吳瓊婧 陳 誠

(1.廣西分析測試研究中心，廣西 南寧 530022；2.廣西中醫(yī)藥大學(xué)護理學(xué)院，廣西 南寧 530022)

元素分析是一個研究了多年的領(lǐng)域，但是隨著研究的深入，單一測定元素的總量對于某些元素意義有限，例如砷元素可以可分為無機砷和有機砷，無機砷中的三價砷和五價砷毒性很大，但其甲基化后的有機砷則毒性大大降低，甚至無毒。有機汞比無機汞毒性大很多；硒被認為是營養(yǎng)型微量元素，但是硒的各種形態(tài)中，也有有毒的和無毒的，或者說是對人體有害或是有益的。不同形態(tài)的元素對生物體的作用是完全不同的。既不能再用單一的元素總量來衡量元素對人體的影響，也要避免由于分析方法的不科學(xué)導(dǎo)致2004年香港含砷魚罐頭事件及2007年香港含砷魷魚絲食品事件的發(fā)生。所以根據(jù)傳統(tǒng)方法所獲得的元素總量的信息已經(jīng)不能對某一元素的毒性、生物效應(yīng)以及對環(huán)境的影響做出科學(xué)的評價，為此，分析工作者必須要獲取元素的不同存在形態(tài)的相關(guān)信息。對元素的各個形態(tài)進行深入研究是也將成為一個嶄新的研究領(lǐng)域，本文就元素形態(tài)分析在食品、藥品領(lǐng)域中的實際應(yīng)用進行詳細闡述。

1 元素形態(tài)分析的介紹

1.1 元素形態(tài)分析法

元素形態(tài)主要是某種元素的存在形式，包括元素的價態(tài)、聚合態(tài)、結(jié)合態(tài)等等。不同的元素形態(tài)具有不同的性質(zhì)和活性，并發(fā)揮著不同的作用。現(xiàn)今主流的單純元素總量分析已不能滿足當前的實際研究要求，甚至有時會導(dǎo)致一些錯誤的結(jié)論。如無機態(tài)的砷毒性較大，其中三價砷的毒性強于五價砷；而在有機態(tài)的砷中，甲基砷的毒性較大，砷膽堿、砷甜菜堿和砷糖則基本上沒有毒性；三價鉻是體內(nèi)代謝必需的元素，而六價鉻卻對生物體具有毒性和致癌作用；對汞、錫和鉛等重金屬元素來說，有機態(tài)的化合物的毒性要遠遠高于無機態(tài)。另外，不同形態(tài)的鐵、硒、鋁都有不同的物理化學(xué)性質(zhì)。

元素形態(tài)分析法是在保持元素原有形態(tài)的基礎(chǔ)上，對元素的各種形態(tài)進行有效分離，然后再進行檢測的一種分析方法。目前的元素形態(tài)分析法經(jīng)過三十多年的發(fā)展，具備高靈敏度、高選擇性的特點，并逐步提高分析效率，縮短分析時間，已實現(xiàn)整個分析過程的儀器自動化。

1.2 元素形態(tài)分析儀

元素形態(tài)分析儀是采用高效分離與高靈敏檢測合一的聯(lián)用技術(shù)，實現(xiàn)不同形態(tài)的元素分離和檢測，并實現(xiàn)自動化的儀器。目前，不同的分離分析檢測原理和聯(lián)用技術(shù)可以建立不同的方案，包括高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光/原子吸收法（HPLC-HG-AFS/AAS）、高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（HPLC-ICP/MS）、離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（IC-ICP-MS）。

