原子荧光光谱在砷含量测定及其形态分析中的应用

2021-11-05邵文尧吴艺茹彭淑女

生物加工过程 2021年5期

邵文尧，吴艺茹，彭淑女

(厦门大学化学化工学院化学国家级实验教学示范中心(厦门大学)，福建厦门 361005)

砷是广泛存在于我们生存环境中的非金属元素，砷的毒性与其化合物的形态密切相关，不同形态的砷之间毒性可能存在巨大的差异[1]。砷的生物毒性和生物利用度不只取决于总量，更取决于其化学物种[2]。亚砷酸盐[As(Ⅲ)]、砷酸盐[As(V)]、一甲基砷 (MMA)、二甲基砷(DMA)、砷甜菜碱(AB)、砷胆碱(AC)、砷脂和砷糖等形态的砷化合物是海洋生物中较为常见的[3-4]。研究表明海产品中所含有的常见的几种砷形态之间的毒性从大到小顺序约为As(Ⅲ)、As(V)、MMA、DMA、AC、AB[5-6]。因此，海产品中无机砷与有机砷化物的区别对于海产品是否可以食用的安全性评估非常重要。鉴于当下对海产品中砷的研究大部分集中在新鲜海产品中砷形态的分析[7]，本文以海鲜干制品为研究对象，探讨其中的总砷量和含有的砷形态。与新鲜海产品相比，海鲜干制品需要经过烹饪、调味、晾晒或干燥等过程，这些过程或多或少会影响海产品中存在的砷形态。而目前对海鲜干制品中总砷和砷形态的研究仍极为少见。高效液相色谱因其极佳的柱效和分离能力，常与原子荧光光度计和质谱仪联用进行砷形态检测[8-10]。但是质谱仪的价格较为昂贵，与高效液相色谱联用的方法较难得到广泛运用[11-12]。高效液相色谱-原子荧光光谱法(HPLC-AFS)具有灵敏度高、选择性好、检出限低等优点[13-15]。因此，本实验采用HPLC-AFS对海鲜干制品中的砷形态进行分析。本实验在测定总砷时，分别采用氢化物原子荧光光谱仪(HG-AFS)和电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对样品进行测定，通过实验结果比较，选出一种更适合测定海鲜干制品中总砷量的方法。

1 材料与方法

1.1 实验仪器、试剂与材料

SA-20型原子荧光形态分析仪、AFS-8230型氢化物发生原子荧光光度计，北京吉天仪器有限公司；KQ-100B型超声清洗机，昆山超声仪器有限公司；汉密尔顿PRP-X 100阴离子交换柱 (4.1 mm×250 mm，10 μm)，美国Agilent仪器有限公司；IRIS Intrepid II XSP 型电感耦合等离子体发射光谱仪，美国Thermo Electron公司；DB-1型电热板，常州国华电器有限公司；Elix 100型超纯水机，美国Millipore公司；PRACTUM124-1CN型分析天平，德国Sartorius公司。

As(V)(GBW08667)、DMA (GBW08669)、MMA(GBW08668)、As(Ⅲ)(GBW08666)、砷标准溶液(GBW08611)，中国计量科学研究院；盐酸、硝酸、甲酸、乙酸、硫酸、高氯酸、氢氧化钾、硼氢化钾、硫脲、抗坏血酸均为市售分析纯。

牡蛎干、淡菜干、鱿鱼干、蛏干、蛤干均购于当地大型超市。

1.2 实验方法

1.2.1 标准溶液的配制

砷形态标准溶液。取As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)标准溶液，用超纯水配制1.0 mg/L的混合标准使用液，再将其用超纯水稀释为0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0和100.0 μg/L的混合标准溶液。

AFS测定时的标准溶液。将1 000 μg/mL的砷标准溶液逐级稀释为1 μg/mL标准中间液，再分别配制质量浓度为0、10.0、20.0、40.0、60.0、80.0 和100.0 μg/L的砷标准溶液，溶液体系内包含5%硫酸+1%抗坏血酸+1%硫脲。

ICP-OES测定时的标准溶液。取1 000 μg/mL的砷标准溶液，分别用5%硝酸溶液将其稀释为0、10.0、50.0和100.0 μg/mL的标准溶液。

1.2.2 仪器条件

原子荧光仪条件：形态分析仪泵速60 r/min，负高压270 V，原子化器高度8 mm，总电流80 mA，辅电流40 mA，载气流量400 mL/min，屏蔽气流量800 mL/min，总砷载流7%(体积比)盐酸溶液，砷形态载流5%(体积比)盐酸溶液，还原剂0.5%KOH和2%KBH4混合溶液。

色谱柱条件：柱温35 ℃，流速1.0 mL/min，进样体积100 μL，流动相15 mmol/L NH4H2PO3溶液(pH=6.0，用10%甲酸溶液调节)。

ICP-OES条件：入射功率1 150 W，冷却气流量14.0 L/min，辅助气流量0.5 L/min，载气流量0.8 L/min，雾化室压力0.193 MPa，泵转速110 r/min,重复次数2次,轴向观测。

