原子熒光光譜在砷含量測(cè)定及其形態(tài)分析中的應(yīng)用

邵文堯，吳藝茹，彭淑女

(廈門大學(xué) 化學(xué)化工學(xué)院 化學(xué)國家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心(廈門大學(xué))，福建 廈門 361005)

砷是廣泛存在于我們生存環(huán)境中的非金屬元素，砷的毒性與其化合物的形態(tài)密切相關(guān)，不同形態(tài)的砷之間毒性可能存在巨大的差異[1]。砷的生物毒性和生物利用度不只取決于總量，更取決于其化學(xué)物種[2]。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(AB)、砷膽堿(AC)、砷脂和砷糖等形態(tài)的砷化合物是海洋生物中較為常見的[3-4]。研究表明海產(chǎn)品中所含有的常見的幾種砷形態(tài)之間的毒性從大到小順序約為As(Ⅲ)、As(V)、MMA、DMA、AC、AB[5-6]。因此，海產(chǎn)品中無機(jī)砷與有機(jī)砷化物的區(qū)別對(duì)于海產(chǎn)品是否可以食用的安全性評(píng)估非常重要。鑒于當(dāng)下對(duì)海產(chǎn)品中砷的研究大部分集中在新鮮海產(chǎn)品中砷形態(tài)的分析[7]，本文以海鮮干制品為研究對(duì)象，探討其中的總砷量和含有的砷形態(tài)。與新鮮海產(chǎn)品相比，海鮮干制品需要經(jīng)過烹飪、調(diào)味、晾曬或干燥等過程，這些過程或多或少會(huì)影響海產(chǎn)品中存在的砷形態(tài)。而目前對(duì)海鮮干制品中總砷和砷形態(tài)的研究仍極為少見。高效液相色譜因其極佳的柱效和分離能力，常與原子熒光光度計(jì)和質(zhì)譜儀聯(lián)用進(jìn)行砷形態(tài)檢測(cè)[8-10]。但是質(zhì)譜儀的價(jià)格較為昂貴，與高效液相色譜聯(lián)用的方法較難得到廣泛運(yùn)用[11-12]。高效液相色譜-原子熒光光譜法(HPLC-AFS)具有靈敏度高、選擇性好、檢出限低等優(yōu)點(diǎn)[13-15]。因此，本實(shí)驗(yàn)采用HPLC-AFS對(duì)海鮮干制品中的砷形態(tài)進(jìn)行分析。本實(shí)驗(yàn)在測(cè)定總砷時(shí)，分別采用氫化物原子熒光光譜儀(HG-AFS)和電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀(ICP-OES)對(duì)樣品進(jìn)行測(cè)定，通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較，選出一種更適合測(cè)定海鮮干制品中總砷量的方法。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器、試劑與材料

SA-20型原子熒光形態(tài)分析儀、AFS-8230型氫化物發(fā)生原子熒光光度計(jì)，北京吉天儀器有限公司；KQ-100B型超聲清洗機(jī)，昆山超聲儀器有限公司；漢密爾頓PRP-X 100陰離子交換柱 (4.1 mm×250 mm，10 μm)，美國Agilent儀器有限公司；IRIS Intrepid II XSP 型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，美國Thermo Electron公司；DB-1型電熱板，常州國華電器有限公司；Elix 100型超純水機(jī)，美國Millipore公司；PRACTUM124-1CN型分析天平，德國Sartorius公司。

As(V)(GBW08667)、DMA (GBW08669)、MMA(GBW08668)、As(Ⅲ)(GBW08666)、砷標(biāo)準(zhǔn)溶液(GBW08611)，中國計(jì)量科學(xué)研究院；鹽酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸、高氯酸、氫氧化鉀、硼氫化鉀、硫脲、抗壞血酸均為市售分析純。

牡蠣干、淡菜干、魷魚干、蟶干、蛤干均購于當(dāng)?shù)卮笮统小?/p>

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

砷形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)溶液。取As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)標(biāo)準(zhǔn)溶液，用超純水配制1.0 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)使用液，再將其用超純水稀釋為0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100.0 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液。

AFS測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。將1 000 μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液逐級(jí)稀釋為1 μg/mL標(biāo)準(zhǔn)中間液，再分別配制質(zhì)量濃度為0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0 和100.0 μg/L的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，溶液體系內(nèi)包含5%硫酸+1%抗壞血酸+1%硫脲。