高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光/原子吸收法（HPLC-HG-AFS/AAS）具有儀器成本低廉、操作簡單、易于維護、利于推廣、干擾少、分析靈敏度較高等優(yōu)點，是國產(chǎn)儀器的主流配備，如SA-20、Sk-博析、AF-610D2等，可用于能夠形成氫化物的金屬元素的形態(tài)分析，如砷、硒、汞、銻元素，廣泛應(yīng)用于水樣品檢測、食品衛(wèi)生檢驗、農(nóng)業(yè)及其產(chǎn)品檢測、環(huán)境樣品檢測、臨床檢驗、地質(zhì)冶金樣品檢測和教育及科研。高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（HPLC-ICP/MS）被認為是目前最有發(fā)展前景和最有效的形態(tài)分析技術(shù)之一，但儀器較為昂貴，對操作要求較高卻在一定程度上限值了其發(fā)展。離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（IC-ICP-MS）是目前較新的一種聯(lián)用技術(shù)，優(yōu)勢體現(xiàn)在高檢測靈敏度和低檢出限，主要元素形態(tài)的分析都可以達到 ppb級，而且重復(fù)性和穩(wěn)定性都非常好。

2 元素形態(tài)分析法在法定檢驗中的應(yīng)用

目前，在藥品、食品領(lǐng)域中涉及到有關(guān)形態(tài)分析法的國內(nèi)現(xiàn)行權(quán)威標準較少，主要包括國家標準 GB/T 23372-2009《食品中無機砷的測定 液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》，測定食品中無機砷中的亞砷酸根 As（Ⅲ）和砷酸根 As（V）；及出入境檢驗檢疫行業(yè)標準 SN/T 2316-2009《進出口動物源性食品中阿散酸、硝苯砷酸、洛克沙砷殘留量檢測方法 液相色譜-電感耦合等離子體/質(zhì)譜法》。在食品藥品領(lǐng)域，現(xiàn)行的元素形態(tài)分析法標準僅有寥寥數(shù)項，這與當今屢屢報道的社會事件不相符合。而且標準只針對砷元素有形態(tài)的區(qū)分，這就會導(dǎo)致相當一批食品、藥品中的元素含量與之安全性不成正比。反過來，也會導(dǎo)致一些產(chǎn)品有害的元素形態(tài)未超標，而測元素總量導(dǎo)致產(chǎn)品不合格的錯誤結(jié)論。所以應(yīng)該逐步推進此項技術(shù)和方法，讓權(quán)威檢測更具科學(xué)性。以上形態(tài)分析的檢測方法標準的推出，填補了相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)空白，在國際上也屬于先進水平。

通過2003年推出的2項與形態(tài)分析思路類似的標準可以看出（GB/T5009.11 -2003《食品中總砷及無機砷的測定》及GB/T5009.17 -2003 《食品中總汞及有機汞的測定》），對于食品的標準國內(nèi)已經(jīng)推出了少量的形態(tài)分析檢測方法，填補了相關(guān)領(lǐng)域的國內(nèi)空白。既可以針對最基本的無機砷、有機汞形態(tài)進行化學(xué)分離提取后，利用常規(guī)的原子熒光光度法或氣相色譜法進行含量測定。也可以應(yīng)用高自動化的形態(tài)分析儀對各種元素形態(tài)進行詳細區(qū)分檢測。兩大類方法的出現(xiàn)與相關(guān)方法的成熟度有關(guān)系，也與國內(nèi)基層實驗室的實驗儀器配備有關(guān)。但隨著研究的不斷深入，相信不久的將來，采用聯(lián)用技術(shù)的形態(tài)分析法就會成為元素測定的主流方法，這在國際上也屬于先進水平。

但是在藥學(xué)行業(yè)，《中國藥典》中對于藥品的鉛、鎘、砷、汞、銅的限量測定皆是采用原子吸收分光光度法或電感耦合等離子體質(zhì)譜法。并沒有測定其不同形態(tài)，只測定總量。這樣的測定還是存在一定的不科學(xué)性，元素總量并不與藥物的安全性成正比，測定具體元素的形態(tài)才會更加科學(xué)。

