大米中無機砷測定方法的優(yōu)化改進

郭建君，王麗娟，郝全英，劉芳芳，楊柯偉

（1.山西糧食質量監(jiān)測中心，山西 晉中 030600；2.北京東孚久恒儀器技術有限公司，北京 100037）

近年來，隨著工業(yè)、農業(yè)現代化的發(fā)展，含砷農藥的普遍使用、含砷污水的排放，使得環(huán)境砷污染成為國際上關注的問題[1]。砷是一種常見的有毒元素，以多種形態(tài)存在于自然界中。食品中常見的砷形態(tài)分為有機砷和無機砷兩類。其中，無機砷[包括As（Ⅲ）、As（Ⅴ）]毒性最強[2-3]。國際癌癥研究機構（IARC）已將其列為人類Ⅰ級致癌物[4]。有機砷[包括：一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、甜菜堿砷（AsB）、砷膽堿（AsC）和砷糖等]當中，MMA、DMA 有微弱毒性，AsB、AsC和砷糖是無毒的[2-3]。

砷化合物通過地表水和地下水系統(tǒng)遷移到生態(tài)系統(tǒng)中，通過食物鏈富集、積累[5]。研究表明，稻谷較其他糧食作物更易受到砷的污染[6]。這可能與稻谷種植在水田中，大量接觸水有關。稻米是我國主要的糧食作物，大米及其加工制品是我國人民主要的食物來源。無機砷作為一類強致癌物，對消費者的生命健康造成威脅，必須予以關注。

現行食品中無機砷的國家標準檢測方法包括液相色譜-原子熒光光譜法（LC-AFS）和液相色譜-電感耦合等離子體質譜法 （LC-ICP/MS）。本文采用LC-AFS法，對不同的大米樣品前處理方法及分析過程進行探討、優(yōu)化，建立一個穩(wěn)定、可靠、快速的無機砷測定方法。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

液相色譜-原子熒光聯用儀 （LC-AFS 9531）北京海關儀器有限公司；Hamilton PRP-X100分離柱（10 μm，4.1 mm×250 mm）、Hamilton PRP-X100 保護柱（10 μm，4.1 mm×20 mm）、艾特普超純水處理系統(tǒng)（電阻率18.25 MΩ·cm）、恒溫水浴鍋、高速離心機及渦旋儀等。

砷標準物質：亞砷酸根標準物質（GBW08666）、砷酸根標準物質（GBW08668）、一甲基砷標準物質（GBW08667）、二甲基砷標準物質（GBW08669）中國計量科學研究院；三氟乙酸 （TFA）、磷酸氫二鈉（Na2HPO4）、 磷酸二氫鉀 （KH2PO4）、 磷酸二氫銨（NH4H2PO4）、硼氫化鉀（KBH4）、氫氧化鉀（KOH）為分析純；硝酸（HNO3）、鹽酸（HCl）為優(yōu)級純。

1 000ng/mL混合標準溶液的制備：用移液槍分別移取亞砷酸根標準物質20 μL、砷酸根標準物質86 μL、一甲基砷標準物質 60 μL、二甲基砷標準物質28 μL，以超純水定容至1.5 mL。

標準參考物質：GBW（E）100348大米粉成分分析標準物質購于國家標準物質中心，總砷定值（0.23±0.03） mg/kg，無機砷定值（0.18±0.03） mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 樣品處理方法

使用前將標準物質置于烘箱中105℃烘干4h，取出。置于干燥器中冷卻至室溫后稱量。市售大米以高速粉碎機粉碎后過20目篩，備用。

1.2.2 流動相的優(yōu)化選擇

分別選取國標GB 5006.11-2014中推薦流動相15 mmol/L NH4H2PO4溶液，本實驗使用的5 mmol/L Na2HPO4和45 mmol/L KH2PO4混合溶液作為流動相，進行標準曲線最高點的測定。

1.2.3 提取液的選擇

將處理好的標準物質稱取1.00 g（精確至0.01g），置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20 mL提取液。提取液分別為3%三氟乙酸（TFA）、10%甲醇、1%HNO3。每種提取液分別做三個平行。將離心管置于90℃水浴2.5 h。每半小時振搖1 min。取出冷卻至室溫后，以8 000 r/min離心15 min，取上清液經0.45 μm有機濾膜過濾后進樣測定。