ICP-OES測(cè)定時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)溶液。取1 000 μg/mL的砷標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別用5%硝酸溶液將其稀釋為0、10.0、50.0和100.0 μg/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.2.2 儀器條件

原子熒光儀條件：形態(tài)分析儀泵速60 r/min，負(fù)高壓270 V，原子化器高度8 mm，總電流80 mA，輔電流40 mA，載氣流量400 mL/min，屏蔽氣流量800 mL/min，總砷載流7%(體積比)鹽酸溶液，砷形態(tài)載流5%(體積比)鹽酸溶液，還原劑0.5%KOH和2%KBH4混合溶液。

色譜柱條件：柱溫35 ℃，流速1.0 mL/min，進(jìn)樣體積100 μL，流動(dòng)相15 mmol/L NH4H2PO3溶液(pH=6.0，用10%甲酸溶液調(diào)節(jié))。

ICP-OES條件：入射功率1 150 W，冷卻氣流量14.0 L/min，輔助氣流量0.5 L/min，載氣流量0.8 L/min，霧化室壓力0.193 MPa，泵轉(zhuǎn)速110 r/min,重復(fù)次數(shù)2次,軸向觀測(cè)。

1.2.3 樣品前處理方法

砷形態(tài)分析前處理方法。樣品粉碎后，準(zhǔn)確稱取1.000 0 g樣品于50 mL離心管中。分別以20 mL乙酸-水(體積比1∶19)、硝酸-水(體積比1∶99)、鹽酸-水(體積比1∶99)溶液為提取劑，進(jìn)行超聲提取(溫度65 ℃、時(shí)間60 min)，在8 000 r/min 條件下離心10 min，收集上清液，用0.22 μm針頭濾器過濾，待上機(jī)檢測(cè)，同時(shí)做試劑空白對(duì)照。

總砷前處理方法。樣品粉碎后，準(zhǔn)確稱取0.500 0 g于250 mL錐形瓶中，再加入10 mL硝酸、1 mL高氯酸和1 mL硫酸，靜置一夜。將錐形瓶置于溫度為300 ℃的電熱板上蒸發(fā)至1.5 mL左右，高氯酸的白煙開始出現(xiàn)，加熱至其白煙散盡，硫酸的白煙開始冒出。取下錐形瓶，冷卻后加入10 mL超純水，繼續(xù)加熱，直至白煙冒出。冷卻后轉(zhuǎn)移至50 mL容量瓶中。AFS測(cè)定時(shí)向容量瓶中加入1.2 mL 10%硫脲-抗壞血酸溶液(1∶1)、2.0 mL的10%硫酸溶液，用水定容；ICP-OES測(cè)定時(shí)直接用水定容，待上機(jī)檢測(cè)，同時(shí)做試劑空白對(duì)照。

2 結(jié)果與討論

2.1 總砷含量檢測(cè)方法的優(yōu)化選擇

取蛤干、淡菜干和魷魚干這3種樣品，按照樣品前處理方法處理，分別采用HG-AFS和ICP-OES測(cè)定，得到實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 HG-AFS和ICP-OES測(cè)定的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由表1可知：樣品中的砷含量為20～80 μg/L，恰好位于原子熒光工作曲線的線性范圍中部。用ICP-OES測(cè)定時(shí)，干擾譜線影響比較大，因而數(shù)據(jù)波動(dòng)比較大，數(shù)據(jù)的有效數(shù)字位數(shù)少，實(shí)驗(yàn)結(jié)果誤差較大，并且ICP-OES操作較為麻煩。本實(shí)驗(yàn)中原子熒光法操作更簡便、檢出限更低，精密度更高。綜上，選用原子熒光光譜法對(duì)海鮮干制品中的總砷含量進(jìn)行檢測(cè)。

2.2 砷形態(tài)分析前處理?xiàng)l件的優(yōu)化

選用乙酸-水溶液、硝酸-水溶液、鹽酸-水溶液作為提取劑分別對(duì)淡菜干、牡蠣干這2種樣品進(jìn)行前處理，結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同提取劑前處理得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果

由圖1可知：使用鹽酸-水溶液作為提取劑，提取出來的只有As(Ⅲ)；用硝酸-水溶液提取出來的砷形態(tài)數(shù)量最多也只有3種；用乙酸-水溶液作為提取劑，提取效率較高，且更有利于對(duì)砷形態(tài)的保留，更適合于動(dòng)物性干海產(chǎn)品中的砷化合物提取。因此選擇乙酸-水溶液作為形態(tài)分析中的提取劑。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線、相關(guān)系數(shù)與檢出限