另外在環(huán)境、農(nóng)業(yè)、礦物等領(lǐng)域，元素形態(tài)分析的應(yīng)用比食品藥品領(lǐng)域要成熟一些，如福建省地方標準 DB35/T 895-2009 《環(huán)境樣品中甲基汞、乙基汞及無機汞高效液相色譜-電感耦合等離子體制譜法（HPLC-ICP-MS）測定》和吉林省地方標準DB22/T 1586-2012《農(nóng)田土壤中甲基汞、乙基汞的測定 高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用法》是利用形態(tài)分析法應(yīng)用于環(huán)境樣品的檢測。

3 元素形態(tài)分析在科研工作中應(yīng)用

形態(tài)分析法在實際的科研中應(yīng)用非常廣泛，其中在食品和藥品領(lǐng)域中，主要是針對砷、汞、硒、溴、鋁等元素的各種形態(tài)進行分析測定，詳見表1。

在大量的相關(guān)科研文獻中，報道最多是關(guān)于砷和汞的形態(tài)分析測定。這些應(yīng)用都是社會關(guān)注的熱點，關(guān)于食品安全性的評估，通過對有害元素形態(tài)進行限量檢查，科學(xué)判別食品是否安全可靠。另外，研究較多是的硒的元素形態(tài)分析，某些形態(tài)的硒對人體來說，是有一定的營養(yǎng)價值的，富硒產(chǎn)品可以促進生長發(fā)育，避免大骨節(jié)病的發(fā)生，所以很多研究都是集中在對食品中的各種硒形態(tài)進行測定，從而評估其營養(yǎng)價值。

表1 常見元素形態(tài)分析指標

3.1 食品安全性評估

在食品安全性評估研究方面，主要針對對人體有害的元素形態(tài)進行測定，比如：無機砷五價砷 As(V)、無機三價砷As(III)的毒性最大，有機態(tài)一甲基砷(MMA)、二甲基砷(DMA)、砷糖的毒性稍小。而砷甜菜堿(AsB)和砷膽堿(AsC)通常被認為是無毒的。此方法的應(yīng)用特點在于可以將低毒甚至無毒性的有機砷和高毒性的無機砷分開進行測定，避免現(xiàn)行多項標準中只測定總砷含量帶來與安全性不符合的結(jié)果。

對砷的各種形態(tài)進行研究的最多的對象是各類海產(chǎn)品，主要是為了探究海洋環(huán)境的變化對海產(chǎn)品安全性的影響，是否有高毒性的砷形態(tài)，從而做出食品安全性評價。余晶晶[1]等對海中的藻類植物滸苔進行元素形態(tài)分析，發(fā)現(xiàn)滸苔中的砷以無機態(tài)五價砷 As(V)為主，還有少量的無機三價砷As(III)、有機二甲基砷(DMA)和砷糖。這些砷形態(tài)均具有毒性或潛在毒性，提示如果將滸苔用于食物或藥物需謹慎。劉守廷[2]等對多種海產(chǎn)品中的4中砷元素形態(tài)進行分析，結(jié)果表明，所有23個批次的樣品中（包括蝦、魷魚、墨魚、鰻魚、帶魚、章魚、鯊魚、魚柳等等），砷主要是以無毒的砷甜菜堿(AsB)形態(tài)存在；在 12個批次的鮮活海產(chǎn)品中，絕大多數(shù)樣品除了砷甜菜堿(AsB)以外，還含有少量的無機三價砷As(Ⅲ)，而DMA、MMA、As(V)均未檢出；在11個批次的干貨海產(chǎn)品中，由于干燥后富集，多數(shù)樣品檢出有少量有毒砷形態(tài)出現(xiàn)，但仍以砷甜菜堿(AsB)形態(tài)為主。按照現(xiàn)有的國家標準計算無機砷的含量，絕大部分的檢測樣品都屬于合格產(chǎn)品。但是也說明食品安全性評價的指標除了總砷、無機砷以外，砷的各種形態(tài)也是非常必要的。

