HPLC-ICP- MS联用测定猪场废水中的砷形态

冯敏铃 李拥军 李盛安 张定煌 刘铭扬 张益文

摘要：建立了HPLC - ICP - MS联用测定猪场废水中5种砷形态化合物的检测方法。将HAMILTONPRP- Xl00与CNW C18-WP色谱柱进行对比，优化色谱条件，以（2.5 mmol/L柠檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸钠pH4.5）+甲醇（99：lv/v）为流动相，在6 min同时分析检测5种砷形态化合物。添加2—80 μg/L浓度水平时，5种砷形态化合物添加回收率在87.6%～92.6%之间，相对标准偏差（RSD）在3.9%～5.6%之间，方法检出限（S/N=3）在0.3～0.8 μg/L之间。结果表明：该方法前处理简单，灵敏度高，可用于日常监督检测工作。对了解规模化养猪场废水重金属砷污染状况，进一步开展规模化养猪污水对人类生活用水的污染提供数据基础。

关键词：养猪场废水;砷形态;HPLC-ICP- MS

中图分类号：X832

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）2-0032-04

1 引言

20世纪80年代以来，我国畜禽养殖业得到飞速发展，随着养殖规模的不断扩大，各种微量元素添加剂的使用也愈加普遍，其中某些重金属元素具有促使畜禽加快生长、提高抗病能力等多方面作用[1，2]。砷是一种有毒并致癌的化学元素，近几年国内外对砷污染及其控制的关注也越来越多。由于其具有毒性低、广谱杀菌、抑制和殺灭肠道寄生虫等类似抗生素的作用[3]，目前，我国和美国药品与食品管理局（FDA）等批准使用的有机胂制剂主要有洛克沙胂（Roxarsone，3-硝基-4-羟基苯胂酸）和阿散酸（p - Arsanilic Acid，对氨基苯胂酸）。部分饲料厂家及畜禽饲养者为追求短期利润，肆意超量添加，使得大部分重金属元素又随粪便排出，可随着食物链在生物体内向人类富积，损害人类健康，对生态环境和人类造成更深远的影响。因此，摸清猪场废水中重金属含量及其迁移转化，对规模猪场环境影响评估、饲料中添加剂的监管以及环境中重金属的消除等方面具有重要作用。了解其最新污染动态，有助于对于环境监控和环境污染治理技术的研究提供参考。

在重金属砷的检测分析方法中常见有原子吸收法AAS、原子荧光法AFS、电感耦合等离子光谱发生仪ICP、电感耦合等离子体质谱ICP- MS等，其中ICP-MS测试检出限低，具有同时检测多种元素的特点，是AAS、AFS及ICP无法相提并论的，将ICP- MS配合高效液相HPLC连机更可分析重金属多种形态。本文建立HPLC-ICP- MS检测猪场废水中的5种砷形态化合物的方法，该方法简单、快速、回收率高，能满足日常检测工作需要。

2 材料与方法

2.1 试验材料与仪器

（1）试剂。砷标准液：砷酸根As（ V）、一甲基砷酸MMA、亚砷酸根As（Ⅲ）、二甲基砷酸DMA和洛克沙砷Rox（中国计量科学研究院）;甲醇（德国Merck公司色谱纯）;硝酸（天津科密欧HPLC）;柠檬酸、己烷磺酸钠（阿拉丁）。

（2）仪器与设备。Agilent 1260液相、7700 ICP-MS（美国Agilent公司）;3-30k高速冷冻离心机（SIG-MA公司）;0.22 mm水系滤膜（天津津腾）。

2.2 试验方法

2.2.1 污水的采集与保存

本试验采样方法参照《水质采样样品的保存和管理技术规定》（HJ 493 - 2009），野外采样时用污水预洗2～3次聚乙烯塑料瓶后再进行灌装。可以往污水里加入适量的酸，可以防止金属在器壁表面上的吸附，pH值为1～2的酸性介质也可以抑制生物的活动。在考虑加入保存剂所引起待测元素数量的变化时，在测试的同时做保存剂空白试验，减少试剂测试的误差。具体要求如表1所示。

2.2.2 HPLC-ICP- MS仪器工作

样品送达实验室后，放人4℃冰箱放置。测试时，取50 mL废水置于离心管中5000 r/min离心5 min，过0.22 μm水系滤膜，上机测试。检测条件如表2所示。

3 结果与分析

3.1 色谱柱选择

砷形态的几种化合物都以阴离子基团形成，在加入离子对试剂后形成非极性的离子对，一般分析时选择离子交换柱。本方法将HAMILTON PRP- Xl00与CNW C18 - WP色谱柱进行对比，具体条件如表3所示。