按本實(shí)驗(yàn)方法和條件測(cè)得的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖如圖2所示。由圖2可知：4種砷形態(tài)As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)的保留時(shí)間分別為4.21、5.36、6.01和11.20 min，4種組分在13 min內(nèi)能實(shí)現(xiàn)良好的基線分離。

圖2 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液色譜圖

以標(biāo)準(zhǔn)工作曲線的橫坐標(biāo)X為質(zhì)量濃度，縱坐標(biāo)Y為峰面積進(jìn)行方程回歸，回歸方程、相關(guān)系數(shù)r和方法檢出限如表2所示。由表2可知：總砷和4種砷形態(tài)的工作曲線在濃度范圍內(nèi)線性良好。在上述實(shí)驗(yàn)條件下，以3倍噪音水平所相當(dāng)?shù)拇郎y(cè)物質(zhì)濃度來計(jì)算檢出限。由于儀器自身特性，ICP-OES標(biāo)準(zhǔn)化一般只需2個(gè)點(diǎn)、1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)空白和1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)溶液即可。檢出限由儀器測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)空白溶液時(shí)給出，其值為5.2 μg/L。

表2 回歸方程、相關(guān)系數(shù)r和方法檢出限

2.4 方法精密度

稱取6份淡菜干樣品，檢測(cè)樣品中總砷和4種砷形態(tài)的含量，分析結(jié)果如表3所示。

表3 方法精密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果(n=6)

由表3可知：6份平行淡菜干樣品中總砷和4種不同砷形態(tài)含量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差(RSD)為1.11%～4.16%，由此可見，本方法的精密度和重現(xiàn)性可以滿足實(shí)驗(yàn)中微量分析的要求。

2.5 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)

為了考察本實(shí)驗(yàn)方法的有效性和準(zhǔn)確性，選取魷魚干、蟶干2種樣品做加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)。砷形態(tài)分析加標(biāo)量分別為40.0和50.0 μg/L，總砷測(cè)定加標(biāo)量分別為10.0和20.0 μg/L。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表4所示。由表4可知：2種樣品中總砷回收率為87.7%～120.3%，各種砷形態(tài)的回收率為96.7～110.9%，都處于合理范圍內(nèi)，證明本實(shí)驗(yàn)方法是準(zhǔn)確可靠的。

表4 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)結(jié)果

2.6 海鮮干制品的總砷測(cè)定和砷形態(tài)分析

在當(dāng)?shù)卮笮统胁少忯滛~干、淡菜干、牡蠣干、蛤干和蟶干這5種海鮮干制品，用本方法進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果如表5所示。

表5 5種海鮮干制品的砷形態(tài)分析結(jié)果

由表5可知：測(cè)定的5種產(chǎn)品中的無機(jī)砷含量均未超過《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》的砷限量指標(biāo)(0.5 mg/kg，以無機(jī)砷計(jì))[16]。MMA和DMA對(duì)人體具有一定的毒性，但毒性遠(yuǎn)小于As(Ⅲ)和As(V)的。本研究樣品中的MMA和DMA含量之和均小于0.5 mg/kg，由于國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)并未對(duì)海產(chǎn)品中有毒的有機(jī)砷含量做限定，因此，以無機(jī)砷限量指標(biāo)來衡量的話，則可認(rèn)為所測(cè)定的樣品是安全的。

3 結(jié)論

建立了高效液相色譜-原子熒光光譜法用于海鮮干制品的總砷測(cè)定和砷形態(tài)的分析，優(yōu)化了砷形態(tài)分析前處理的方法，對(duì)比了原子熒光光譜法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法對(duì)樣品總砷含量的測(cè)定，最終選用原子熒光光譜法對(duì)5種海鮮干制品中的總砷含量進(jìn)行檢測(cè)。

該方法具有精密度高、檢出限低、快速準(zhǔn)確、干擾小等優(yōu)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，雖然海鮮干制品中的總砷含量較高，但是實(shí)驗(yàn)檢測(cè)的5種產(chǎn)品中的無機(jī)砷含量均未超過國家標(biāo)準(zhǔn)，因此是可以安全食用的。實(shí)驗(yàn)測(cè)得的2種有機(jī)砷的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，也能為國家食品安全標(biāo)準(zhǔn)的完善提供參考。