HPLC-AFS技术在食品中砷形态分析中的应用

王岩

摘 要：食品中的砷是一种具有多种形态的有害元素，食品中砷形态的检测对食品安全具有重要意义。笔者对液相色谱-原子荧光光谱（High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer，HPLC-AFS）联用技术在食品中砷形态分析中的应用进行了介绍和研究，为检测人员在食品中砷形态分析方法的选择方面提供参考。

关键词：液相色谱 -原子荧光光谱联用技术（HPLC-AFS）;砷;形态分析;食品

Abstract： Arsenic in food is a harmful element with various forms. The detection of arsenic in food is of great significance to food safety. The author introduces and studies the application of High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer （HPLC-AFS） combined technology in the analysis of arsenic species in food， aiming to provide reference for testers in the selection of arsenic speciation analysis methods in food.

Keywords： High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer（HPLC-AFS）; arsenic; speciation analysis; food

自然界中的砷元素以许多不同形态的化合物存在，主要有砷酸盐（As5+）、亚砷酸盐（As3+）、砷糖（AsS）、一甲基砷（MMA）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）、二甲基砷（DMA）、洛克沙砷（ROX）和三甲基胂氧（TMAO）等形态存在[1]。砷元素的形态不同，其毒性或药用机理也不同，其中无机砷的毒性比有机砷大，而不同形态的砷可在人体内相互转变，从而产生不同毒性。不同形态的砷毒性表现为As3+>As5+>MMA>DMA>AsS>AsC>AsB[2-3]。

由于不同化合物中的砷元素表现的毒性不一样，单独对食品中砷元素总量进行测定已不能真实反映出砷对人体健康的危害程度，同时随着我国居民生活水平的提高，食品来源和种类更加多元化，国内各个机构越来越重视食品中砷形態的检测，砷形态分析也逐渐成为研究的热点。

1 HPLC-AFS技术概述

目前从分析方法上来讲，元素形态和元素总量的分析方法有很大差别，尤其对元素形态的分析方法的检出能力和稳定性提出了更高的要求。随着科技的发展，研究者们一直在不断探索元素形态分析的方法，致力于实现分析方法的高选择性、高灵敏度和高效率，甚至是实现分析过程的现代化。联用技术的出现为食品中砷形态的分析提供了新的解决思路。通过将HPLC的高效分离手段与高灵敏的AFS检测技术相结合，将同一化学元素的多种形态通过高效液相色谱柱分离后，经过仪器接口引入原子荧光检测器进行检测，进而实现了元素形态分析的高灵敏度、高准确度及高分析效率。但联用技术一般造价昂贵，不适于砷形态分析的广泛应用，而液相-荧光联用技术以其良好的应用特征，即操作简单、灵敏度高、选择性好、精密度高、分析曲线的线性范围宽和使用及维护成本低而逐渐成为砷形态分析的普遍选择。

HPLC-AFS技术是一种将痕量元素的不同形态或价态进行分离后再分别检测的分析技术。将HPLC-AFS用于元素的形态分析的优势有3点。①待测物不需要衍生化反应即可直接进样分离，避免了衍生污染及各种元素形态间的重排和相互转化，使得分析数据更加可靠。②HPLC可以根据所分析元素形态的性质，灵活选择恰当的色谱体系，其在分离方面具有多样性。③AFS作为一款我国少数具有自主知识产权的分析仪器之一，AFS以其独有的特点，在As、Hg等重金属的检测上具有显著优势，以AFS作为检测器，能实现较少的化学干扰和光谱干扰，对As、Se、Sb、Hg等具有很高的灵敏度和选择性，将AFS用于砷的形态分析上，能获得与ICP-MS（电感耦合等离子体质谱仪）相当的分析性能（灵敏度、精密度和检出限）。④AFS具有仪器价格和操作费用低、预热时间短和操作简便等突出优点。因此，液相色谱和原子荧光联用仪器的应用具有重大意义。

