方便面中砷元素的形態(tài)分析

薛慧 ，董賓 ，宮博 ，姚夢楠 ，李盈辰 ，常久樂

(1.北京海光儀器公司，北京 100015； 2.中國神華鄂爾多斯煤制油分公司，內蒙古鄂爾多斯 017209)

砷是一種有毒元素，在自然界中以不同的形態(tài)存在著，而其毒性大小強烈依賴于其在試樣中存在的化學形態(tài)，無機砷毒性遠遠大于有機胂［1］。在自然環(huán)境中，砷主要以有毒無機砷的形式存在，而在有機體中，無機砷通過生物甲基化過程，在生物體內轉化為無毒或低毒的有機胂形態(tài)［1］。現代砷礦的開采和熔煉、工業(yè)廢料的排放、含砷農用化學品如殺蟲劑、除草劑等的使用導致了土壤等環(huán)境污染［2］，砷污染已成為非常嚴重的環(huán)境問題之一。而小麥在生長環(huán)境中比較容易吸收富集砷，其顆粒對砷的積累導致面粉成為人們攝入砷的重要途徑之一［3］，因此對人們的熱衷食品-方便面中砷形態(tài)及含量的檢測顯得極為重要［4］。

目前無機砷的測定方法主要有氫化物發(fā)生-原子熒光光度法和銀鹽法［5］，而砷多種價態(tài)或形態(tài)的檢測主要有高效液相色譜-等離子體質譜聯用法和高效液相色譜-原子熒光聯用法［1］，其中高效液相色譜-等離子體質譜法操作復雜，成本昂貴［6］。筆者采用高效液相色譜-原子熒光聯用法對市售方便面中砷總量與砷形態(tài)含量進行分析研究，該法靈敏度高、操作簡單、成本低、結果準確可靠。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

高效液相色譜-原子熒光聯用儀：LC-AFS 9780型，北京海光儀器公司；

雙道原子熒光光度計：AFS-9780型，北京海光儀器公司；

高壓輸液泵：P600型，北京萊伯泰科儀器公司；

微控數顯加熱板：EG37Aplus型，北京萊伯泰科有限公司；

超聲波清洗器：SK5200HP型，上?？茖С晝x器有限公司；

真空泵：AP-01P型，天津奧特賽恩斯儀器有限公司；

微孔濾膜：0.45 μm，北京北化黎明膜分離技術有限責任公司；

總砷標準儲備液：100 mg/L，國家標準物質中心；

砷形態(tài)標準儲備液(砷酸鹽、亞砷酸鹽、一甲基砷、二甲基砷)：一甲基砷以砷(As)計(25.1±0.8)μg/g，二甲基砷以砷 (As)計 (52.9±1.8) μg/g，砷酸根以砷 (As)計 (17.5±0.4) μg/g，亞砷酸根以砷(As)計 (75.7±1.2) μg/g，中國計量科學研究院；

鹽酸、硝酸、高氯酸：優(yōu)級純；

硼氫化鉀、氫氧化鈉、硫脲、抗環(huán)血酸、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀：分析純；

總砷分析用水為二次去離子水，砷形態(tài)分析用水為高純水；

液相過濾用濾膜：0.22 μm；

預還原劑［硫脲-抗環(huán)血酸混合溶液(100 g/L)］：稱取10 g硫脲、10 g抗壞血酸于100 mL容量瓶中，用去離子水溶解并定容到100 mL，配制成100 g/L硫脲-抗壞血酸混合溶液；

還原劑［硼氫化鉀(20 g/L)-氫氧化鈉混合溶液(5 g/L)］：稱取硼氫化鉀14.0 g、氫氧化鈉2.5 g用去離子水溶解，定容至500 mL，混勻，備用；

載流：10%鹽酸(體積分數)；

流動相：稱取0.895 4 g磷酸氫二鈉(Na2HPO4)、3.026 g磷酸二氫鉀(KH2PO4)，溶解于500 mL高純水中，調整pH值約為5.9，流動相需經0.45 μm無機膜過濾，超聲脫氣后方可使用；

總砷標準使用液(1 μg/mL)：將100 μg/mL標準儲備溶液用去離子水逐級稀釋至1 μg/mL，備用；

砷形態(tài)標準使用液(1 μg/mL)：將4種高濃度砷形態(tài)儲備液分別用高純水稀釋至1 μg/mL，備用。

1.2 儀器工作條件

1.2.1 原子熒光光譜儀(總砷)

光電倍增管負高壓：280 V；砷空心陰極燈電流：75 mA；原子化器高度：8.0 mm；氬氣流量：載氣300 mL/min，屏蔽氣800 mL/min；蠕動泵轉速：80 r/min；測量方式：標準曲線法；讀數方式：峰面積；讀數時間：13 s；延遲時間：3 s；進樣體積：1.5 mL。

1.2.2 高效液相色譜-原子熒光聯用儀(砷形態(tài))