结果表明：按照相应的色谱柱及条件5种砷形态化合物都能达到分离的效果，但从节省实验成本方面考虑HAMILTON PRP - Xl00色谱柱价格昂贵，而CNWC18- WP色谱柱相对便宜。在检测分析过程中，由于分析检测的对象是水质，虽然不是基质复杂的动植物水产品、土壤，但仍然可能有藻类、微生物的存在。污水经过离心、过0. 22 μm滤膜处理后仍可能有大分子颗粒。在使用CNW C18 - WP色谱柱的同时，前端配有预柱能更好的去除杂质，减少杂质进入柱体更有效的保护色谱柱延长使用寿命。

3.2 流动相选择

分别对比用20 mmol/L磷酸二氢铵（100%）、20mmol/L磷酸二氢铵十甲醇（99：lv/v）、（2.5 mmol/L柠檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸钠pH值4.5）+甲醇（99：lv/v）作为流动相对5种砷形态色谱峰进行分离。结果表明，20 mmol/L磷酸二氢铵（100%）分析时出峰时间过长，Rox峰形变宽，难以积分。而采用20 mmol/L磷酸二氢铵十甲醇（95：5v/v）做为流动相As（V）与MMA无法达到基线分离。在考虑到增加流动相中甲醇含量可以降低流动相的极性，使得离子对在管柱的保留时间减少，但过量的甲醇会使电流不稳定，甚至熄火[4]。在考虑到色谱峰的峰形对称及分析时间的长短，（2.5 mmol/L柠檬酸+2.5 mmol/L己烷磺酸钠pH值4.5）+甲醇（99：lv/v）作为流动相使得出峰时间和峰形对称性较为理想，实际测试时，能与干扰峰完全分离。图1为5种砷形态色谱图。

3.3

pH值对色谱峰的影响

流动相的pH值对保留时间以及分离度的有明显的影响。5种砷形态化合物在不同pH值下的表面电荷不同。以加减柠檬酸的含量比例来调节流动相pH值，通过对比pH值在3～7范围内变化，对5种砷形态化合物保留时间的影响做出分析。结果表明，当pH值为7.0时，As（ V）和MMA不能完全分离，随着pH值减少，As（V）和MMA的保留时间增加，当pH值为4.5时两者达到基线完全分离，当pH值小于4.0时5种砷形态化合物的保留时间变长、峰型变宽。综合考虑到色谱峰的峰形对称、分析时间长短和分离度等因素，最后流动相中的pH值选择4.5。

3.4 线性回归方程、检出限及定量限

取5种砷形态化合物标准品，用流动相分别配制成1、5、10、20、50、lOO）μg/L的混合标准浓度。在HPLC-ICP- MS仪器工作条件下，以峰面积为y值，标准溶液浓度为x值进行线性回归，求得线性方程。按本方法测定结果，以3倍信噪比（S/N）确定分析物的检出限。回归方程、相关系数以及定量限详见表4。

3.5 回收率与精密度

以不含5种砷形态化合物的猪场废水加入适量的酸后作为空白基质添加混合标准品，作添加回收试验，每个添加浓度重复测定3次结果取平均值。将线性回归方程范围内3个浓度点连续进样5次，以测试检测结果的重现性。结果（表5）表明，5种砷形态化合物添加回收率在87.6%～92.6%之间，相对标准偏差（RSD）在3.9%～5.6%之间。说明该方法具有较好的回收率和精密度，可以满足痕量分析要求。

3.6 实际样品分析

选取某市规模存栏量在1000头猪以上的养殖场12家，对养殖场污水处理后排放连通的农田灌溉渠进行采样，在采集水样中装入聚乙烯塑料瓶后适量酸化，混匀，送达实验室低温保存。按本文的2.2.2 HPLC-ICP- MS仪器工作试验方法操作分析，结果表明，此次抽检检的12家养殖场都没有检到5种砷形态化合物。这可能与近年来政府相关职能部门集中组织饲料执法人员，围绕违禁药物、假劣饲料开展了饲料市场专项整治行动有关。

4 结论

本文建立了HPLC-ICP- MS联用测定猪场废水中5种砷形态的检测方法。通过优化色谱条件，采用直接进样测试，在6 min同时检测5种砷形态化合物。良好的加标回收率与精密度可用于猪场废水中痕量重金属砷形态的测定，该方法具有操作简单、准确度高、稳定性好和低耗等优点，能满足日常检测工作的需要。

參考文献：

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