1.2.3 样品前处理方法

砷形态分析前处理方法。样品粉碎后，准确称取1.000 0 g样品于50 mL离心管中。分别以20 mL乙酸-水(体积比1∶19)、硝酸-水(体积比1∶99)、盐酸-水(体积比1∶99)溶液为提取剂，进行超声提取(温度65 ℃、时间60 min)，在8 000 r/min 条件下离心10 min，收集上清液，用0.22 μm针头滤器过滤，待上机检测，同时做试剂空白对照。

总砷前处理方法。样品粉碎后，准确称取0.500 0 g于250 mL锥形瓶中，再加入10 mL硝酸、1 mL高氯酸和1 mL硫酸，静置一夜。将锥形瓶置于温度为300 ℃的电热板上蒸发至1.5 mL左右，高氯酸的白烟开始出现，加热至其白烟散尽，硫酸的白烟开始冒出。取下锥形瓶，冷却后加入10 mL超纯水，继续加热，直至白烟冒出。冷却后转移至50 mL容量瓶中。AFS测定时向容量瓶中加入1.2 mL 10%硫脲-抗坏血酸溶液(1∶1)、2.0 mL的10%硫酸溶液，用水定容；ICP-OES测定时直接用水定容，待上机检测，同时做试剂空白对照。

2 结果与讨论

2.1 总砷含量检测方法的优化选择

取蛤干、淡菜干和鱿鱼干这3种样品，按照样品前处理方法处理，分别采用HG-AFS和ICP-OES测定，得到实验数据如表1所示。

表1 HG-AFS和ICP-OES测定的实验结果

由表1可知：样品中的砷含量为20～80 μg/L，恰好位于原子荧光工作曲线的线性范围中部。用ICP-OES测定时，干扰谱线影响比较大，因而数据波动比较大，数据的有效数字位数少，实验结果误差较大，并且ICP-OES操作较为麻烦。本实验中原子荧光法操作更简便、检出限更低，精密度更高。综上，选用原子荧光光谱法对海鲜干制品中的总砷含量进行检测。

2.2 砷形态分析前处理条件的优化

选用乙酸-水溶液、硝酸-水溶液、盐酸-水溶液作为提取剂分别对淡菜干、牡蛎干这2种样品进行前处理，结果如图1所示。

图1 不同提取剂前处理得到的实验结果

由图1可知：使用盐酸-水溶液作为提取剂，提取出来的只有As(Ⅲ)；用硝酸-水溶液提取出来的砷形态数量最多也只有3种；用乙酸-水溶液作为提取剂，提取效率较高，且更有利于对砷形态的保留，更适合于动物性干海产品中的砷化合物提取。因此选择乙酸-水溶液作为形态分析中的提取剂。

2.3 标准曲线、相关系数与检出限

按本实验方法和条件测得的混合标准溶液色谱图如图2所示。由图2可知：4种砷形态As(Ⅲ)、DMA、MMA、As(V)的保留时间分别为4.21、5.36、6.01和11.20 min，4种组分在13 min内能实现良好的基线分离。

图2 混合标准溶液色谱图

以标准工作曲线的横坐标X为质量浓度，纵坐标Y为峰面积进行方程回归，回归方程、相关系数r和方法检出限如表2所示。由表2可知：总砷和4种砷形态的工作曲线在浓度范围内线性良好。在上述实验条件下，以3倍噪音水平所相当的待测物质浓度来计算检出限。由于仪器自身特性，ICP-OES标准化一般只需2个点、1个标准空白和1个标准溶液即可。检出限由仪器测定标准空白溶液时给出，其值为5.2 μg/L。

表2 回归方程、相关系数r和方法检出限

2.4 方法精密度

称取6份淡菜干样品，检测样品中总砷和4种砷形态的含量，分析结果如表3所示。

表3 方法精密度实验结果(n=6)

由表3可知：6份平行淡菜干样品中总砷和4种不同砷形态含量的相对标准偏差(RSD)为1.11%～4.16%，由此可见，本方法的精密度和重现性可以满足实验中微量分析的要求。

2.5 加标回收实验

为了考察本实验方法的有效性和准确性，选取鱿鱼干、蛏干2种样品做加标回收实验。砷形态分析加标量分别为40.0和50.0 μg/L，总砷测定加标量分别为10.0和20.0 μg/L。实验结果如表4所示。由表4可知：2种样品中总砷回收率为87.7%～120.3%，各种砷形态的回收率为96.7～110.9%，都处于合理范围内，证明本实验方法是准确可靠的。

表4 加标回收实验结果

2.6 海鲜干制品的总砷测定和砷形态分析

在当地大型超市采购鱿鱼干、淡菜干、牡蛎干、蛤干和蛏干这5种海鲜干制品，用本方法进行测定，结果如表5所示。

表5 5种海鲜干制品的砷形态分析结果

由表5可知：测定的5种产品中的无机砷含量均未超过《食品安全国家标准食品中污染物限量》的砷限量指标(0.5 mg/kg，以无机砷计)[16]。MMA和DMA对人体具有一定的毒性，但毒性远小于As(Ⅲ)和As(V)的。本研究样品中的MMA和DMA含量之和均小于0.5 mg/kg，由于国家食品安全标准并未对海产品中有毒的有机砷含量做限定，因此，以无机砷限量指标来衡量的话，则可认为所测定的样品是安全的。