2 HPLC-AFS的原理

液相-原子荧光形态分析仪是测试砷、汞、硒、锑等元素价态的专用仪器。其原理为：该仪器是由液相色谱分离系统、原子荧光检测系统以及荧光接口部分（又称形态预处理单元或形态接口部分）组成。被测元素的不同价态组分存在化学和物理性质的不同，在色谱柱上就体现为保留时间的差异，这是不同价态组分在HPLC上分离的原理;荧光接口部分的功能是将色谱柱分离出来的不同价态的待测组分及参加生成气态氢化物（或单原子）反应的其他试剂，经过复杂的流路控制系统带到相应的反应器中实现最终反应。另外在荧光接口的装置中内置了一种称为在线紫外消解的装置，其功能是将待测物中不能直接发生氢化物反应或反应效率较低的有机价态元素转化为可进行氢化物反应的无机价态元素[4]。例如，通过在线消解装置对复杂砷形态化合物进行在线消解转化，最终实现了对砷甜菜碱（AsB）、四甲基砷离子（MeAs+）、砷胆碱（AsC）以及砷糖等复杂砷化合物的分析。原子荧光检测系统将被测元素定量转化为可被检测的光谱信号，数据处理系统检测并记录这些数据，同时进行相应的数据处理。液相原子荧光形态分析仪结构示意图，见图1。

3 HPLC-AFS的应用

借助于实验条件的优化，HPLC-AFS测试As形态的检出限能和HPLC-ICP-MS测试As形态的检出限相当[5-6]，基于HPLC-AFS联用技术的优点，HPLC-AFS联用技术方案逐渐成为食品中砷形态分析的常用方法[7-9]。不同基质的食品采用不同的前处理方法已获得良好的分析效果。例如，王素芬等[10]以0.20 mol/L硫酸溶液为提取溶剂，采用HPLC-AFS对蜂蜜进行了分析，获得的检出限分别为：As（III）1.0 µg/kg、DMA 2.1 µg/kg、MMA1.2 µg/kg和As（V）3.1 µg/kg。吴烨飞等[11]利用1.0% HCL为提取溶剂，结合HPLC-AFS对海藻中的无机砷进行了分析，得到As（V）的检出限为0.062 8 mg/kg，回收率为80.5%～105.7%。董喆等[12]借助于HPLC-AFS技术对大虾、金枪鱼、虾油、大米和菠菜样品的HNO3（0.15 mol/L）浸提液进行分析，得到海产品中砷形态主要为2种砷化物，即二甲基砷（DMA）和砷甜菜碱（AsB）;大米及菠菜样品中砷的主要形态为As（III）、二甲基砷（DMA）和As（V）的结论。王继霞等[13]用体积比1∶19的乙酸-水作为溶剂，用超声提取贝壳类海产品中的砷化合物，用HPLC-AFS联用技术对As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和砷甜菜碱（AsB）进行测定，4种化合物的相关系数均大于0.999 5，检出限分别为1.47 µg/L、3.34 µg/L、3.30 µg/L、2.36 µg/L。李鑫等[14]用1%硝酸提取稻米中的亚砷酸As（III）、砷酸As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA），使用HPLC-AFS技术对4种砷化合物进行测定。4种形态的砷相关系数均大于0.999，最低检出限为0.195 ng/mL，平均回收率为84.0%～115.7%。王颖等[15]采用高效液相色谱-原子荧光光谱法联用技术，用0.05 mol/L硝酸浸提地龙蛋白粉中的三价砷、五价砷、一甲基砷和二甲基砷，其检出限分别为0.011 mg/kg、0.019 mg/kg、0.014 mg/kg和0.013 mg/kg，加标回收率在93%～115.7%。黄田富等[16]用HPLC-HG-AFS分析方法测定茶叶中的4种形态砷，在7 min之内实现亚砷酸根、二甲基砷酸、一甲基砷酸、砷酸根的完全分离，得到检出限分别为0.064 ng/mL、0.127 ng/mL、0.089 ng/mL和0.095 ng/mL，精密度分别为2.26%、1.84%、2.05%和1.59%。崔颖等[17]以甲醇-水为溶剂提取动物食品中的阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸，经测定，线性相关系数均大于0.999;阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸检测低限分别为0.1 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg。因此，经过对前处理方法的优化，采用HPLC-AFS对不同食品进行分析都获得了优异的效果，进一步验证了HPLC-AFS在食品砷形态分析的性能。

4 展望

目前HPLC-AFS技术在食品砷形态分析中已成为主流的检测手段。由于食品种类的多样性，砷形态种类繁多且含量差异大，该技术在食品样品的检测过程中也存在一些不足。①需要基于不同基質的食品中砷的形态不同，选择合适的前处理方法以便于更真实地反映砷在食品中的存在形式。②有机砷的氢化物生成效率相对较低，需要更具效率的在线消解装置以提高有机砷的灵敏度。相信随着科技的发展，高效的在线消解装置及保证灵敏度和降低基本干扰的前处理方法必将应用于HPLC-AFS在食品中砷形态的分析。

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