汞，又名水銀，是對人類和高等生物最具危害的元素之一，它也是污染環(huán)境的主要元素。汞化合物的毒性依賴于其濃度及其不同的化學(xué)形態(tài)，所以不同形態(tài)的汞對人體及生物的毒害作用差異很大，有機汞比無機汞的毒性大得多，是無機汞的幾百倍。中毒一多半實際是甲基汞中毒，日本的“水俁病”是其中的典型代表。秦德元[3]等研究也證實黃魚中汞的形態(tài)是以甲基汞為主，無機汞含量很少，而乙基汞未檢出。

目前隨著砷形態(tài)研究方法的成熟，越來越多的食品利用形態(tài)分析法進行食品安全性評價。如楊麗君[4]等對蘋果中砷形態(tài)進行研究；李林林[5]等測定了廢水、地表水和深井地下水中的4種砷形態(tài)；楊麗君[6]等針對含砷藥用飼料添加劑的亂用和殘留問題，測定了雞肉和雞肝中的 7種砷形態(tài)；此外，還有測定啤酒和奶制品中的砷形態(tài)，以達到評價相關(guān)食品的安全性的目的?？偟膩碚f，對砷的形態(tài)研究方法已經(jīng)比較成熟，但是覆蓋面還不是很廣。

除了對砷和汞的形態(tài)研究較為深入以外，越來越多的科研人員把形態(tài)分析的技術(shù)深入到食品安全領(lǐng)域的多個方面。比如，荊淼[7]等人關(guān)注到溴酸鉀是制作面粉的一種添加劑，而溴酸鉀在2005年被我國認定為禁止添加的面粉處理劑，有含量限定，故利用IC-ICP-MS，同時測定了溴酸根和溴離子兩個形態(tài)的含量。林立[8]等利用形態(tài)分析法測定了飲料中的溴酸根（致癌物）和溴離子，改進了原有方法。錢沙華[9]等對鋁壺煮沸的飲用水中鋁的形態(tài)進行分析，得到了可交換態(tài)、不可交換有機態(tài)、不可交換無機態(tài)等多個鋁的形態(tài)的含量，雖然研究的形態(tài)不是特別系統(tǒng)，但是對深入研究鋁形態(tài)的構(gòu)成奠定了基礎(chǔ)。近年來，隨著有機錫化合物廣泛應(yīng)用于船舶油漆的防污劑、農(nóng)林業(yè)殺蟲菌劑、塑料制品中的穩(wěn)定劑等，已引起嚴重的環(huán)境污染，且有可能經(jīng)食物鏈傳遞從而對人體健康造成嚴重危害。雷曉康[10]分析了水質(zhì)和海產(chǎn)品中的多種錫形態(tài)，包括二苯基錫(DPhT)、三苯基錫(DPhT)、四苯基錫(TePhT)，為評價錫污染的具體危害做出了貢獻。

3.2 食品營養(yǎng)價值評價

硒是谷胱甘肽過氧化物酶的組成成分，此酶具有抗氧化功能，可以保護細胞膜及人體組織免受過氧化物的損害。硒可以可以保護心血管和心肌健康，缺乏硒可引起以心肌損害為主要特征的克山病。此外，硒還具有解毒、增強免疫力、促進生長、保護視覺器官及抗腫瘤的作用。缺硒人群會引起大骨節(jié)病。我國成人硒的每日推薦攝入量為50μg/d，動物的肝、腎、肉及海產(chǎn)品都是富硒的食物。

