微波輔助提?。合嗌V－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法分析沉積物中砷的形態(tài)

武鑠 虞銳鵬 宋啟軍

（1江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院；2江南大學(xué)國家食品科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫 214122）

微波輔助提?。合嗌V－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法分析沉積物中砷的形態(tài)

武鑠1，2虞銳鵬2宋啟軍1＊

（1江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院；2江南大學(xué)國家食品科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇無錫 214122）

采用微波輔助提?。合嗌V－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法（LC－HG－AFS）聯(lián)用技術(shù)分析了太湖沉積物中砷的形態(tài)［亞砷酸（As（III））、二甲基砷酸鈉（DMA）、一甲基砷酸二鈉（MMA）和砷酸As（V）］。測得沉積物中以無機(jī)砷為主，且以As（V）居多。選定以1mol／L的磷酸和0.1mol／L抗壞血酸為提取液，在微波輔助萃取（功率為60W，時(shí)間12min）下，萃取率達(dá)79.84%～91.57%，回收率在94.78%～107.6%之間。4種砷的形態(tài)在0～160μg／L之間時(shí)線性良好，檢測限為0.6～2.3μg／L，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD為1.62%～2.20%。方法具有簡便、快速、靈敏的特點(diǎn)。

砷形態(tài)；沉積物；液相色譜；原子熒光光譜

1 前言

砷在環(huán)境中的移動(dòng)性、毒性及生物有效性主要取決于其存在形態(tài)，因此砷的價(jià)態(tài)分析對(duì)環(huán)境效應(yīng)評(píng)價(jià)具有重要的意義。土壤中的砷以無機(jī)砷為主，有些淤泥和沉積物中含有少量的有機(jī)砷，如一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA），提取方法對(duì)于砷的測定至關(guān)重要。按照輔助儀器的不同，有水?。?］、超聲［2］，震蕩提?。?］，微波［4］和加速溶劑萃取等［5］。其中微波提取用時(shí)短、提取率高、試劑消耗量少、且不破壞元素的原有形態(tài)。按照提取劑的不同，有水、甲醇［6］、不同的鹽［7］、磷酸［8］提取等。在眾多的提取劑中，磷酸的效果最佳?；诖耍ㄟ^微波輔助磷酸提取法，采用液相色譜－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法檢測，建立了沉積物中4種砷形態(tài)的分析方法，并對(duì)太湖沉積物的砷存在情況進(jìn)行了測定。

2 實(shí)驗(yàn)部分

2.1 儀器及試劑

色譜－原子熒光光譜聯(lián)用儀（AF－610D2，北分瑞利分析儀器公司），工作參數(shù)如下：PMT電壓320V，主電流／輔電流50／30mA，載氣／輔助氣流量600／600mL／min，KBH4（3.0%），HCl（10%），HCl流速4mL／min，進(jìn)樣量200μL；

Hamilton PRP－X100陰離子色譜柱（250mm× 4.1mm，10μm）為分離柱（瑞士Hamilton公司），Hamilton PRP X－100陰離子交換色譜柱或等效柱（10mm×4.1mm，10μm）為保護(hù)柱（瑞士Hamilton公司）；

微波加速反應(yīng)儀（MARS－5，美國CEM公司）；冷凍干燥儀（LABCONCO－Freezone stoppering Tray dryer，USA）；電熱恒溫水浴鍋（HWS12，上海一恒科技有限公司）。

亞砷酸鈉As（Ⅲ）和砷酸氫二鈉As（V）（國家計(jì)量科學(xué)院），二甲基砷酸鈉（DMA）（美國accustandard公司），一甲基砷酸二鈉（MMA）（sigma公司）。GBW07409標(biāo)準(zhǔn)土壤（黑龍江省環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院）；流動(dòng)相20mmol／L磷酸鹽緩沖溶液用0.45μm水膜過濾；分析純KBH4溶于KOH（0.2%）作為還原劑；硫脲（10g／L）作為總砷的還原劑。草酸銨、碳酸氫鈉和碳酸鈉為分析純，磷酸為優(yōu)級(jí)純，上述試劑均購于國家藥品試劑有限公司。

2.2 樣品采集

采用抓斗式底泥采樣器采樣，清除大顆粒石塊和根莖等雜物，置于聚四氟乙烯瓶中保存。回實(shí)驗(yàn)室后，于－40℃冰箱中冷凍24h，取一定量的沉積物置于冷凍干燥儀中冷凍干燥48h。凍干后的樣品用粉碎機(jī)粉碎，過0.15mm篩，低溫干燥后備用。

2.3 樣品總砷的提取

稱取大約0.3g樣品于聚四氟乙烯罐中，加5mL濃硝酸浸泡過夜，次日加入5mL水，微波消解。消解好的樣品置于電爐上趕酸至0.5mL后定容于25mL的容量瓶中。取10mL該消解液置于25mL容量瓶中，加入5mL鹽酸（1＋1）和5mL硫脲，用超純水定容后分析。

