高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測(cè)定大米中6種砷形態(tài)的含量

趙麗君

(杭州譜育科技發(fā)展有限公司,杭州 311300)

砷(As)是自然界中普遍存在的一種元素。除發(fā)現(xiàn)少量自然砷外,砷廣泛存在于熔積巖和沉積巖中,通常以許多不同形態(tài)的化合物存在。砷的毒性取決于其化學(xué)形態(tài)和種類[1],常見的砷形態(tài)有亞砷酸鹽[As(Ⅲ)]、砷酸鹽[As(Ⅴ)]、一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)、砷甜菜堿(AsB)、砷膽堿(AsC)等。研究發(fā)現(xiàn),無機(jī)砷的毒性大于有機(jī)砷,As(Ⅲ)的毒性大于As(Ⅴ)的,有機(jī)砷毒性從大到小排序?yàn)镸MA、DMA、AsB、AsC[2]。

農(nóng)藥的廣泛使用以及采礦、冶煉、電鍍、化工等工業(yè)“三廢”的大量排放,使得我國(guó)土壤、水體受重金屬污染的問題日益嚴(yán)重,這導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量和質(zhì)量下降,危害人體健康[3-4]。人長(zhǎng)期攝入砷容易引發(fā)黑腳病、心血管疾病等,砷還可能和皮膚癌、膀胱癌、肺癌、肝癌、腎癌等癌癥相關(guān)[5-6]。如As(Ⅲ)和As(V)會(huì)造成人組織交換和物質(zhì)代謝功能的損害,誘發(fā)基因突變,嚴(yán)重干擾細(xì)胞的結(jié)構(gòu)、生物功能和正常代謝;MMA、DMA在酶的作用下會(huì)脫去甲基形成自由基,促使抗體產(chǎn)生有害的氧和氫氧根離子,導(dǎo)致脂質(zhì)氧化,膜細(xì)胞損害。

大米及其制品是人類的主要食品,水稻對(duì)土壤及水中砷具有富集作用,導(dǎo)致大米成為人攝入砷的重要途徑[7-8]。單一測(cè)定總砷含量已不能滿足人們對(duì)食品中砷攝入風(fēng)險(xiǎn)的正確評(píng)價(jià),對(duì)不同砷形態(tài)含量的測(cè)定顯得越來越重要。以往的文獻(xiàn)多側(cè)重于大米中無機(jī)砷含量的測(cè)定[9-10]或者4～5種砷形態(tài)的同時(shí)測(cè)定[11-15],AsB、As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(Ⅴ)、AsC等6種砷形態(tài)同時(shí)測(cè)定的文獻(xiàn)報(bào)道較少?？紤]到AsC、AsB和As(Ⅲ)保留時(shí)間接近,不易分離,本工作通過優(yōu)化國(guó)產(chǎn)高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜儀的洗脫程序,成功將6種砷形態(tài)同時(shí)分離,且分離效果良好;采用低濃度水平的磷酸二氫銨溶液為流動(dòng)相,降低了鹽類對(duì)儀器的干擾;提出的方法前處理過程簡(jiǎn)單,分析時(shí)間短,試劑配制過程簡(jiǎn)單、方便,適用于大米中6種砷形態(tài)含量的準(zhǔn)確測(cè)定。

1 試驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ICP-MS SUPEC 7000型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀;ULC 510型高效液相色譜儀;TGL-16M型高速離心機(jī);101-2B型電熱恒溫干燥箱;SK8210LHC型超聲波清洗儀;Milli-Q型超純水裝置。

砷形態(tài)單標(biāo)準(zhǔn)溶液:MMA、DMA、AsB、AsC的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為25.1, 52.9, 38.8, 28.0 μg·g-1,As(Ⅲ)、As(Ⅴ)的質(zhì)量濃度均為1 000 mg·L-1,市售。使用時(shí)用水稀釋至所需的質(zhì)量濃度。

混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列:取適量6種砷形態(tài)單標(biāo)準(zhǔn)溶液,用水逐級(jí)稀釋,配制成質(zhì)量濃度為0, 1.000, 5.000, 10.00, 50.00, 100.0 μg·L-1的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

流動(dòng)相A:25 mmol·L-1磷酸二氫銨溶液(pH 8.0),準(zhǔn)確稱取1.437 9 g(精確至0.1 mg)磷酸二氫銨于500 mL燒杯中,加入300 mL水溶解,用氨水調(diào)節(jié)酸度至pH 8.0,轉(zhuǎn)移至500 mL容量瓶中,用水稀釋至刻度,搖勻后倒入1 L色譜瓶中,封口,放入超聲波清洗儀中超聲3 min,去除溶液中的氣泡,備用。

流動(dòng)相B:取適量水,于超聲波清洗儀中超聲3 min,去除溶液中的氣泡,備用。

硝酸為痕量級(jí)純;氨水為分析純;磷酸二氫銨為色譜純;試驗(yàn)用水為一級(jí)水(電阻率不小于18.2 MΩ·cm)。

1.2 儀器工作參數(shù)

1.2.1 高效液相色譜儀

Hamilton PRP-X100陰離子交換色譜柱(250 mm×4.1 mm,10 μm);采用流動(dòng)相A和B以流量1 mL·min-1進(jìn)行梯度洗脫,洗脫程序:0～17 min,A由5%升至100%;17～20 min,A由100%降至5%。進(jìn)樣量100 μL。

1.2.2 電感耦合等離子體質(zhì)譜儀

射頻功率1 600 W;霧化氣流量1.110 L·min-1;輔助氣流量1 L·min-1;冷卻氣流量15 L·min-1;采樣深度1.08 mm;待測(cè)元素同位素75As;氦氣(He)碰撞模式,用來消除40Ar35Cl對(duì)75As的干擾。

