毛細(xì)管電泳電感耦合等離子體質(zhì)譜(CEICPMS)聯(lián)用測(cè)定干海產(chǎn)品中的六種砷形態(tài)化合物

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(1. 中國(guó)海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島 266100;2. 國(guó)家海洋局第一海洋研究所,山東青島 266061)

海洋中砷無(wú)所不在,其含量一般為1 ～ 2μg/L[1],在大洋深處,砷主要以砷酸鹽As(V)的形態(tài)存在,而在海洋表面,除了五價(jià)無(wú)機(jī)砷,表層海水中還含有少量的亞砷酸鹽As(III),甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)[2 - 3]。目前,海產(chǎn)品中已發(fā)現(xiàn)的砷形態(tài)化合物有25種之多,但主要是以毒性很低的砷甜菜堿(AsB)、砷膽堿(AsC)、砷糖(AsS)和砷脂(AsL)等形式存在[4 - 6]。因此,區(qū)分海產(chǎn)品中的無(wú)機(jī)砷和有機(jī)砷對(duì)于評(píng)價(jià)海產(chǎn)品的安全尤為重要。但從目前的研究來(lái)看,絕大多數(shù)研究主要集中在某種海產(chǎn)品砷污染的分析,對(duì)動(dòng)物性和植物性海產(chǎn)品砷形態(tài)不同特征及其來(lái)源的研究卻鮮見(jiàn)報(bào)道。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法(ICP - MS)在日常分析工作中是一種應(yīng)用最為廣泛的技術(shù)[7 - 9],已成為痕量、超痕量分析中不可缺少的常規(guī)分析方法;毛細(xì)管電泳(CE)具有分析速度快、消耗樣品少、準(zhǔn)確性高等優(yōu)點(diǎn)[10],因此二者聯(lián)用已成為一種強(qiáng)有力的元素形態(tài)分析工具[11 - 13]。本實(shí)驗(yàn)以魷魚(yú)、銀魚(yú)、沙丁魚(yú)、蝦、牡蠣、蛤蜊、紫菜、羊棲菜、海帶、滸苔的干海產(chǎn)品為研究對(duì)象,利用毛細(xì)管電泳和電感耦合等離子體質(zhì)譜(CE - ICP - MS)聯(lián)用技術(shù)建立了同時(shí)檢測(cè)干海產(chǎn)品中六種砷形態(tài)的分析方法,以期為干海產(chǎn)品的安全性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1. 1 材料與儀器

7500a型ICP - MS 美國(guó)安捷倫公司;CEi - SP20型毛細(xì)管電泳儀 中國(guó)?？乒?毛細(xì)管柱為75 μm i. d. × 60cm的未涂層熔融石英毛細(xì)管;Milli - Q超純水處理系統(tǒng) 美國(guó)密理博公司,電阻率大于18. 2MΩ·cm;MARS微波消解儀 美國(guó)培安公司;ASE100型快速溶劑萃取儀 美國(guó)戴安公司;真空冷凍干燥機(jī) 美國(guó)LABCONCO公司。

亞砷酸根、砷酸根、甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、砷甜菜堿(AsB)、砷膽堿(AsC)標(biāo)準(zhǔn)溶液均購(gòu)自國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心,龍蝦肝胰腺(TORT - 2)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(加拿大國(guó)家研究中心),HNO3、CH3OH、H2O2、NaOH、H3BO3(優(yōu)級(jí)純),Na2B4O7(分析純)。樣品魷魚(yú)、銀魚(yú)、沙丁魚(yú)、蝦、牡蠣、蛤蜊、紫菜、羊棲菜、海帶均購(gòu)自市場(chǎng),滸苔取自青島石老人海水浴場(chǎng)。

1. 2 實(shí)驗(yàn)方法

1. 2. 1 CE條件 參考文獻(xiàn)[13],分離電壓為18kV,泵速為36μL/min,進(jìn)樣時(shí)間為15s,分離時(shí)間為900s,運(yùn)行緩沖液為40mmol/L H3BO3- 10mmol/L Na2B4O7(pH9. 10)。每次測(cè)試前,分別用超純水、0. 1mol/L氫氧化鈉、超純水、運(yùn)行緩沖液清洗毛細(xì)管15 min,兩個(gè)樣品之間,分別用超純水與運(yùn)行緩沖液清洗毛細(xì)管150s。