2.4 樣品砷形態(tài)的提取

微波提?。河谙夤拗屑尤?.3g樣品以及10mL磷酸提取液（1mol／L）以及抗壞血酸（0.1mol／L），進(jìn)行微波輔助提取。然后將消解液轉(zhuǎn)入離心管中，殘?jiān)俅渭尤肓姿崽崛?。合并兩次消解液，?000r／min下離心15min，上清液定容于50mL容量瓶中，待分析。

3 結(jié)果與討論

為了保證提取前后形態(tài)不發(fā)生變化，實(shí)驗(yàn)選擇了溫和的提取條件。這是由于磷和砷處于同一主族，有著相似的化學(xué)性質(zhì)。土壤中砷主要是被Fe、Mn的氫氧化物膠體吸附，這樣通過離子交換的原理，磷同砷就形成競爭吸附，從而提取出吸附在固體中不容易溶出的砷，達(dá)到較高的提取率［9］，所以選取磷酸作為提取液。

3.1 提取液的優(yōu)化

為了防止提取過程中As（III）被氧化成As（V），根據(jù)文獻(xiàn)在提取液中加入了0.1mol／L抗壞血酸［10］。通過加標(biāo)回收得知，直接用磷酸提取時(shí)，90%As（III）轉(zhuǎn)化為As（V），而加抗壞血酸后，回收率在95.4%～107.9%之間，說明用該法是可行的。濃度是影響提取率的重要因素。當(dāng)磷酸濃度從0.3mol／L提高到1mol／L時(shí)萃取率明顯升高。但是當(dāng)濃度升高到3mol／L時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)土壤As（V）的峰形嚴(yán)重展寬，且As（III）與DMA部分重合，故選擇提取液濃度為1mol／L。

3.2 微波提取實(shí)驗(yàn)的條件優(yōu)化

研究了微波功率與時(shí)間對(duì)提取率的影響，選取了30～75W之間的功率，在30W時(shí)功率太低，基本不能滿足要求，在75W時(shí)，溫度升高，磷酸在高溫高壓下會(huì)有爆炸的危險(xiǎn)。故選擇了45和60W實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果見表1?？梢钥闯鲈?5W時(shí)，增加時(shí)間，最大的提取率僅為68%，且達(dá)到30min時(shí)，樣品出現(xiàn)焦灼。在60W，隨著提取時(shí)間的延長，提取率明顯提高，在18min時(shí)，提取率約為90%，但此時(shí)As（V）的峰有展寬現(xiàn)象。再考慮到用時(shí)問題，選擇了60W，12min作為最終的提取條件。

表1微波提取條件實(shí)驗(yàn)Table 1 The experiment conditions for microwave－assisted extraction μg／g

3.3 As（III）在土壤及沉積物中的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)

由于As（III）容易被氧化，所以樣品的穩(wěn)定性對(duì)形態(tài)分析至關(guān)重要。Pizarro［1］等對(duì)土壤提取液的穩(wěn)定性進(jìn)行了考察，發(fā)現(xiàn)在冰箱（4℃）保存的條件下，30d內(nèi)形態(tài)不發(fā)生變化，90d后As（III）才全部氧化成As（V）。而Gallardo［11］報(bào)道，As（III）在保存20min即開始發(fā)生轉(zhuǎn)化。這些差異可能是由于土壤基質(zhì)和pH值不同所導(dǎo)致，但都表明了As（III）形態(tài)易發(fā)生變化?？疾炝藵舛群蚿H值對(duì)氧化速率的影響。發(fā)現(xiàn)將提取好的試液稀釋10倍，As（III）6h內(nèi)不發(fā)生轉(zhuǎn)化。用氨水調(diào)節(jié)試液pH值為7，As（III）的濃度在6h內(nèi)可保持穩(wěn)定。這個(gè)過程中雖然會(huì)有白色沉淀產(chǎn)生，但過濾后不影響測定。由此可見，As（III）的氧化速率可以通過濃度和pH值來控制。將提取好的溶液，置于冰箱中保存（4℃），并在不同時(shí)間進(jìn)行測定，結(jié)果見圖1?？梢娫嚇釉?h內(nèi)基本穩(wěn)定，而在60h后As（III）已全部氧轉(zhuǎn)化為As（V），故在6h內(nèi)完成測試對(duì)形態(tài)影響不大。

3.4 校準(zhǔn)曲線、檢出限以及精密度

濃度為50μg／L的混合標(biāo)樣測試圖（圖2）。可以看出加入提取液后As（V）峰型展寬，但并不影響其準(zhǔn)確定量。以濃度為橫坐標(biāo)，峰面積為縱坐標(biāo)，繪制線性曲線，并進(jìn)行回歸方程計(jì)算，結(jié)果見表2。重復(fù)5次濃度為50μg／L的標(biāo)準(zhǔn)溶液，計(jì)算RSD。檢出限的計(jì)算：DL＝3S／N（其中N基線噪聲；S儀器的靈敏度元）。

圖1 土壤提取后砷形態(tài)的穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)Figure 1.Stability test for arsenic species after being extracted from soil.

