器兩部分組成。液相進(jìn)樣部分條件：等度洗脫，流速1 mL/min；進(jìn)樣體積100μL。原子熒光部分條件：載流5%HCl，流速4 mL/min；4%KBH4溶液，流速 4 mL/min；負(fù)高壓：280mV；燈電流：主電流60 mA，輔電流30 mA；載氣流量：800 mL/min；屏蔽氣流量：1 000 mL/min；原子化器高度：8 cm；原子化方式：火焰法。

2 結(jié)果

2.1 流動(dòng)相優(yōu)化選擇

分別以15 mmol/L NH4H2PO4溶液和5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/LKH2PO4混合溶液作為流動(dòng)相，其它測(cè)量條件不變，測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)曲線最高點(diǎn) （60 ng/mL）。圖譜見圖1、圖2。由圖譜可見，兩種流動(dòng)相均可保證4種無(wú)機(jī)砷組分的分離。NH4H2PO4溶液的分離時(shí)間為18 min，而混合流動(dòng)相的分離時(shí)間為8min。混合流動(dòng)相按比例配好后，pH值基本處于5.9范圍，無(wú)需調(diào)整，使用簡(jiǎn)單。而單一組分的流動(dòng)相則需要配好后調(diào)整pH值，否則影響峰的分離。考慮以上因素，混合組分的流動(dòng)相更高效、方便，本研究選擇使用混合流動(dòng)相。

圖1 15 mmol/L NH4H2PO4溶液流動(dòng)相圖譜

圖2 混合流動(dòng)相圖譜

2.2 提取液的選擇

本文研究了三種常見的無(wú)機(jī)砷提取液對(duì)大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW（E）100348的提取效率，結(jié)果見表1。3%TFA和1%HNO3對(duì)大米粉的提取效率相當(dāng)，而10%甲醇的提取效率最低。由于TFA具有輕微毒性和揮發(fā)性，本研究選擇1%HNO3作為提取液。

表1 不同提取液時(shí)，GBW（E）100348中無(wú)機(jī)砷測(cè)定值

2.3 提取時(shí)間的優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)研究了不同浸提時(shí)間對(duì)無(wú)機(jī)砷提取效率的影響，結(jié)果見圖3。由圖3可見，隨著浸提時(shí)間的延長(zhǎng)，無(wú)機(jī)砷提取率增加，當(dāng)90℃浸提1 h后，無(wú)機(jī)砷含量基本保持不變，且符合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認(rèn)定值范圍。

圖3 保溫浸提時(shí)間對(duì)大米無(wú)機(jī)砷提取率的影響

2.4 稱樣量的優(yōu)化

本實(shí)驗(yàn)研究了不同稱樣量對(duì)無(wú)機(jī)砷提取效率的影響。結(jié)果見表2。可見，0.5 g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)回收率較低，1.0 g、1.5 g、2.0g標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)回收率基本相差不大，且符合標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的認(rèn)定值范圍。

表2 不同稱樣量時(shí)，GBW（E）100348無(wú)機(jī)砷測(cè)定值

3 討論

隨著新的食品中砷測(cè)定國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的全面實(shí)施，大米中無(wú)機(jī)砷含量成為各檢測(cè)機(jī)構(gòu)的常規(guī)項(xiàng)目。由于大米中大分子對(duì)砷化合物的結(jié)合或包裹，導(dǎo)致傳統(tǒng)提取方法難以使大米樣品中無(wú)機(jī)砷完全釋放[7]。同時(shí)也要考慮提取液中殘留的酸對(duì)Hamilton PRPX100色譜柱的影響。經(jīng)過本實(shí)驗(yàn)的幾項(xiàng)優(yōu)化，提出了以1.0 g樣品粉末加入20 mL 1%HNO3提取液，90℃浸提1.5 h，采用LC-AFS測(cè)定大米中無(wú)機(jī)砷含量，選擇 5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/L KH2PO4混合溶液作為流動(dòng)相，在8 min內(nèi)4種砷化合物可以完全分離，回收率高達(dá)90.56%。實(shí)驗(yàn)方法快速、靈敏、準(zhǔn)確，適用于食品中大米無(wú)機(jī)砷的測(cè)定，可有效執(zhí)行相關(guān)檢驗(yàn)任務(wù)。