1. 2. 2 ICP - MS條件 參考文獻(xiàn)[13],射頻(RF)功率1350W,載氣為高純液氬,純度大于99. 999%,載氣流速為1. 17L/min,積分時(shí)間為0. 5s。在測(cè)定前,用10μg/L的Li、Y、Ce、Tl的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液對(duì)電感耦合等離子體質(zhì)譜進(jìn)行調(diào)諧,使儀器的靈敏度、分辨率、氧化物、雙電荷干擾達(dá)到分析測(cè)定的要求。

1. 2. 3 砷總量(AsT)的測(cè)定 參考文獻(xiàn)[6],將冷凍干燥后的干海產(chǎn)品研磨粉碎,過(guò)80目尼龍篩,準(zhǔn)確稱取0. 2g樣品于聚四氟乙烯(PTFE)高壓消解罐中,加入5mL HNO3+1mL H2O2,在80℃烘箱中預(yù)消解4h后,取出放氣,再于180℃條件下消解4h。待消解完畢冷卻后,將溶液轉(zhuǎn)移至干凈的30mL聚乙烯(PET)塑料瓶中,用超純水定重至25. 0g。

1. 2. 4 砷形態(tài)的提取 參考文獻(xiàn)[6],快速溶劑萃取法(ASE):準(zhǔn)確稱取0. 5g樣品于不銹鋼萃取池中。萃取程序設(shè)定為:溫度為100℃,壓力為1500psi,時(shí)間為5min×3,溶劑為50%甲醇溶液(v/v)。萃取液轉(zhuǎn)移到氮吹瓶中,用氮?dú)獯抵两?緩沖溶液定重至5g,供CE - ICP - MS測(cè)定。

超聲輔助萃取法(SON):準(zhǔn)確稱取0. 2g樣品于10mL具塞離心管中,加入6mL 50%甲醇溶液(v/v),浸泡過(guò)夜。在室溫下超聲45min,然后在5000r/min條件下離心30min,小心移出上層清液于50mL氮吹瓶中。重復(fù)上述步驟3次,合并3次提取液到同一個(gè)氮吹瓶中,用氮?dú)獯抵两?緩沖溶液定重至5g。

2 結(jié)果與分析

2. 1 海產(chǎn)品中砷總量的測(cè)定

實(shí)驗(yàn)測(cè)得樣品的砷總量如表1所示。與我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《食品污染物限量》(GB 2762 - 2005)相比,本研究中被檢海產(chǎn)品中除了滸苔砷總量其余均超過(guò)了標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的無(wú)機(jī)砷允許限值(藻類≤1. 5μg/g,貝類及蝦蟹類≤1. 0μg/g)。如果以砷總量加以判斷,這些干海產(chǎn)品均不能食用。這顯然是不符合實(shí)際的,也是不科學(xué)的。

表1 不同海產(chǎn)品中的砷總量及其提取率(μg/g,n=3)Table 1 Total arsenic(AsT)concentration in dry seafood products(DSPs)and extraction efficiency(μg/g,n=3)

注:AsT為使用ICP - MS直接測(cè)定的酸消解后的砷總量;AsTE為使用ICP - MS直接測(cè)定的超聲提取液中的砷總量;EE%為提取液中砷總量占酸消解砷總量的比例。

2. 2 色譜條件的選擇

由于毛細(xì)管電泳的流量太小(10 ～ 100nL/min),不能滿足電感耦合等離子體質(zhì)譜對(duì)樣品的分析要求(mL/min),因此需要增加一路鞘液作為補(bǔ)償液。常用的鞘液有硝酸銨[14]、氯化鈉[15]、稀硝酸[16]等,若鞘液中含有一定量的有機(jī)物,有助于提高樣品的霧化效率,從而可以進(jìn)一步提高砷形態(tài)分析的靈敏度。

本實(shí)驗(yàn)選擇20μg/L的混合標(biāo)樣作為例子,在鞘液中添加一定量的甲醇,考察砷的靈敏度隨甲醇含量的變化情況。從圖1中可以發(fā)現(xiàn),當(dāng)甲醇含量達(dá)到6%時(shí),所有砷形態(tài)均出現(xiàn)較強(qiáng)信號(hào)?？紤]到甲醇含量過(guò)高會(huì)增加等離子體的有機(jī)負(fù)荷,導(dǎo)致儀器信號(hào)的不穩(wěn)定,且分解產(chǎn)生的碳可能會(huì)對(duì)采樣錐口造成堵塞,因此本研究選擇6%甲醇作為鞘液。

表2 不同提取方法對(duì)TORT - 2標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中砷形態(tài)的提取效果(μg/g)Table 2 Quantitative result of arsenic species in TORT - 2 using different extraction methods(μg/g)