表2 線性方程、檢出限、相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差Table 2 Linear equation，limit of detection，relative standard deviation

3.5 實(shí)際樣品的測定

對(duì)環(huán)太湖的十五個(gè)點(diǎn)位（見圖3a）采集到的沉積物進(jìn)行了測定。圖3b作為一個(gè)例子給出了樣品及其加標(biāo)圖?？偵榈臐舛确秶?.369～13.07μg／g，提取率的范圍在79.84%～91.57%之間。沉積物中無機(jī)砷是主要存在的形態(tài)，且以As（V）為主，兩種有機(jī)砷MMA、DMA均未檢出。為了驗(yàn)證方法的可靠性，并且觀察提取過程中形態(tài)是否發(fā)生變化，采用加標(biāo)回收對(duì)前處理方法進(jìn)行評(píng)價(jià)。選取測得砷含量較高（椒山土壤）和較低（平臺(tái)山土壤）的兩個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行加標(biāo)回收。由表3可知，回收率As（III）為94.90%～107.6%，As（V）為96.00%～103.35%，MMA為94.26%～98.90%，DMA為94.78%～103.4%。為了進(jìn)一步驗(yàn)證方法的精密度，表4列出了混合標(biāo)準(zhǔn)溶液多次測定的RSD，均小于3%。Ellwood等［12］分析了澳大利亞Macquarie湖23個(gè)點(diǎn)位的沉積物，發(fā)現(xiàn)無機(jī)砷也是主要存在的形態(tài)，As（V）的含量較高，濃度范圍為0.11～5μg／g，As（III）為0.23～2.43μg／g，總砷的濃度基本都在7μg／g左右，僅有兩個(gè)點(diǎn)位較高，分別為20.20、15.74μg／g。Hasegawa［13］等報(bào)道了日本Kiba湖砷的含量As（III）未檢出～4.1μg／g，As（V）2.3～7.6μg／g，DMA未檢出～2.5μg／g?？梢钥闯鯝s（V）是湖泊中主要的污染形態(tài)，與上述報(bào)道相比，太湖中砷各個(gè)形態(tài)的濃度略高。

圖2 優(yōu)化條件下濃度為50μg／L四種砷化合物混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖Figure 2.Chromatogram of the mixed arsenic standards（50μg／L）.

表3 樣品的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)Table 3 Recovery studies of spiked sediment samples（n＝3） ng／g

表4 40μg／g的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液測試結(jié)果（n＝7）Table 4 The testing results for the mixed standard solution with concentration of 40μg／g by seven times injection

圖3a 太湖水樣采集點(diǎn)分布圖Figure 3a.The selected sampling positions in the Tai lake.

圖3b 平臺(tái)山樣品及其加標(biāo)圖Figure 3b.XFS spectra for the sediment sample collected from Pingtai mountain before and after standard addition.

4 結(jié)論

采用了液相色譜－氫化物發(fā)生－原子熒光光譜法分析太湖沉積物中砷的污染情況。以磷酸和抗壞血酸為提取液，在微波輔助的條件下提取，回收率較高。方法簡單方便快速，提取率高，大大縮短了提取時(shí)間，且形態(tài)提取后無變化，是值得推廣的一種方法。

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Speciation of Arsenic in the Sediments of Tai Lake by Microwave－Assisted Extraction High Performance Liquid Chromatography and Hydride Generation－Atomic Fluorescence Spectrometry

WU Shuo1，2，YU Ruipeng2，SONG Qijun1＊
（1.SchoolofChemicalandMaterialEngineering，JiangnanUniversity；2.StateKeyLaboratoryofFoodandScienceandTechnology，JiangnanUniversity，WuXi，JiangSu214122，China）

Based on microwave－assisted extraction－liquid chromatography and hydride generation－atomic fluorescence spectrometry，an analytical method for speciation of arsenic containing compound（arsenite As（III），dimethylarsinic acid（DMA），monomethylarsonic acid（MMA）and arsenate As（V））in the Tai lake sediment was developed.The results showed that the main speciation in sediments is inorganic arsenic and arsenate As（V）is the majority of the speciation.This paper chose 1mol／Lphosphoric acid as extracting solution and the microwave－assisted extraction was conducted for 12mins with a power of 60W.The extraction rates were in the range of 79.84%～91.57%.The linear responses for four arsenic species were in the range of 0～160μg／Lwith the limits of detection in the range of 0.6～2.3μg／L，and the recovery rates in the range of 94.78%～107.6%.The developed method is simple，rapid and sensitive，and may be applicable for arsenic speciation in other sediments or soil samples.

arsenic speciation；sediment；LC；AFS

＊通訊作者：宋啟軍，教授，博士生導(dǎo)師。E－mail：qsong＠jiangnan.edu.cn。

O657.31；TH744.16

A

2095－1035（2012）01－0022－05

10.3969／j.issn.2095－1035.2012.01.0004

2011－09－22

2011－12－30

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（20977042）。

武鑠，女，碩士研究生，環(huán)境分析化學(xué)方向。E－mail：wushuo1987＠163.com。