液相色谱-原子荧光光谱法测定大米中无机砷形态

王 婧，党献民，潘 静，吴 静，高璐斐，赵 鹏

(陕西省粮油产品质量监督检验所，陕西 西安 710016)

液相色谱-原子荧光光谱法测定大米中无机砷形态

王 婧，党献民，潘 静，吴 静，高璐斐，赵 鹏

(陕西省粮油产品质量监督检验所，陕西 西安 710016)

建立了液相色谱-原子荧光法测定大米中无机砷形态的检测方法，对流动相种类、流速、pH值、硼氢化钾浓度及盐酸浓度进行了优化。在8 min内可完成As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分离。当砷酸根和亚砷酸根浓度为0～100 ng/ml时，2种形态均可得到良好的线性关系，线性相关系数均大于等于0.999 5，实验室检出限分别为0.006 mg/kg和0.009 mg/kg，精密度RSD≤6.0%，加标回收率为85.0%～110.7%。该方法减少了样品的分析时间和试剂用量，具有简便、高效和可靠等特点，可用于大米中无机砷形态的检测。

液相色谱-原子荧光法；大米；无机砷形态

砷作为一种有毒并致癌的元素广泛分布于地壳、土壤、海水、河水和大气中[1]，且作为环境污染物在国际上已经受到越来越多的关注。随着砷矿的开采、含砷农药及化肥等产品的过度使用，环境中的砷不断积累，影响了动植物的生长发育，并通过食物链的生物放大作用对人类的生存和健康构成了严重威胁[2]。近代研究表明，砷的存在形态是决定其毒性大小的重要因素之一，其中无机砷(As(Ⅲ)和As(Ⅴ))毒性较大，甲基砷(DMA和MMA)毒性较低[3-4]。因此我们重点研究了大米中无机砷形态的测定。

目前，国内外对无机砷形态的测定方法主要集中在液相色谱-原子荧光光谱法[5-6]、液相色谱-原子吸收光谱法[7]和液相色谱-电感耦合等离子体质谱法[8-10]等方法上，其中液相色谱-原子吸收光谱法检测灵敏度不高，而液相色谱-电感耦合等离子体质谱法操作复杂，成本昂贵。为此，笔者采用了液相色谱-原子荧光光谱法对市售大米中无机砷的形态进行了测定，该方法具有良好的分离和检测能力，操作简单、准确度高、仪器设备运行成本低等特点。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

液相色谱-原子荧光联用仪(北京海光仪器有限公司，LC-AFS 9700)；砷空心阴极灯(北京有色金属研究总院，HAF-2)；阴离子交换柱(美国Hamilton 公司，PRP-X100, 250×4.1 mm，10 μm)；离心机(上海安亭科学仪器厂，TGL-15B)；超纯水仪(美国Millipore公司，Direct 8)；电热鼓风干燥箱(上海实验仪器厂有限公司，101A-2E)；超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司，KQ2200DE)；0.45 μm滤膜。

As(Ⅲ)标准溶液(GBW08666，以砷计含量：1.011 μmol/g)、As(Ⅴ)标准溶液(GBW08667，以砷计含量：0.233 μmol/g)，购于中国计量科学研究院；硝酸、盐酸均为优级纯；氢氧化钠、硼氢化钾、磷酸二氢钾、磷酸氢二钠、磷酸二氢铵和氨水等均为分析纯；实验用水为超纯水。

1.2 液相色谱-原子荧光联用分析仪器条件

液相色谱条件：流动相为1.79 g/L磷酸氢二钠和6.05 g/L磷酸二氢钾，流速1.2 ml/min，进样体积：100 μl。

原子荧光工作条件：负高压：320 V；砷灯总电流：90 mA；主电流/辅助电流：55/35；载流：15%盐酸溶液，流速4 ml/min；还原剂：20 g/L硼氢化钾溶液，流速4 ml/min；载气流速：400 ml/min；辅助气流速：400 ml/min。

1.3 样品前处理

称取约1.0 g大米试样(准确至0.001 g)于50 ml塑料离心管中，加入20 ml 0.15 mol/L硝酸溶液，放置过夜。于90℃恒温箱中热浸提2.5 h，每0.5 h振摇1 min。提取完毕，取出冷却至室温，8 000 r/min离心15 min，取上层清液，经0.45 μm有机滤膜过滤后进样测定。按同一操作方法作空白试验。

1.4 标准工作曲线配制

分别移取不同体积的2种形态砷标准储备液于10 ml容量瓶中，用超纯水稀释至刻度，摇匀，得到1.0 mg/L混合标准使用液。

依次移取适量体积的2种形态砷混合标准使用液，配制成0.0、5.0、10、20、50、100 ng/ml的混合标准溶液系列。

1.5 样品测定

按1.2仪器条件，预热30 min，首先吸取标准系列中的任意浓度100 μl注入液相色谱-原子荧光光谱联用仪进行组分设定，确定无机砷的2种组分。然后在上述条件下对混合标准系列溶液进行测试，以质量浓度为横坐标、峰面积响应值为纵坐标，对2种组分的标准谱图进行拟合，得到相应的标准曲线，然后测定样品。

1.6 结果计算

式中，X为样品中无机砷含量(以As计)，mg/kg;C0为空白溶液中无机砷化合物浓度，ng/ml;C1为测定溶液中无机砷化合物浓度，ng/ml;V为试样消化液体积，ml；m为试样质量，g；1 000为换算系数。