對富硒食品的探求是目前的一個研究熱點，如果單純對硒總量進行研究是有一定局限性的，所以應(yīng)該深入的探究富硒食品中硒的各種形態(tài)，這樣才能對此類食品的營養(yǎng)價值得到確切的展現(xiàn)。鐵梅[11]等發(fā)現(xiàn)富硒金針菇中水溶態(tài)硒的主要存在形態(tài)為硒代胱氨酸、 硒代蛋氨酸和由二者組成的含硒多肽等含硒有機化合物。倪張林[12]等對4種富硒蔬菜和4種普通蔬菜的硒形態(tài)對比研究后發(fā)現(xiàn)，蔬菜中的硒多以硒蛋氨酸(Se-Met)、硒胱氨酸(Se-Cys2)、甲基-硒半胱氨酸（MeSeCys）為主，無機硒Se（Ⅳ）和Se（Ⅵ）都未檢出，說明蔬菜通過高硒環(huán)境培育后，可將無機硒轉(zhuǎn)化為有機硒，從而達到富硒的目的。硒的形態(tài)主要集中在有機態(tài)，多以含硒蛋白質(zhì)的形式存在，各個形態(tài)對應(yīng)的營養(yǎng)價值還有待進一步深入研究。

3.3 藥品安全性評價

目前，元素形態(tài)分析尚未收錄在藥典的官方檢測方法當中，但是在實際的科研工作中，很多學(xué)者已經(jīng)利用這項技術(shù)展開了大量的研究，其中主要是利用各個元素的形態(tài)深入評價藥品的安全性，從而改變只測定元素總量作為單一指標的現(xiàn)狀，讓評價體系更為合理。

郝春莉[13]等的研究結(jié)果表明15種中藥材中存在的主要砷形態(tài)是有毒的 As(V)，另外只有動物藥中含有少量的砷甜菜堿和砷膽堿。方軍[14]等研究了多種中成藥中砷的形態(tài)，結(jié)果表明中成藥中以As(V)和As(III)為主要形態(tài)，少量藥品還含有一甲基砷(MMA)。金鵬飛[15]等對比了炮制前后5種中藥材的砷形態(tài)變化，發(fā)現(xiàn)炮制后五種中藥無機砷的含量都出現(xiàn)了上升。另外，朱砂、銀朱、辰砂以及蒙藥中黑辰砂(制水銀) 的主要成分均為硫化汞，在中藥和蒙藥中用途較廣，用量較大。王庚[16]等對蟾酥中汞、砷形態(tài)進行了分析研究，并建立HPLC－ICP－MS 聯(lián)用技術(shù)對3種汞化學(xué)形態(tài)(甲基汞、無機汞、乙基汞)進行同時測定的分析方法，該方法為中藥材質(zhì)量控制及傳統(tǒng)藥理毒理提供了一種很好的評價技術(shù)手段。

4 展望

目前，元素形態(tài)分析已經(jīng)越來越受到各界學(xué)者的關(guān)注，研究也漸漸深入，相關(guān)的儀器也漸漸普及到一些基層檢驗和研究實驗室。希望在元素分析方面，對食品、藥品安全有重要影響的元素形態(tài)分析方法能盡快納入國家標準，規(guī)范檢測方法。不要因為國家標準的落后而再次重演2004年香港含砷魚罐頭，2007年香港含砷魷魚絲食品的恐慌，引起食品藥品產(chǎn)業(yè)的風(fēng)浪，影響一些安全合格產(chǎn)品的生產(chǎn)企業(yè)的信譽和銷售。有毒的無機砷和低毒甚至無毒的有機砷不能混為一談，總汞的含量也并不能代表全是劇毒的有機汞。食品藥品固然是安全第一，但也不能由于檢測方法的不科學(xué)不嚴謹而誤傷了無辜的產(chǎn)品。

另外，元素形態(tài)分析目前的應(yīng)用還是有很大的發(fā)展空間。在分析儀器方面，應(yīng)該朝著靈敏性更高，前處理更簡便，檢出限更低，結(jié)果更準確的方向前進；在研究思路方面，除了在未研究過的食品或藥品中建立各元素形態(tài)的含量測定的方法以外，應(yīng)該更多的根據(jù)某些社會問題設(shè)計研究思路，讓方法的實際應(yīng)用意義更加明確，并能解決一些實際的問題。

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