1.2.4 提取時間的優(yōu)化

將處理好的標準物質稱取1.00 g（精確至0.01g），置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20 mL 1%HNO3。于90℃水浴，分別保持 0.5 h、1.0 h、1.5h、2.0 h、2.5 h。 離心、過濾后上機測定。

1.2.5 稱樣量的優(yōu)化

將處理好的標準物質分別稱取0.50 g、1.00 g、1.50 g、2.00 g，置于50 mL聚丙烯離心管中，加入20mL 1%HNO3。于90℃水浴2.5 h。每0.5 h振搖1min。離心、過濾后上機測定。

1.2.6 儀器條件

液相色譜-原子熒光聯用儀（LC-AFS9531）由液相進樣器和原子熒光檢測器兩部分組成。液相進樣部分條件：等度洗脫，流速1 mL/min；進樣體積100μL。原子熒光部分條件：載流5%HCl，流速4 mL/min；4%KBH4溶液，流速 4 mL/min；負高壓：280mV；燈電流：主電流60 mA，輔電流30 mA；載氣流量：800 mL/min；屏蔽氣流量：1 000 mL/min；原子化器高度：8 cm；原子化方式：火焰法。

2 結果

2.1 流動相優(yōu)化選擇

分別以15 mmol/L NH4H2PO4溶液和5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/LKH2PO4混合溶液作為流動相，其它測量條件不變，測定標準曲線最高點 （60 ng/mL）。圖譜見圖1、圖2。由圖譜可見，兩種流動相均可保證4種無機砷組分的分離。NH4H2PO4溶液的分離時間為18 min，而混合流動相的分離時間為8min。混合流動相按比例配好后，pH值基本處于5.9范圍，無需調整，使用簡單。而單一組分的流動相則需要配好后調整pH值，否則影響峰的分離?？紤]以上因素，混合組分的流動相更高效、方便，本研究選擇使用混合流動相。

圖1 15 mmol/L NH4H2PO4溶液流動相圖譜

圖2 混合流動相圖譜

2.2 提取液的選擇

本文研究了三種常見的無機砷提取液對大米粉標準物質GBW（E）100348的提取效率，結果見表1。3%TFA和1%HNO3對大米粉的提取效率相當，而10%甲醇的提取效率最低。由于TFA具有輕微毒性和揮發(fā)性，本研究選擇1%HNO3作為提取液。

表1 不同提取液時，GBW（E）100348中無機砷測定值

2.3 提取時間的優(yōu)化

本實驗研究了不同浸提時間對無機砷提取效率的影響，結果見圖3。由圖3可見，隨著浸提時間的延長，無機砷提取率增加，當90℃浸提1 h后，無機砷含量基本保持不變，且符合標準物質認定值范圍。

圖3 保溫浸提時間對大米無機砷提取率的影響

2.4 稱樣量的優(yōu)化

本實驗研究了不同稱樣量對無機砷提取效率的影響。結果見表2?？梢?，0.5 g標準物質回收率較低，1.0 g、1.5 g、2.0g標準物質回收率基本相差不大，且符合標準物質的認定值范圍。

表2 不同稱樣量時，GBW（E）100348無機砷測定值

3 討論

隨著新的食品中砷測定國家標準的全面實施，大米中無機砷含量成為各檢測機構的常規(guī)項目。由于大米中大分子對砷化合物的結合或包裹，導致傳統(tǒng)提取方法難以使大米樣品中無機砷完全釋放[7]。同時也要考慮提取液中殘留的酸對Hamilton PRPX100色譜柱的影響。經過本實驗的幾項優(yōu)化，提出了以1.0 g樣品粉末加入20 mL 1%HNO3提取液，90℃浸提1.5 h，采用LC-AFS測定大米中無機砷含量，選擇 5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/L KH2PO4混合溶液作為流動相，在8 min內4種砷化合物可以完全分離，回收率高達90.56%。實驗方法快速、靈敏、準確，適用于食品中大米無機砷的測定，可有效執(zhí)行相關檢驗任務。