2 结果与分析

2.1 色谱条件的优化

2.1.1 流动相的选择

分别称取1.70 g磷酸二氢铵，6.05 g磷酸二氢钾和1.79 g磷酸氢二钠溶于1 000 ml纯水中，以氨水调节pH值至5.8，经0.45 μm水系滤膜过滤后，于超声波水浴中脱气。研究比较了2种不同流动相对无机砷形态分离效果的影响，结果见图1和图2。

图1 磷酸二氢铵对无机砷形态的分离效果

图2 磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合液对无机砷形态的分离效果

由图1和图2可知，在相同的测定条件下，磷酸二氢铵作为流动相时，完全分离As(Ⅲ)和As(Ⅴ)需要19 min，而以磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合液作为流动相时的分离时间仅为8 min，并且具有较好的分离效果。选定磷酸二氢钾和磷酸氢二钠的混合液作为流动相。

2.1.2 流动相流速的选择

分离柱填充材料的性质、填充物颗粒的大小决定着流动相的流速，本研究结合分离柱的性能[11]，分别选择了0.8～1.5 ml/min的流速进行测试，从分析谱图的分离效果、峰型等指标来看，流速为1.2 ml/min时2种无机砷形态的分离效果更好。

2.1.3 流动相pH值的优化

利用离子交换色谱柱进行分离时，流动相的pH值是决定色谱分离效果的重要因素之一。当使用磷酸二氢钾和磷酸氢二钠混合液作为流动相时，用氨水调节其pH值，观察了不同的pH值对亚砷酸根和砷酸根分离效果的影响。结果表明，pH值对As(Ⅲ)的保留时间影响不明显，而随着pH值的升高，As(Ⅴ)的保留时间减小。当pH值为5.8时，分离效果较好，且分离时间较短，因此选定流动相pH值为5.8。

2.2 氢化物生成条件的优化

2.2.1 硼氢化钾浓度的优化

分别考察了KBH4的质量浓度为5、10、20、30和40 g/L时对原子荧光强度的影响。结果表明，当KBH4的浓度为20 g/L时，无机砷形态能获得较高的荧光信号及较高的精密度，当浓度低于20 g/L时，产生的氢气量较少，单位体积内带入的样品变少，导致荧光信号响应值偏低，当浓度高于20 g/L时，产生的氢气稀释了样品的浓度，导致荧光强度值较低且稳定性较差。故本文选择KBH4的浓度为20 g/L。

2.2.2 盐酸浓度的优化

分别考察了HCl的体积分数为5%、10%、15%、20%和25%时对原子荧光强度的影响。结果表明，当体积分数为15%时，无机砷形态的荧光信号响应值最大，效果最好。

2.3 标准谱图与线性方程

按1.2仪器条件对2种形态砷混合标准溶液系列进行分离检测，校准曲线、检出限和定量限见表1。

表1 2种形态砷的标准曲线

注：*回归方程中的X表示标准液的质量浓度，ng/ml。**检出限按3倍信噪比计算，***定量限按10倍信噪比计算。

2.4 精密度试验结果

选取两份不同含量的大米样品，按照1.3节方法前处理后，在1.2节仪器条件下平行测定7次，进行精密度试验，具体结果见表2。

表2 方法精密度结果

由表2可知，该方法精密度测定2份不同样品的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的RSD值分别为5.76%、1.74%、5.24%和2.75%，说明该检测方法精密度较高，结果较稳定。

2.5 加标回收实验结果

选取1份市售大米样品，分别在样品中添加2种不同浓度梯度的As(Ⅲ)和As(Ⅴ)混合标准溶液，LC-AFS的分析结果见表3。

由表3可知，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加标回收率分别在85.0%～106.0%和94.5%～110.7%。由此可见，在选定的实验条件下，本研究选用的仪器条件和实验方法的准确性和可靠性较高。

表3 样品中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的加标回收率

2.6 与国标方法的数据比对

为了进一步考察本方法的准确性，分别采用本文试验方法及GB 5009.11-2014中无机砷测定的第一法对7份不同的样品进行了测定，具体结果见表4所示。

表4 两种测定方法的数据比对

以本文方法测定值为横坐标，国标方法测定值为纵坐标绘制一次曲线，结果见图3和图4。

图3 两种方法As(Ⅲ)测定值的相关分析

图4 两种方法As(Ⅴ)测定值的相关分析

由图3和图4可知，两种方法As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的测定值之间的决定系数分别为0.929 8和0.945 3，说明利用本文方法可以快速且准确的测定大米样品中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的含量。

3 结论

采用液相色谱-原子荧光法测定了大米中的无机砷形态，在8 min内可完成As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的分离。当砷酸根和亚砷酸根浓度范围为0～100 ng/ml时，2种形态均可得到良好的线性关系，线性相关系数分别为0.999 7和0.999 5，实验室检出限分别为0.006 mg/kg和0.009 mg/kg，RSD≤6.0%，加标回收率分别为85.0%～106.0%和94.5%～110.7%。实验结果表明，该方法具有设备便宜，运行费用低廉，易于实现等优点。

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(责任编辑：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，硕士，工程师，主要研究粮油食品分析检测。

10.7633/j.issn.1003-6202.2017.02.014

TS207.2

A

1003-6202(2017)02-0061-04