王 婧，黨獻(xiàn)民，潘 靜，吳 靜，高璐斐，趙 鵬

(陜西省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，陜西 西安 710016)

液相色譜-原子熒光光譜法測定大米中無機(jī)砷形態(tài)

王 婧，黨獻(xiàn)民，潘 靜，吳 靜，高璐斐，趙 鵬

(陜西省糧油產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)所，陜西 西安 710016)

建立了液相色譜-原子熒光法測定大米中無機(jī)砷形態(tài)的檢測方法，對流動相種類、流速、pH值、硼氫化鉀濃度及鹽酸濃度進(jìn)行了優(yōu)化。在8 min內(nèi)可完成As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分離。當(dāng)砷酸根和亞砷酸根濃度為0～100 ng/ml時(shí)，2種形態(tài)均可得到良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)均大于等于0.999 5，實(shí)驗(yàn)室檢出限分別為0.006 mg/kg和0.009 mg/kg，精密度RSD≤6.0%，加標(biāo)回收率為85.0%～110.7%。該方法減少了樣品的分析時(shí)間和試劑用量，具有簡便、高效和可靠等特點(diǎn)，可用于大米中無機(jī)砷形態(tài)的檢測。

液相色譜-原子熒光法；大米；無機(jī)砷形態(tài)

砷作為一種有毒并致癌的元素廣泛分布于地殼、土壤、海水、河水和大氣中[1]，且作為環(huán)境污染物在國際上已經(jīng)受到越來越多的關(guān)注。隨著砷礦的開采、含砷農(nóng)藥及化肥等產(chǎn)品的過度使用，環(huán)境中的砷不斷積累，影響了動植物的生長發(fā)育，并通過食物鏈的生物放大作用對人類的生存和健康構(gòu)成了嚴(yán)重威脅[2]。近代研究表明，砷的存在形態(tài)是決定其毒性大小的重要因素之一，其中無機(jī)砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ))毒性較大，甲基砷(DMA和MMA)毒性較低[3-4]。因此我們重點(diǎn)研究了大米中無機(jī)砷形態(tài)的測定。

目前，國內(nèi)外對無機(jī)砷形態(tài)的測定方法主要集中在液相色譜-原子熒光光譜法[5-6]、液相色譜-原子吸收光譜法[7]和液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法[8-10]等方法上，其中液相色譜-原子吸收光譜法檢測靈敏度不高，而液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法操作復(fù)雜，成本昂貴。為此，筆者采用了液相色譜-原子熒光光譜法對市售大米中無機(jī)砷的形態(tài)進(jìn)行了測定，該方法具有良好的分離和檢測能力，操作簡單、準(zhǔn)確度高、儀器設(shè)備運(yùn)行成本低等特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

液相色譜-原子熒光聯(lián)用儀(北京海光儀器有限公司，LC-AFS 9700)；砷空心陰極燈(北京有色金屬研究總院，HAF-2)；陰離子交換柱(美國Hamilton 公司，PRP-X100, 250×4.1 mm，10 μm)；離心機(jī)(上海安亭科學(xué)儀器廠，TGL-15B)；超純水儀(美國Millipore公司，Direct 8)；電熱鼓風(fēng)干燥箱(上海實(shí)驗(yàn)儀器廠有限公司，101A-2E)；超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司，KQ2200DE)；0.45 μm濾膜。

As(Ⅲ)標(biāo)準(zhǔn)溶液(GBW08666，以砷計(jì)含量：1.011 μmol/g)、As(Ⅴ)標(biāo)準(zhǔn)溶液(GBW08667，以砷計(jì)含量：0.233 μmol/g)，購于中國計(jì)量科學(xué)研究院；硝酸、鹽酸均為優(yōu)級純；氫氧化鈉、硼氫化鉀、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉、磷酸二氫銨和氨水等均為分析純；實(shí)驗(yàn)用水為超純水。

1.2 液相色譜-原子熒光聯(lián)用分析儀器條件

液相色譜條件：流動相為1.79 g/L磷酸氫二鈉和6.05 g/L磷酸二氫鉀，流速1.2 ml/min，進(jìn)樣體積：100 μl。

原子熒光工作條件：負(fù)高壓：320 V；砷燈總電流：90 mA；主電流/輔助電流：55/35；載流：15%鹽酸溶液，流速4 ml/min；還原劑：20 g/L硼氫化鉀溶液，流速4 ml/min；載氣流速：400 ml/min；輔助氣流速：400 ml/min。

