毛細(xì)管電泳-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定稻谷中不同形態(tài)的砷化合物

鄭欣怡

摘 要：本文通過(guò)條件優(yōu)化，建立一種毛細(xì)管電泳-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀聯(lián)用（CE-ICP-MS）分析稻谷中4種不同形態(tài)砷化合物的方法。該方法能簡(jiǎn)單高效地從稻谷中分離出不同形態(tài)的砷化合物，回收率在87%～105%，RSD小于5%。本法靈敏度高、樣品消耗量少、穩(wěn)定性好，可用于稻谷樣品中不同形態(tài)砷化合物的分析。

關(guān)鍵詞：稻谷;砷;毛細(xì)管電泳-電感耦合等離子質(zhì)譜

Abstract：The article established a capillary electrophoresis coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry （CE-ICP-MS） method for the detection of four different forms arsenic compounds in paddy. Different forms of arsenic compounds can be simply and efficiently extracted from paddy without changing their forms， the recovery was between 87% and 105%， RSD was less than 5%. The extraction method established in this experiment is effective， The method has high sensitivity， less sample usage and strong resistance to complex matrix，and can be used for the speciation analysis of arsenic in paddy samples.

Key words：Paddy; Chromium; CE-ICP-MS

中圖分類號(hào)：O658

砷是自然界中存在的一種類金屬元素，無(wú)機(jī)砷As（Ⅲ）和As（V）毒性較大，有機(jī)砷MMA、DMA毒性較小，而砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）等一般認(rèn)為無(wú)毒[1-2]。張普敦、鞏佳第等研究發(fā)現(xiàn)稻谷中的砷主要包含As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和少量的砷甜菜堿AsB[3-4]。Su、Willimas等研究發(fā)現(xiàn)水稻與砷元素的結(jié)合度非常高[5-6]。因此建立同時(shí)測(cè)定稻谷中不同形態(tài)砷的分析方法是十分必要的。

目前常見(jiàn)的砷形態(tài)分析方法有液相色譜（LC）和電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）或原子熒光光譜（AFS）等聯(lián)用[7]，但都存在分析時(shí)間較長(zhǎng)、樣品用量大等缺點(diǎn)。毛細(xì)管電泳（CE）具有消耗樣品少、分離效率高等優(yōu)點(diǎn)，與ICP-MS聯(lián)用后，可提升檢測(cè)靈敏度，擴(kuò)大應(yīng)用范圍[8]。

1 材料與方法

1.1 試劑與儀器

試劑：砷化合物標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）購(gòu)于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心;硼砂、硼酸、EDTA和氫氧化鈉為優(yōu)級(jí)純;甲醇為色譜純;實(shí)驗(yàn)用水均為一級(jí)水。

儀器：?？艭Ei-SP20毛細(xì)管電泳儀;安捷倫7900電感耦合等離子體質(zhì)譜儀。

1.2 前處理實(shí)驗(yàn)方法

稻谷制成糙米后粉碎混勻，稱取糙米粉0.5 g于100 mL圓底燒瓶中，加入15 mL甲醇和5 mL超純水在微波消解儀中輔助提取，冷卻后離心取上層液，旋蒸到1 mL左右停止，以水定容待測(cè)，同時(shí)做試劑空白[9-10]。

1.3 儀器參數(shù)設(shè)定

CE條件：分離電壓：18 kV;電動(dòng)進(jìn)樣：進(jìn)樣時(shí)間為12 s;緩沖溶液：40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7（pH9.10）;泵速：36 μL·min-1。

ICP-MS條件：射頻功率1 350 W;采樣錐：Ni錐;等離子體氣流速：15.0 L·min-1;載氣流速：1.0 L·min-1;輔助氣流速：1.0 L·min-1。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前處理方法的比較

實(shí)驗(yàn)對(duì)比了微波消解法、超聲提取法及微波輔助提取法對(duì)不同形態(tài)砷的提取效果，發(fā)現(xiàn)若提取體系氧化性較強(qiáng)，樣品中的As（Ⅲ）易被氧化為As（V），導(dǎo)致檢測(cè)結(jié)果偏差[10]。故選擇微波輔助提取法作為前處理方法。

2.2 甲醇對(duì)4種形態(tài)砷分離效果的影響

實(shí)驗(yàn)嘗試向緩沖溶液中加入甲醇溶液，結(jié)果表明適量甲醇可改善4種不同形態(tài)砷的分離效果[9-11]。進(jìn)一步對(duì)加入量進(jìn)行優(yōu)化，如圖1所示，當(dāng)甲醇濃度小于5%時(shí)，信號(hào)值均隨甲醇含量增大而增加，在濃度達(dá)到5%時(shí)出現(xiàn)較高信號(hào)值，當(dāng)濃度超過(guò)5%后，隨著甲醇濃度增加信號(hào)值改變不大。若甲醇濃度過(guò)高會(huì)增加ICP-MS的進(jìn)樣負(fù)荷，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不穩(wěn)定，故選擇甲醇濃度為5%。

