稻谷中總砷與無機砷含量關(guān)系分析

向西

摘 要：采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）和高效液相色譜與電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-ICP-MS）分別測定來自不同地區(qū)的100份樣品中的總砷和無機砷含量，結(jié)果表明：稻谷中的總砷含量在0.13～0.36 mg/kg，無機砷含量在0.073～0.183 mg/kg，占總砷含量的32%～65%，均值為52.1%，經(jīng)對比分析，稻谷中無機砷含量與總砷含量無直接線性關(guān)系，稻谷中總砷的測定不能有效反映稻谷中有毒有害砷的含量。

關(guān)鍵詞：稻谷;無機砷;總砷;高效液相色譜（HPLC）;電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）;聯(lián)用技術(shù)

水稻是我國最主要的糧食作物，主要含碳水化合物、蛋白質(zhì)等營養(yǎng)物質(zhì)[1]。近年來，含砷農(nóng)藥的使用和含砷“三廢”排放造成的環(huán)境污染加劇，加之稻谷對重金屬元素有較強的富集能力，導(dǎo)致稻谷中鎘、砷等重金屬元素含量較高[2]。砷元素的毒性與其形態(tài)有著密切的聯(lián)系，其毒性大小依次為，AsⅢ（亞砷酸鹽）>AsⅤ（砷酸鹽）>MMAⅢ（一甲基亞砷酸）>DMAⅤ（二甲基亞砷酸）>一甲基砷酸（MMAⅤ）>二甲基砷酸（MMAⅤ）>砷甜菜堿（AsB）>砷膽堿（AsC），其中無機砷（AsⅢ+AsⅤ）毒性最大，俗稱砒霜，AsB和AsC通常被認(rèn)為是無毒的砷化合物[3-4]。稻谷中常見的砷形態(tài)主要有AsⅢ、AsⅤ、MMAⅤ與MMAⅤ4種[5]。國際上對砷的衛(wèi)生學(xué)評價均以無機砷為依據(jù)[6]。我國GB 2762-2017《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》中規(guī)定稻谷（以糙米計）中砷以無機砷含量不超0.2 mg/kg為判定線[7]。而一般稻谷收儲、大米加工等企業(yè)對稻谷中無機砷含量的檢測能力比較弱，普遍希望通過測定稻谷中總砷含量來反映有毒有害砷含量。本研究對稻谷總砷含量和無機砷含量進(jìn)行對比分析，為稻谷中有毒有害砷元素評價方式作出初步探索。

1 樣品來源

為實現(xiàn)稻谷中無機砷含量與總砷含量關(guān)系的分析，本研究通過特殊采集方式分別采集來自湖北、河北、安徽等稻谷主產(chǎn)地的稻谷，按照各地區(qū)兼顧、高低含量覆蓋的原則選取100份稻谷樣品進(jìn)行分析對照。

2 材料與方法

2.1 儀器與試劑

儀器：電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（NexION350X）：PerKinElmer;高效液相色譜（A-10）PerKinElmer;高壓密閉微波消解系統(tǒng)（ETHOS one）：Milestone;恒溫水浴振蕩器（LW20）：北京萊博泰科股份有限公司;電子天平（d=0.0001）：Sartorius;高速離心機（TG16-WS）湘儀;PH計（pHS-3C+）：成都世紀(jì)方舟科技有限公司。

試劑：超純水，電阻率18.2 MΩ/cm;NH3·H2O優(yōu)級純;NH4H2PO4優(yōu)級純;HNO3默克優(yōu)級純。無機砷標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：亞砷酸根（AsⅢ）（M2AS66011）、砷酸根（AsⅤ）（M2-AS658370），美國INORGANIC VENTURES公司;砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（GSB04-1714-2004），國家有色金屬及電子材料分析測試中心;大米粉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）100348），鋼鐵研究總院分析測試研究所。

2.2 高效液相色譜及ICP-MS條件

高效液相色譜條件：Hamilton LAGJ-79181陰離子交換色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 ?m）;流動相6 mmol/LNH4H2PO4與6 mmol/LNH4NO3混合溶液（pH=8.6），流速1 mL/min;進(jìn)樣體積為25 ?L。

ICP-MS條件：ICP RF功率1 100 W，霧化器流量0.87 mL/min，輔助氣流量1.2 mL/min，采樣深度8.0 mm，采集質(zhì)量數(shù)為75。

2.3 稻谷中無機砷形態(tài)的提取

取不同地區(qū)100份稻谷樣品，脫殼粉碎均勻。稱取混勻后的樣品約1 g（精確至0.000 1 g）于50 mL離心管中，加入20 mL 0.15 mmol/L（1+99）的HNO3溶液，搖勻，置于90 ℃恒溫水浴振蕩器中加熱提取2.5 h，靜置冷卻到室溫后，于8 000 r/min高速離心機中離心15 min，取上層清液過0.22 ?m水系濾膜，上機分析[6]。