1.3 試驗(yàn)方法

將大米樣品中的雜物去除后,用谷物粉碎機(jī)粉碎均勻,過60目(孔徑0.28 mm)篩。分取1.0 g樣品(精確至0.1 mg),置于50 mL塑料離心管中,加入20 mL 0.15 mol·L-1硝酸溶液(提取劑),放置過夜。于90 ℃恒溫箱中熱浸提2.5 h,過程中每0.5 h振搖1 min。提取完畢,取出,冷卻至室溫,以轉(zhuǎn)速8 000 r·min-1離心15 min,將上清液過0.45 μm濾膜,濾液上機(jī)測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 洗脫程序的選擇

采用Hamilton PRP-X100陰離子交換色譜柱進(jìn)行砷形態(tài)分離時(shí),多采用磷酸鹽緩沖液作流動(dòng)相。分離無機(jī)砷時(shí),一般使用等度洗脫程序;分離4種以上砷形態(tài)時(shí),由于各砷形態(tài)化學(xué)性質(zhì)不一,多采用梯度洗脫程序。AsC在溶液中只能以陽離子形式存在;其他5種砷形態(tài)化合物多為弱酸或中強(qiáng)酸,在適宜酸度條件下均能以陰離子形式存在。因此,以陰離子交換色譜柱分離時(shí),AsC最先流出,而其他5種砷形態(tài)依據(jù)其在陰離子交換色譜柱上的保留能力依次流出,其中AsB和As(Ⅲ)在陰離子交換色譜柱上保留時(shí)間較短,色譜峰可能發(fā)生重合,分離度較差,無法進(jìn)行準(zhǔn)確定量。為實(shí)現(xiàn)6種砷形態(tài)的完全分離,試驗(yàn)比較了分別以等度洗脫、梯度洗脫程序1(0～17 min,B為100%;17～20 min,B由100%降至5%)和梯度洗脫程序2(見1.2.1節(jié))洗脫時(shí)6種砷形態(tài)的分離效果。結(jié)果顯示:在采用等度洗脫方式時(shí),MMA和As(Ⅴ)在20 min內(nèi)均未出峰,分析時(shí)間較長(zhǎng),且AsB和As(Ⅲ)色譜峰發(fā)生重合,如圖1(a)所示。采用梯度洗脫方式時(shí),As(Ⅴ)的保留時(shí)間縮短,其中:采用梯度洗脫程序1時(shí),基線在0～20 min內(nèi)穩(wěn)定性不好,且AsC和AsB色譜峰發(fā)生重合,如圖1(b)所示;當(dāng)采用梯度洗脫程序2時(shí),6種砷形態(tài)完全分離,且基線平穩(wěn),如圖1(c)所示,此時(shí)As(Ⅲ)峰形對(duì)稱性較差,推測(cè)與流動(dòng)相中磷酸二氫銨濃度較低有關(guān),增加磷酸二氫銨濃度,雖然As(Ⅲ)更易被洗脫,其峰形更加對(duì)稱,但是其保留時(shí)間縮短,色譜峰與AsC、AsB重合。考慮到As(Ⅲ)的峰形不影響其準(zhǔn)確定量,試驗(yàn)選擇將流動(dòng)相中磷酸二氫銨濃度維持在較低水平,采用梯度洗脫程序2進(jìn)行試驗(yàn),以保證AsC、AsB、As(Ⅲ)的有效分離。

圖1 不同洗脫程序下6種砷形態(tài)的色譜圖Fig.1 Chromatograms of the 6 arsenic species under different elution procedures

2.2 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

將混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列用0.45 μm濾膜過濾后上機(jī)測(cè)試,以各砷形態(tài)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo),對(duì)應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。結(jié)果顯示:各砷形態(tài)的質(zhì)量濃度均在1.000～100.0 μg·L-1內(nèi)和對(duì)應(yīng)的峰面積呈線性關(guān)系,其他線性參數(shù)見表1。

表1 6種砷形態(tài)的線性參數(shù)和檢出限

按照試驗(yàn)方法對(duì)空白樣品連續(xù)測(cè)定7次,計(jì)算各砷形態(tài)測(cè)定值的標(biāo)準(zhǔn)偏差(s),以3s計(jì)算檢出限,結(jié)果見表1。

2.3 精密度和準(zhǔn)確度試驗(yàn)

按照試驗(yàn)方法對(duì)大米樣品進(jìn)行低、中、高等3個(gè)濃度水平的加標(biāo)回收試驗(yàn),每個(gè)濃度水平重復(fù)測(cè)定6次,計(jì)算回收率和測(cè)定值的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD),結(jié)果見表2。

表2 精密度和回收試驗(yàn)結(jié)果(n=6)

由表2可知,6種砷形態(tài)的回收率為91.2%～108%,測(cè)定值的RSD均小于5.0%,表明該方法穩(wěn)定可靠。

按照試驗(yàn)方法分析大米無機(jī)砷質(zhì)控樣品,平行分析3次,結(jié)果見表3,其中*iAs為As(Ⅲ)+As(Ⅴ)。

表3 無機(jī)砷質(zhì)控樣的測(cè)定結(jié)果

由表3可知,在大米無機(jī)砷質(zhì)控樣品中檢出的*iAs測(cè)定值和認(rèn)定值基本一致,說明本方法的準(zhǔn)確度較好。

本工作采用高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測(cè)定大米中6種砷形態(tài)的含量,該方法操作簡(jiǎn)單,精密度和準(zhǔn)確度良好,可用于大米中6種砷形態(tài)的分析。