光電倍增管負高壓：320 V；砷空心陰極燈電流：80 mA；原子化器高度：8.0 mm；氬氣流量：載氣300 mL/min，屏蔽氣800 mL/min；蠕動泵轉速：60 r/min；分離方式：等度分離。陰離子交換分析柱：PRP-X100 型 (250 mm×4.1 mm，10 μm)，瑞士Hamilton公司；流動相流量：1.00 mL/min；測量方式：標準曲線法；讀數方式：峰高；讀數時間：13 s；延遲時間：3 s；進樣體積：100 μL。

1.3 樣品預處理

1.3.1 樣品中總砷（濕法消解）

稱取研磨的方便面樣品粉末0.50 g，置于50 mL錐形瓶中，然后用硝酸-高氯酸(體積比為4∶1)混合酸10 mL浸泡，放置過夜。次日置于電熱板上從低溫到高溫進行加熱消解。若消解液處理至2 mL左右時仍有未分解物質或色澤較深，取下放冷，補加硝酸3～5 mL，再消解至2 mL左右觀察，如此反復兩三次，注意避免炭化，直至消解完全（消解液無色或淡黃色），繼續(xù)加熱趕酸至約2～3 mL，冷卻，用去離子水轉入25 mL容量瓶（或比色管）中，加入硫脲-抗壞血酸溶液2.5 mL，定容至刻度，搖勻待測。同時做樣品空白。

1.3.2 樣品中砷形態(tài)（稀酸熱浸提）［5］

稱取樣品粉末1.00 g置于10 mL聚丙烯離心管中，加入10 mL 0.15 mol/L HNO3溶液，密閉。于90℃恒溫水浴箱中熱浸提2.5 h，每隔30 min振搖1 min，使各種砷形態(tài)充分有效提取。提取完畢，取出冷卻至室溫，8 000 r/min離心15 min，取上層清液，經0.22 μm有機濾膜過濾后，待測。

1.4 標準工作曲線配制

1.4.1 總砷

分 別 移 取 0，0.10，0.20，0.40，0.50，1.00 mL 1 μg/mL的砷標準使用液于50 mL容量瓶(或比色管)中，加入硫脲-抗壞血酸混合溶液5.0 mL，濃鹽酸2.5 mL，用去離子水定容至刻度，搖勻，備用(砷相應濃度分別為 0，2.00，4.00，8.00，10.00，20.00 μg/L)。

1.4.2 砷形態(tài)

用1 μg/mL的砷形態(tài)標準儲備液，配制成一甲基砷、二甲基砷、砷酸根、亞砷酸根含量均為0，10，20，40，50 μg/L 的 4種形態(tài)混合標準系列溶液。

1.5 樣品測定

總砷：按1.2.1儀器條件，逐步將爐溫升至所需溫度后，預熱10～20 min，輸入標準系列的數目及其濃度值、樣品溶液的重復測量次數、樣品稀釋倍數等。首先連續(xù)用硝酸溶液(1+9)進樣，待讀數穩(wěn)定之后，用標準空白溶液進樣，自動扣底，依次測定標準系列。測定樣品溶液之前，再次進入樣品空白測定狀態(tài)，以樣品空白溶液進樣并扣底，隨后依次測定樣品溶液。每測不同的試樣前都應清洗進樣器。

砷形態(tài)：按1.2.2儀器條件，預熱10～20 min，首先用標準系列中的任意一點進行組分設定，確定砷的4種組分，繼而進行標準曲線的繪制，對4種組分的標準譜圖進行擬合，得到相應的標準曲線，然后測試樣品。

2 結果與討論

2.1 流動相的選擇［7］

分別對磷酸二氫鈉、磷酸二氫銨、磷酸氫二鈉和磷酸二氫鉀混合液作為流動相進行選擇。以10 mmol/L磷酸二氫鈉溶液為流動相，pH值為9.0進行分離測定時，DMA和As(Ⅲ)信號強度低，分離效果良好；以15 mmol/L磷酸二氫銨溶液為流動相，pH值為9.0進行分離測定時，砷各形態(tài)出峰時間長，DMA和As(Ⅲ)信號強度低，分離效果差；以磷酸氫二鈉和磷酸二氫鉀混合液為流動相，pH值為5.92進行分離測定時，砷4種形態(tài)在6 min內完全分離，峰尖銳，且信號強度高，因此選擇磷酸氫二鈉和磷酸二氫鉀混合液作為流動相。

2.2 流動相流量的選擇

流動相的流量與分離柱的填料性質、顆粒粒徑大小等有關，結合柱子類型與要求，在1.0～1.5 mL/min流量之間選擇，從分析譜圖的分離效果、峰型等指標來看，流量為1.0 mL/min時4種砷形態(tài)的分離效果最好。

2.3 樣品酸度的選擇

樣品采用0.15 mol/L的硝酸溶液進行提取，提取液pH值為1.8左右，PRP-X100陰離子交換柱在pH 1～13之間均有較好的分離效果。由于提取液pH值處于色譜柱允許范圍的下限附近，筆者對提取液進行了堿中和試驗。當加入微量的堿液時，提取液的pH值即發(fā)生很大的突躍，很難使pH值控制在6.0左右，而實驗結果也表明，直接對提取液進行測試，分離效果和信號強度均良好，符合試驗要求，因此無需將樣品溶液的pH值調節(jié)至中性。