2.4 稻谷中總砷含量測定

稱取混勻后的樣品約0.35 g（準(zhǔn)確至0.000 1 g）于消解罐內(nèi)，加入5 mL濃HNO3放置過夜。樣品消解完成冷卻到室溫后打開消解罐，在趕酸儀上加熱趕酸至近干，冷卻后轉(zhuǎn)移至25 mL量筒中，用少量水洗滌內(nèi)罐3次，合并洗滌液并定容至刻度，混勻。超純水于消化管內(nèi)上蓋搖勻，用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀測定總砷。

2.5 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配置

無機砷混標(biāo)：吸取AsⅢ、AsⅤ標(biāo)準(zhǔn)溶液，用超純水逐級稀釋為5、10、20 ?g/L以及50 ?g/L的混合標(biāo)準(zhǔn)工作液（現(xiàn)用現(xiàn)配）?？偵闃?biāo)樣：吸取砷單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液用超純水逐級稀釋為5、10、20、40 ?g/L與50 ?g/L的標(biāo)準(zhǔn)工作液（現(xiàn)用現(xiàn)配）。

3 結(jié)果與分析

3.1 無機砷測定結(jié)果

3.1.1 色譜條件選擇

高效液相色譜條件：Hamilton LAGJ-79181陰離子交換色譜柱（250 mm×4.6 mm，5 ?m）;流動相6 mmol/LNH4H2PO4與6 mmol/LNH4NO3混合溶液（pH=8.6），流速1 mL/min;進(jìn)樣體積為25 ?L。分離度和保留時間均能達(dá)到實驗要求，圖1為選用該流動相的10 ug/L無機砷標(biāo)準(zhǔn)溶液和標(biāo)準(zhǔn)樣品GBWE100348的分離色譜圖。

3.1.2 線性范圍及檢出限

配置的系列無機砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，在0～50?g/L范圍內(nèi)線性范圍良好，R>0.999 5，以3倍信噪比（S/N=3）對應(yīng)的濃度及稱樣量為1 g，體積為20 mL計算檢出限，結(jié)果見表1。

3.1.3 方法的精密度及準(zhǔn)確度

以加標(biāo)回收和標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)檢驗方法的準(zhǔn)確性，選取大米粉標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）100348）樣品平行測定6次，實驗結(jié)果見表2。并對標(biāo)準(zhǔn)樣品進(jìn)行加標(biāo)回收實驗，回收結(jié)果見表3。

從表2、表3可以看出，該方法測定樣品時，精密度<6%，回收率為89%～92.3%，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)無機砷測定接近樣品標(biāo)準(zhǔn)值。說明該提取方法不會造成砷形態(tài)轉(zhuǎn)化。并能準(zhǔn)確分析樣品中無機砷含量。

3.2 總砷測定結(jié)果

本研究采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定大米中總砷含量，方法的線性方程、線性范圍、相關(guān)系數(shù)見表4，對大米標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBWE100348）中的總砷測定結(jié)果及精密度見表2。

從表2和表4中可以看出，ICP-MS測定樣品總砷時，線性方程的線性范圍較寬，在0～100 ?g/L時，相關(guān)系數(shù)在0.999 9以上，說明該方法能準(zhǔn)確測定樣品中總砷含量。

3.3 100份樣品中總砷與無機砷含量對比

采用所建方法測定樣品中的總砷及無機砷含量，檢驗結(jié)果見表5。從實驗結(jié)果可知稻谷中的總砷含量在0.13～0.36 mg/kg，總砷超過0.2 mg/kg的樣品占86%，無機砷含量在0.073～0.183 mg/kg，均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量線。從總體結(jié)果來看，稻谷中總砷和無機砷含量并沒有明顯的線性關(guān)系，兩者的相關(guān)性不大，從特殊結(jié)果來看，1、2、3、4、7號樣品的總砷含量較高，但無機砷含量僅為總砷含量的35%～40%左右;76、82、91的總砷含量低于國家標(biāo)準(zhǔn)，含量較低，但無機砷占總砷的57%～60%，相對較高。也就是說本次測定的樣品中總砷含量和無機砷含量無直接線性關(guān)系，但總體來說，無機砷含量在總砷含量的32%～65%，均值為52.1%。因此稻谷中總砷含量的測定不能有效反映出稻谷中有毒有害砷形態(tài)的含量。

4 結(jié)論

本研究以高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法（HPLC-ICP-MS）和ICP-MS法分別測定不同地區(qū)100份稻谷中無機砷及總砷含量，發(fā)現(xiàn)稻谷中總砷含量超過0.2 mg/kg的樣品占86%，無機砷含量在0.073～0.183 mg/kg，均低于國家標(biāo)準(zhǔn)限量線≦0.2 mg/kg，一定程度表明目前我國稻谷種植砷污染程度較輕。通過對稻谷中無機砷含量和總砷含量的對比發(fā)現(xiàn)，本次測定的樣品中總砷含量和無機砷含量無直接線性關(guān)系，從總體看，無機砷含量在總砷含量的32%～65%，均值為52.1%。因此稻谷中總砷的測定不能有效反映出稻谷中有毒有害砷形態(tài)的含量。

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