圖1 砷信號(hào)隨甲醇含量的變化Fig. 1 Effect of methanol content

注:ND為未檢出。

在優(yōu)化的條件下,對(duì)六種砷形態(tài)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行分析,以5. 0μg/L的CE - ICP - MS色譜圖見(jiàn)圖2。從圖中可以看出,AsC、AsB、As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(Ⅴ)在20min內(nèi)即可實(shí)現(xiàn)基線分離,各種砷形態(tài)化合物的峰形與分離度均較為理想。

圖2 六種砷形態(tài)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的CE - ICP - MS色譜圖Fig. 2 Electropherogram of a mixed standard solution of arsenic species by CE - ICP - MS 注:濃度為5μg/L,1. AsC,2. AsB,3. As(Ⅲ),4. DMA,5. MMA,6. As(Ⅴ)。

2. 3 干擾及消除

由于儀器所用的載氣為高純氬氣,易與樣品中的35Cl形成35ClAr+多原子離子干擾,影響75As的測(cè)定。因此在總量測(cè)定時(shí),使用干擾方程75As=75M -77M(3. 127)+82M(2. 733) -83M(2. 757)進(jìn)行校準(zhǔn)[17],在形態(tài)分析時(shí),同時(shí)監(jiān)測(cè)75As、35Cl、82Se、83Kr等信號(hào),以此來(lái)獲得75As的準(zhǔn)確含量。

2. 4 提取方法的對(duì)比

由于實(shí)際樣品存在復(fù)雜的基體,應(yīng)用上述方法對(duì)龍蝦肝胰腺(TORT - 2)標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)中的砷形態(tài)進(jìn)行分析,以此結(jié)果驗(yàn)證方法的準(zhǔn)確性。分別采用快速溶劑萃取(ASE)和超聲輔助萃取(SON)兩種前處理方法進(jìn)行提取,結(jié)果見(jiàn)表2。當(dāng)采用50%甲醇溶液超聲提取方法時(shí),所測(cè)得的AsC、AsB、DMA和As(V)數(shù)據(jù)與參考值[18]基本一致,表明本研究所建立的方法具有較好的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性,能夠滿足海產(chǎn)品中砷形態(tài)分析的要求。

2. 5 海產(chǎn)品中砷的形態(tài)分析

采用超聲輔助萃取法對(duì)已處理好的干海產(chǎn)品進(jìn)行分析檢測(cè),測(cè)定結(jié)果列于表3。

從表3可以看出,被檢海產(chǎn)品中的無(wú)機(jī)砷含量為0 ～ 0. 64(g/g,僅占砷總量的0 ～ 15. 2%,并沒(méi)有超過(guò)《食品污染物限量》(GB 2762 - 2005)規(guī)定的限值(藻類≤1. 5μg/g,貝類及蝦蟹類≤1. 0μg/g);動(dòng)物類海產(chǎn)品中砷甜菜堿的含量占總萃取砷的18. 7% ～ 79. 8%;植物類干海產(chǎn)品中的砷主要以未知的有機(jī)砷形態(tài)存在,其含量占總萃取砷的71. 0% ～ 96. 9%。根據(jù)Hayakawa的砷代謝理論[19],浮游植物可以較容易地通過(guò)膜轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)從海水中吸收無(wú)機(jī)砷,再經(jīng)過(guò)還原和甲基化,最后主要以砷糖及少量的砷甲基化合物形式存在;而大多數(shù)海洋動(dòng)物主要通過(guò)食物鏈吸收富集砷,最后主要以砷甜菜堿的形式存在。本研究的結(jié)論與Hayakawa理論基本一致。

3 結(jié)論

建立了CE - ICP - MS同時(shí)測(cè)定干海產(chǎn)品中六種砷形態(tài)的方法,該方法樣品消耗量少、準(zhǔn)確、快速。利用該方法分別對(duì)魷魚(yú)、銀魚(yú)、沙丁魚(yú)、蝦、牡蠣、蛤蜊、紫菜、羊棲菜、海帶、滸苔中的砷形態(tài)進(jìn)行了分析。結(jié)果表明,海產(chǎn)品中主要是有機(jī)砷,而無(wú)機(jī)砷含量極低,萃取液中無(wú)機(jī)砷含量?jī)H占砷總量的0 ～ 15. 2%。

表3 不同海產(chǎn)品中砷形態(tài)的定量分析結(jié)果(μg/g)Table 3 Quantitative result of diferent arsenic species in dry seafood products(μg/g)

注:PE(%)為不同砷化合物占總萃取砷的比例。

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