1.3 樣品前處理

稱取約1.0 g大米試樣(準(zhǔn)確至0.001 g)于50 ml塑料離心管中，加入20 ml 0.15 mol/L硝酸溶液，放置過夜。于90℃恒溫箱中熱浸提2.5 h，每0.5 h振搖1 min。提取完畢，取出冷卻至室溫，8 000 r/min離心15 min，取上層清液，經(jīng)0.45 μm有機(jī)濾膜過濾后進(jìn)樣測定。按同一操作方法作空白試驗(yàn)。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)工作曲線配制

分別移取不同體積的2種形態(tài)砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液于10 ml容量瓶中，用超純水稀釋至刻度，搖勻，得到1.0 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)使用液。

依次移取適量體積的2種形態(tài)砷混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，配制成0.0、5.0、10、20、50、100 ng/ml的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列。

1.5 樣品測定

按1.2儀器條件，預(yù)熱30 min，首先吸取標(biāo)準(zhǔn)系列中的任意濃度100 μl注入液相色譜-原子熒光光譜聯(lián)用儀進(jìn)行組分設(shè)定，確定無機(jī)砷的2種組分。然后在上述條件下對混合標(biāo)準(zhǔn)系列溶液進(jìn)行測試，以質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)、峰面積響應(yīng)值為縱坐標(biāo)，對2種組分的標(biāo)準(zhǔn)譜圖進(jìn)行擬合，得到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)曲線，然后測定樣品。

1.6 結(jié)果計(jì)算

式中，X為樣品中無機(jī)砷含量(以As計(jì))，mg/kg;C0為空白溶液中無機(jī)砷化合物濃度，ng/ml;C1為測定溶液中無機(jī)砷化合物濃度，ng/ml;V為試樣消化液體積，ml；m為試樣質(zhì)量，g；1 000為換算系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 色譜條件的優(yōu)化

2.1.1 流動相的選擇

分別稱取1.70 g磷酸二氫銨，6.05 g磷酸二氫鉀和1.79 g磷酸氫二鈉溶于1 000 ml純水中，以氨水調(diào)節(jié)pH值至5.8，經(jīng)0.45 μm水系濾膜過濾后，于超聲波水浴中脫氣。研究比較了2種不同流動相對無機(jī)砷形態(tài)分離效果的影響，結(jié)果見圖1和圖2。

圖1 磷酸二氫銨對無機(jī)砷形態(tài)的分離效果

圖2 磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉混合液對無機(jī)砷形態(tài)的分離效果

由圖1和圖2可知，在相同的測定條件下，磷酸二氫銨作為流動相時(shí)，完全分離As(Ⅲ)和As(Ⅴ)需要19 min，而以磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉混合液作為流動相時(shí)的分離時(shí)間僅為8 min，并且具有較好的分離效果。選定磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉的混合液作為流動相。

2.1.2 流動相流速的選擇

分離柱填充材料的性質(zhì)、填充物顆粒的大小決定著流動相的流速，本研究結(jié)合分離柱的性能[11]，分別選擇了0.8～1.5 ml/min的流速進(jìn)行測試，從分析譜圖的分離效果、峰型等指標(biāo)來看，流速為1.2 ml/min時(shí)2種無機(jī)砷形態(tài)的分離效果更好。

2.1.3 流動相pH值的優(yōu)化

利用離子交換色譜柱進(jìn)行分離時(shí)，流動相的pH值是決定色譜分離效果的重要因素之一。當(dāng)使用磷酸二氫鉀和磷酸氫二鈉混合液作為流動相時(shí)，用氨水調(diào)節(jié)其pH值，觀察了不同的pH值對亞砷酸根和砷酸根分離效果的影響。結(jié)果表明，pH值對As(Ⅲ)的保留時(shí)間影響不明顯，而隨著pH值的升高，As(Ⅴ)的保留時(shí)間減小。當(dāng)pH值為5.8時(shí)，分離效果較好，且分離時(shí)間較短，因此選定流動相pH值為5.8。

2.2 氫化物生成條件的優(yōu)化

2.2.1 硼氫化鉀濃度的優(yōu)化

分別考察了KBH4的質(zhì)量濃度為5、10、20、30和40 g/L時(shí)對原子熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)KBH4的濃度為20 g/L時(shí)，無機(jī)砷形態(tài)能獲得較高的熒光信號及較高的精密度，當(dāng)濃度低于20 g/L時(shí)，產(chǎn)生的氫氣量較少，單位體積內(nèi)帶入的樣品變少，導(dǎo)致熒光信號響應(yīng)值偏低，當(dāng)濃度高于20 g/L時(shí)，產(chǎn)生的氫氣稀釋了樣品的濃度，導(dǎo)致熒光強(qiáng)度值較低且穩(wěn)定性較差。故本文選擇KBH4的濃度為20 g/L。