2.3 緩沖液濃度對(duì)4種形態(tài)砷分離效果的影響

在pH=9.10時(shí)，分別考察了H3BO3-Na2B4O7混合緩沖液濃度為20∶5.0、30∶7.5、40∶10.0和50∶12.5時(shí)對(duì)4種形態(tài)砷峰形、遷移時(shí)間產(chǎn)生的影響，可得當(dāng)緩沖液濃度增大，峰形、分離度和重現(xiàn)性都得到改善，但基線逐漸變得不穩(wěn)定，影響CE分離效果，導(dǎo)致峰形不理想，故選40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7混合液作為緩沖液[9]。

2.4 4種形態(tài)砷線性范圍、檢出限和重現(xiàn)性

在最適儀器條件下，如圖2在10～200 ng·mL-1濃度范圍內(nèi)4種形態(tài)砷化合物的信號(hào)強(qiáng)度與濃度之間都有良好的線性相關(guān)系（線性相關(guān)系數(shù)均>0.995）。經(jīng)計(jì)算在連續(xù)進(jìn)樣模式下，As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA）的檢出限（3S/N）以砷計(jì)分別為0.10、0.12、0.08和0.12 ng·mL-1。

為了驗(yàn)證重現(xiàn)性重復(fù)實(shí)驗(yàn)6次。4種形態(tài)砷化合物As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA）峰面積的RSD小于5%。

2.5 稻谷樣品測(cè)定及加標(biāo)回收率

為了驗(yàn)證方法可靠性，采用上述提取方法提取稻谷中不同形態(tài)砷化合物As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA），并進(jìn)行加標(biāo)回收率實(shí)驗(yàn)。分析結(jié)果如表1。

3 結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)通過(guò)條件優(yōu)化，在分離電壓18 kV，40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7（pH=9.10）緩沖液條件下，成功對(duì)稻谷中不同形態(tài)砷進(jìn)行了測(cè)定，回收率在87%～105%，RSD小于5%。運(yùn)用本實(shí)驗(yàn)的方法可測(cè)定稻谷中不同形態(tài)砷化合物，方法高效簡(jiǎn)單，可以為稻谷質(zhì)量安全監(jiān)管提供科學(xué)依據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]趙云強(qiáng)，鄭進(jìn)平，楊明偉，等.毛細(xì)管電泳-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定藻類中6種不同形態(tài)的砷化合物[J].色譜，2011，29（2）：111-114.

[2]黃亞濤.我國(guó)稻米中無(wú)機(jī)砷的污染分布研究及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2014.

[3]張普敦，許國(guó)旺，魏復(fù)盛，等.砷形態(tài)分析方法進(jìn)展[J].分析化學(xué)，2001，29（8）：971-977.

[4]鞏佳第.水稻中砷的賦存形態(tài)和轉(zhuǎn)運(yùn)規(guī)律的研究[D].北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2015.

[5]Su Y H，Steve P M.，Zhao F J.Rice is more efficient in arsenic uptake and translocation than wheat and barley[J].Plant Soil，2010，328（1/2）：27-34.

[6]Williams，P N，Islam M R，Adomako，E E，et al.Increase in rice grain arsenic for regions of Bangladesh irrigating paddies with elevated arsenic in groundwaters[J]. Environmental science and technology，2006，40（16）：4903-4908.

[7]中華人民共和國(guó)國(guó)家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會(huì).GB 5009.11-2014 食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中總砷及無(wú)機(jī)砷的測(cè)定[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2014.

[8]裴瑞雪，蘇佳利，吉琳，等.毛細(xì)管電泳技術(shù)在砷形態(tài)分析中的應(yīng)用[J].現(xiàn)代儀器，2010，16（6）：14-17.

[9]趙金泉.毛細(xì)管電泳—電感耦合等離子體質(zhì)譜測(cè)定貝類中砷和鉛的不同形態(tài)化合物及風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估[J].青島：青島大學(xué)，2016.

[10]鞏佳第，曹曉林，曹趙云，等.液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定稻米中的5種砷形態(tài)[J].色譜，2014，32（7）：717-722.

[11]黃志勇，莊峙廈，王小如，等.GAP質(zhì)控下栽培丹參重金屬內(nèi)控標(biāo)準(zhǔn)物的制備和表征[J].中國(guó)中藥雜志，2003（9）：18-21.