2.4 標準譜圖與線性方程

根據1.5總砷測定方法用原子熒光光度計測定總砷標準系列溶液，以質量濃度為橫坐標，熒光強度為縱坐標，繪制標準曲線，曲線回歸方程為：y=190.66x+8.887 9，線性相關系數r=0.999 8。

按1.2.2色譜條件對濃度為100 μg/L的砷混合標準溶液進行分離檢測，在6 min之內，As(Ⅲ)，DMA，MMA，As(Ⅴ)依次出峰，實現完全分離，色譜圖見圖1。然后在標準曲線測定中，依次進行砷形態(tài)系列標準溶液的測定，通過對砷形態(tài)熒光強度和質量濃度進行擬合得到的標準曲線方程與相關系數，結果見表1。

圖1 砷形態(tài)組分設定圖

表1 砷4種形態(tài)的的線性方程與相關系數

2.5 測量重復性

選取濃度為20 μg/L的砷形態(tài)混合標準溶液，連續(xù)進樣6次，以保留時間計算得到定性重復性小于0.5%，以出峰-峰高計算得到定量重復性小于5.0%，數據見表2。

2.6 樣品測定與加標回收試驗

標準曲線繪制后，在相同的儀器條件下進行樣品測量，得到實際樣品中砷形態(tài)的分離譜圖（見圖2）。

表2 測量重復性實驗結果

圖2 方便面中砷形態(tài)分離譜圖

由圖2可以看出，方便面中砷的主要形態(tài)為三價無機砷和五價無機砷，幾乎不含有機砷的形態(tài)，此測定結果與文獻報道谷物類樣品中砷形態(tài)以無機砷為主相一致，同時在三價無機砷分離之前還檢測到峰信號，保留時間與之非常接近，說明還存在一種未知的砷化合物，經過和總砷含量比較證實，此砷化合物可能是一種砷糖，多存在于植物類物質中，且毒性很弱，不會對人體構成傷害。

選取樣品1進行砷主要形態(tài)的加標回收試驗，結果見表3。

表3 方便面中砷主要形態(tài)加標回收試驗結果

由表3可知，砷主要形態(tài)的加標回收率在84.2%～95.7%之間，回收率較好，說明試驗數據準確、可靠。

利用原子熒光光度計測試樣品中總砷含量，并與砷主要形態(tài)含量之和進行對比?？偵楹颗c砷主要形態(tài)含量見表4。通過對3個不同樣品的測量可知，樣品消解后測得的總砷含量略高于樣品中砷主要形態(tài)含量之和，經過樣品中砷形態(tài)分析譜圖(圖2)分析得知，樣品中含有少量砷糖類有機砷物質，由于無法定量檢測，沒有計算在總量砷的加和當中。而樣品在氧化性很強的強酸中消解，所有的砷形態(tài)都轉化為無機砷，故測定總砷時結果要高一些。

表4 方便面中總砷含量與砷主要形態(tài)含量

用該方法對市售不同品牌的方便面進行檢測，無機砷的含量均在0.02 mg/kg之下。根據GB 2762-2005《食品中污染物限量》中對食品中砷含量的規(guī)定，面粉中無機砷限量值為0.1 mg/kg，所檢方便面中無機砷均未超標。小麥中主要以無機砷形態(tài)存在，主要通過根部吸收土壤中砷而傳輸到籽粒，所以小麥生長環(huán)境中的土壤、灌溉用水對其影響極大。在一些砷污染嚴重的地區(qū)，如工業(yè)區(qū)或采礦周邊地區(qū)，小麥中無機砷含量嚴重超標，針對上述情況，建議相關部門加大監(jiān)管力度，減少甚至杜絕由于小麥砷污染而帶來的人身傷害。

3 結語

利用原子熒光光譜技術測定了方便面中的總砷含量，并利用高效液相色譜-原子熒光聯用技術對方便面中砷的主要形態(tài)進行了分析。通過分析結果可以看出，方便面中主要含有極少量的無機砷形態(tài)，且都沒有超出國家標準。由此說明用稀酸、熱水浴浸提砷有效形態(tài)的方法有比較好的提取效率，此提取方法方便可行，可應用于日常食品中砷形態(tài)的分析研究。

［1］胡斌，江祖成.色譜-原子光譜/質譜聯用技術及形態(tài)分析［M］.北京：科學出版社，2005: 113-152.

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［5］GB/T 5009.11-2003 食品中總砷及無機砷的測定［S］.

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［7］林凱，姜杰，黎雪慧，等.高效液相-原子熒光光譜法(HPLCAFS)測定大米中不同形態(tài)砷方法的研究［J］.實用預防醫(yī)學，2013，20(1): 98-100.