2.2.2 鹽酸濃度的優(yōu)化

分別考察了HCl的體積分?jǐn)?shù)為5%、10%、15%、20%和25%時(shí)對原子熒光強(qiáng)度的影響。結(jié)果表明，當(dāng)體積分?jǐn)?shù)為15%時(shí)，無機(jī)砷形態(tài)的熒光信號響應(yīng)值最大，效果最好。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)譜圖與線性方程

按1.2儀器條件對2種形態(tài)砷混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行分離檢測，校準(zhǔn)曲線、檢出限和定量限見表1。

表1 2種形態(tài)砷的標(biāo)準(zhǔn)曲線

注：*回歸方程中的X表示標(biāo)準(zhǔn)液的質(zhì)量濃度，ng/ml。**檢出限按3倍信噪比計(jì)算，***定量限按10倍信噪比計(jì)算。

2.4 精密度試驗(yàn)結(jié)果

選取兩份不同含量的大米樣品，按照1.3節(jié)方法前處理后，在1.2節(jié)儀器條件下平行測定7次，進(jìn)行精密度試驗(yàn)，具體結(jié)果見表2。

表2 方法精密度結(jié)果

由表2可知，該方法精密度測定2份不同樣品的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的RSD值分別為5.76%、1.74%、5.24%和2.75%，說明該檢測方法精密度較高，結(jié)果較穩(wěn)定。

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

選取1份市售大米樣品，分別在樣品中添加2種不同濃度梯度的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，LC-AFS的分析結(jié)果見表3。

由表3可知，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加標(biāo)回收率分別在85.0%～106.0%和94.5%～110.7%。由此可見，在選定的實(shí)驗(yàn)條件下，本研究選用的儀器條件和實(shí)驗(yàn)方法的準(zhǔn)確性和可靠性較高。

表3 樣品中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加標(biāo)回收率

2.6 與國標(biāo)方法的數(shù)據(jù)比對

為了進(jìn)一步考察本方法的準(zhǔn)確性，分別采用本文試驗(yàn)方法及GB 5009.11-2014中無機(jī)砷測定的第一法對7份不同的樣品進(jìn)行了測定，具體結(jié)果見表4所示。

表4 兩種測定方法的數(shù)據(jù)比對

以本文方法測定值為橫坐標(biāo)，國標(biāo)方法測定值為縱坐標(biāo)繪制一次曲線，結(jié)果見圖3和圖4。

圖3 兩種方法As(Ⅲ)測定值的相關(guān)分析

圖4 兩種方法As(Ⅴ)測定值的相關(guān)分析

由圖3和圖4可知，兩種方法As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的測定值之間的決定系數(shù)分別為0.929 8和0.945 3，說明利用本文方法可以快速且準(zhǔn)確的測定大米樣品中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的含量。

3 結(jié)論

采用液相色譜-原子熒光法測定了大米中的無機(jī)砷形態(tài)，在8 min內(nèi)可完成As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分離。當(dāng)砷酸根和亞砷酸根濃度范圍為0～100 ng/ml時(shí)，2種形態(tài)均可得到良好的線性關(guān)系，線性相關(guān)系數(shù)分別為0.999 7和0.999 5，實(shí)驗(yàn)室檢出限分別為0.006 mg/kg和0.009 mg/kg，RSD≤6.0%，加標(biāo)回收率分別為85.0%～106.0%和94.5%～110.7%。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法具有設(shè)備便宜，運(yùn)行費(fèi)用低廉，易于實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。

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(責(zé)任編輯：梅 竹)

Determination of inorganic arsenic species in rice by LC-AFS

WANG Jing，DANG Xian-min，PAN Jing，WU Jing，GAO Lufei，ZHAO Peng

(Shaanxi Grain and Oil Products Quality Supervision and Inspection Institute, Xi'an 710016, China)

The method was established to determine inorganic arsenic species in rice by liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry.Types of mobile phase, flow rate, pH, the concentrations of potassium borohydride and hydrochloric acid were optimized.Arsenous acid radical and arsenic acid radical can be separated in 8 min.Arsenous acid radical and arsenic acid radical had good linear relationships with the concentrations of the forms ranging from 0 to 100 ng/ml, and the linear correlation coefficients of standard was more than 0.999 5, the laboratory detection limits of arsenous acid radical and arsenic acid radical were 0.006 mg/kg and 0.009 mg/kg, theRSDof the precision of method was less than 6.0%.And the recovery rate of standard addition applied to the sample was 85.0 %～110.7%.Inorganic arsenic species detection by LC-AFS was a simple, efficient and reliable method with less analysis time and reagent dosage, and was feasible for analysis of inorganic arsenic species in rice.

liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry;rice;inorganic arsenic species

2016-10-17；

2017-01-15

王 婧(1987-)，女，碩士，工程師，主要研究糧油食品分析檢測。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.02.014

TS207.2

A

1003-6202(2017)02-0061-04