原子熒光光譜在砷含量測定及其形態分析中的應用

邵文堯，吳藝茹，彭淑女

(廈門大學 化學化工學院 化學國家級實驗教學示范中心(廈門大學)，福建 廈門 361005)

砷是廣泛存在于我們生存環境中的非金屬元素，砷的毒性與其化合物的形態密切相關，不同形態的砷之間毒性可能存在巨大的差異[1]。砷的生物毒性和生物利用度不只取決于總量，更取決于其化學物種[2]。亞砷酸鹽[As(Ⅲ)]、砷酸鹽[As(V)]、一甲基砷 (MMA)、二甲基砷(DMA)、砷甜菜堿(AB)、砷膽堿(AC)、砷脂和砷糖等形態的砷化合物是海洋生物中較為常見的[3-4]。研究表明海產品中所含有的常見的幾種砷形態之間的毒性從大到小順序約為As(Ⅲ)、As(V)、MMA、DMA、AC、AB[5-6]。因此，海產品中無機砷與有機砷化物的區別對于海產品是否可以食用的安全性評估非常重要。鑒于當下對海產品中砷的研究大部分集中在新鮮海產品中砷形態的分析[7]，本文以海鮮干制品為研究對象，探討其中的總砷量和含有的砷形態。與新鮮海產品相比，海鮮干制品需要經過烹飪、調味、晾曬或干燥等過程，這些過程或多或少會影響海產品中存在的砷形態。而目前對海鮮干制品中總砷和砷形態的研究仍極為少見。高效液相色譜因其極佳的柱效和分離能力，常與原子熒光光度計和質譜儀聯用進行砷形態檢測[8-10]。但是質譜儀的價格較為昂貴，與高效液相色譜聯用的方法較難得到廣泛運用[11-12]。高效液相色譜-原子熒光光譜法(HPLC-AFS)具有靈敏度高、選擇性好、檢出限低等優點[13-15]。因此，本實驗采用HPLC-AFS對海鮮干制品中的砷形態進行分析。本實驗在測定總砷時，分別采用氫化物原子熒光光譜儀(HG-AFS)和電感耦合等離子體發射光譜儀(ICP-OES)對樣品進行測定，通過實驗結果比較，選出一種更適合測定海鮮干制品中總砷量的方法。

1 材料與方法

1.1 實驗儀器、試劑與材料

SA-20型原子熒光形態分析儀、AFS-8230型氫化物發生原子熒光光度計，北京吉天儀器有限公司；KQ-100B型超聲清洗機，昆山超聲儀器有限公司；漢密爾頓PRP-X 100陰離子交換柱 (4.1 mm×250 mm，10 μm)，美國Agilent儀器有限公司；IRIS Intrepid II XSP 型電感耦合等離子體發射光譜儀，美國Thermo Electron公司；DB-1型電熱板，常州國華電器有限公司；Elix 100型超純水機，美國Millipore公司；PRACTUM124-1CN型分析天平，德國Sartorius公司。

As(V)(GBW08667)、DMA (GBW08669)、MMA(GBW08668)、As(Ⅲ)(GBW08666)、砷標準溶液(GBW08611)，中國計量科學研究院；鹽酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸、高氯酸、氫氧化鉀、硼氫化鉀、硫脲、抗壞血酸均為市售分析純。

牡蠣干、淡菜干、魷魚干、蟶干、蛤干均購于當地大型超市。

1.2 實驗方法

1.2.1 標準溶液的配制

砷形態標準溶液。取As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)標準溶液，用超純水配制1.0 mg/L的混合標準使用液，再將其用超純水稀釋為0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100.0 μg/L的混合標準溶液。

AFS測定時的標準溶液。將1 000 μg/mL的砷標準溶液逐級稀釋為1 μg/mL標準中間液，再分別配制質量濃度為0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0 和100.0 μg/L的砷標準溶液，溶液體系內包含5%硫酸+1%抗壞血酸+1%硫脲。

ICP-OES測定時的標準溶液。取1 000 μg/mL的砷標準溶液，分別用5%硝酸溶液將其稀釋為0、10.0、50.0和100.0 μg/mL的標準溶液。

1.2.2 儀器條件

原子熒光儀條件：形態分析儀泵速60 r/min，負高壓270 V，原子化器高度8 mm，總電流80 mA，輔電流40 mA，載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，總砷載流7%(體積比)鹽酸溶液，砷形態載流5%(體積比)鹽酸溶液，還原劑0.5%KOH和2%KBH4混合溶液。

色譜柱條件：柱溫35 ℃，流速1.0 mL/min，進樣體積100 μL，流動相15 mmol/L NH4H2PO3溶液(pH=6.0，用10%甲酸溶液調節)。

ICP-OES條件：入射功率1 150 W，冷卻氣流量14.0 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，載氣流量0.8 L/min，霧化室壓力0.193 MPa，泵轉速110 r/min,重復次數2次,軸向觀測。

1.2.3 樣品前處理方法

砷形態分析前處理方法。樣品粉碎后，準確稱取1.000 0 g樣品于50 mL離心管中。分別以20 mL乙酸-水(體積比1∶19)、硝酸-水(體積比1∶99)、鹽酸-水(體積比1∶99)溶液為提取劑，進行超聲提取(溫度65 ℃、時間60 min)，在8 000 r/min 條件下離心10 min，收集上清液，用0.22 μm針頭濾器過濾，待上機檢測，同時做試劑空白對照。

總砷前處理方法。樣品粉碎后，準確稱取0.500 0 g于250 mL錐形瓶中，再加入10 mL硝酸、1 mL高氯酸和1 mL硫酸，靜置一夜。將錐形瓶置于溫度為300 ℃的電熱板上蒸發至1.5 mL左右，高氯酸的白煙開始出現，加熱至其白煙散盡，硫酸的白煙開始冒出。取下錐形瓶，冷卻后加入10 mL超純水，繼續加熱，直至白煙冒出。冷卻后轉移至50 mL容量瓶中。AFS測定時向容量瓶中加入1.2 mL 10%硫脲-抗壞血酸溶液(1∶1)、2.0 mL的10%硫酸溶液，用水定容；ICP-OES測定時直接用水定容，待上機檢測，同時做試劑空白對照。

2 結果與討論

2.1 總砷含量檢測方法的優化選擇

取蛤干、淡菜干和魷魚干這3種樣品，按照樣品前處理方法處理，分別采用HG-AFS和ICP-OES測定，得到實驗數據如表1所示。

表1 HG-AFS和ICP-OES測定的實驗結果

由表1可知：樣品中的砷含量為20～80 μg/L，恰好位于原子熒光工作曲線的線性范圍中部。用ICP-OES測定時，干擾譜線影響比較大，因而數據波動比較大，數據的有效數字位數少，實驗結果誤差較大，并且ICP-OES操作較為麻煩。本實驗中原子熒光法操作更簡便、檢出限更低，精密度更高。綜上，選用原子熒光光譜法對海鮮干制品中的總砷含量進行檢測。

2.2 砷形態分析前處理條件的優化

選用乙酸-水溶液、硝酸-水溶液、鹽酸-水溶液作為提取劑分別對淡菜干、牡蠣干這2種樣品進行前處理，結果如圖1所示。

圖1 不同提取劑前處理得到的實驗結果

由圖1可知：使用鹽酸-水溶液作為提取劑，提取出來的只有As(Ⅲ)；用硝酸-水溶液提取出來的砷形態數量最多也只有3種；用乙酸-水溶液作為提取劑，提取效率較高，且更有利于對砷形態的保留，更適合于動物性干海產品中的砷化合物提取。因此選擇乙酸-水溶液作為形態分析中的提取劑。

2.3 標準曲線、相關系數與檢出限

按本實驗方法和條件測得的混合標準溶液色譜圖如圖2所示。由圖2可知：4種砷形態As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)的保留時間分別為4.21、5.36、6.01和11.20 min，4種組分在13 min內能實現良好的基線分離。

圖2 混合標準溶液色譜圖

以標準工作曲線的橫坐標X為質量濃度，縱坐標Y為峰面積進行方程回歸，回歸方程、相關系數r和方法檢出限如表2所示。由表2可知：總砷和4種砷形態的工作曲線在濃度范圍內線性良好。在上述實驗條件下，以3倍噪音水平所相當的待測物質濃度來計算檢出限。由于儀器自身特性，ICP-OES標準化一般只需2個點、1個標準空白和1個標準溶液即可。檢出限由儀器測定標準空白溶液時給出，其值為5.2 μg/L。

表2 回歸方程、相關系數r和方法檢出限

2.4 方法精密度

稱取6份淡菜干樣品，檢測樣品中總砷和4種砷形態的含量，分析結果如表3所示。

表3 方法精密度實驗結果(n=6)

由表3可知：6份平行淡菜干樣品中總砷和4種不同砷形態含量的相對標準偏差(RSD)為1.11%～4.16%，由此可見，本方法的精密度和重現性可以滿足實驗中微量分析的要求。

2.5 加標回收實驗

為了考察本實驗方法的有效性和準確性，選取魷魚干、蟶干2種樣品做加標回收實驗。砷形態分析加標量分別為40.0和50.0 μg/L，總砷測定加標量分別為10.0和20.0 μg/L。實驗結果如表4所示。由表4可知：2種樣品中總砷回收率為87.7%～120.3%，各種砷形態的回收率為96.7～110.9%，都處于合理范圍內，證明本實驗方法是準確可靠的。

表4 加標回收實驗結果

2.6 海鮮干制品的總砷測定和砷形態分析

在當地大型超市采購魷魚干、淡菜干、牡蠣干、蛤干和蟶干這5種海鮮干制品，用本方法進行測定，結果如表5所示。

表5 5種海鮮干制品的砷形態分析結果

由表5可知：測定的5種產品中的無機砷含量均未超過《食品安全國家標準 食品中污染物限量》的砷限量指標(0.5 mg/kg，以無機砷計)[16]。MMA和DMA對人體具有一定的毒性，但毒性遠小于As(Ⅲ)和As(V)的。本研究樣品中的MMA和DMA含量之和均小于0.5 mg/kg，由于國家食品安全標準并未對海產品中有毒的有機砷含量做限定，因此，以無機砷限量指標來衡量的話，則可認為所測定的樣品是安全的。

3 結論

建立了高效液相色譜-原子熒光光譜法用于海鮮干制品的總砷測定和砷形態的分析，優化了砷形態分析前處理的方法，對比了原子熒光光譜法和電感耦合等離子體發射光譜法對樣品總砷含量的測定，最終選用原子熒光光譜法對5種海鮮干制品中的總砷含量進行檢測。

該方法具有精密度高、檢出限低、快速準確、干擾小等優點，實驗結果顯示，雖然海鮮干制品中的總砷含量較高，但是實驗檢測的5種產品中的無機砷含量均未超過國家標準，因此是可以安全食用的。實驗測得的2種有機砷的實驗數據，也能為國家食品安全標準的完善提供參考。