薛慧 ，董宾 ，宫博 ，姚梦楠 ，李盈辰 ，常久乐

(1.北京海光仪器公司，北京 100015； 2.中国神华鄂尔多斯煤制油分公司，内蒙古鄂尔多斯 017209)

砷是一种有毒元素，在自然界中以不同的形态存在着，而其毒性大小强烈依赖于其在试样中存在的化学形态，无机砷毒性远远大于有机胂［1］。在自然环境中，砷主要以有毒无机砷的形式存在，而在有机体中，无机砷通过生物甲基化过程，在生物体内转化为无毒或低毒的有机胂形态［1］。现代砷矿的开采和熔炼、工业废料的排放、含砷农用化学品如杀虫剂、除草剂等的使用导致了土壤等环境污染［2］，砷污染已成为非常严重的环境问题之一。而小麦在生长环境中比较容易吸收富集砷，其颗粒对砷的积累导致面粉成为人们摄入砷的重要途径之一［3］，因此对人们的热衷食品-方便面中砷形态及含量的检测显得极为重要［4］。

目前无机砷的测定方法主要有氢化物发生-原子荧光光度法和银盐法［5］，而砷多种价态或形态的检测主要有高效液相色谱-等离子体质谱联用法和高效液相色谱-原子荧光联用法［1］，其中高效液相色谱-等离子体质谱法操作复杂，成本昂贵［6］。笔者采用高效液相色谱-原子荧光联用法对市售方便面中砷总量与砷形态含量进行分析研究，该法灵敏度高、操作简单、成本低、结果准确可靠。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

高效液相色谱-原子荧光联用仪：LC-AFS 9780型，北京海光仪器公司；

双道原子荧光光度计：AFS-9780型，北京海光仪器公司；

高压输液泵：P600型，北京莱伯泰科仪器公司；

微控数显加热板：EG37Aplus型，北京莱伯泰科有限公司；

超声波清洗器：SK5200HP型，上海科导超声仪器有限公司；

真空泵：AP-01P型，天津奥特赛恩斯仪器有限公司；

微孔滤膜：0.45 μm，北京北化黎明膜分离技术有限责任公司；

总砷标准储备液：100 mg/L，国家标准物质中心；

砷形态标准储备液(砷酸盐、亚砷酸盐、一甲基砷、二甲基砷)：一甲基砷以砷(As)计(25.1±0.8)μg/g，二甲基砷以砷 (As)计 (52.9±1.8) μg/g，砷酸根以砷 (As)计 (17.5±0.4) μg/g，亚砷酸根以砷(As)计 (75.7±1.2) μg/g，中国计量科学研究院；

盐酸、硝酸、高氯酸：优级纯；

硼氢化钾、氢氧化钠、硫脲、抗环血酸、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾：分析纯；

总砷分析用水为二次去离子水，砷形态分析用水为高纯水；

液相过滤用滤膜：0.22 μm；

预还原剂［硫脲-抗环血酸混合溶液(100 g/L)］：称取10 g硫脲、10 g抗坏血酸于100 mL容量瓶中，用去离子水溶解并定容到100 mL，配制成100 g/L硫脲-抗坏血酸混合溶液；

还原剂［硼氢化钾(20 g/L)-氢氧化钠混合溶液(5 g/L)］：称取硼氢化钾14.0 g、氢氧化钠2.5 g用去离子水溶解，定容至500 mL，混匀，备用；

载流：10%盐酸(体积分数)；

流动相：称取0.895 4 g磷酸氢二钠(Na2HPO4)、3.026 g磷酸二氢钾(KH2PO4)，溶解于500 mL高纯水中，调整pH值约为5.9，流动相需经0.45 μm无机膜过滤，超声脱气后方可使用；

总砷标准使用液(1 μg/mL)：将100 μg/mL标准储备溶液用去离子水逐级稀释至1 μg/mL，备用；

砷形态标准使用液(1 μg/mL)：将4种高浓度砷形态储备液分别用高纯水稀释至1 μg/mL，备用。

1.2 仪器工作条件

1.2.1 原子荧光光谱仪(总砷)

光电倍增管负高压：280 V；砷空心阴极灯电流：75 mA；原子化器高度：8.0 mm；氩气流量：载气300 mL/min，屏蔽气800 mL/min；蠕动泵转速：80 r/min；测量方式：标准曲线法；读数方式：峰面积；读数时间：13 s；延迟时间：3 s；进样体积：1.5 mL。

1.2.2 高效液相色谱-原子荧光联用仪(砷形态)

光电倍增管负高压：320 V；砷空心阴极灯电流：80 mA；原子化器高度：8.0 mm；氩气流量：载气300 mL/min，屏蔽气800 mL/min；蠕动泵转速：60 r/min；分离方式：等度分离。阴离子交换分析柱：PRP-X100 型 (250 mm×4.1 mm，10 μm)，瑞士Hamilton公司；流动相流量：1.00 mL/min；测量方式：标准曲线法；读数方式：峰高；读数时间：13 s；延迟时间：3 s；进样体积：100 μL。

1.3 样品预处理

1.3.1 样品中总砷（湿法消解）

称取研磨的方便面样品粉末0.50 g，置于50 mL锥形瓶中，然后用硝酸-高氯酸(体积比为4∶1)混合酸10 mL浸泡，放置过夜。次日置于电热板上从低温到高温进行加热消解。若消解液处理至2 mL左右时仍有未分解物质或色泽较深，取下放冷，补加硝酸3～5 mL，再消解至2 mL左右观察，如此反复两三次，注意避免炭化，直至消解完全（消解液无色或淡黄色），继续加热赶酸至约2～3 mL，冷却，用去离子水转入25 mL容量瓶（或比色管）中，加入硫脲-抗坏血酸溶液2.5 mL，定容至刻度，摇匀待测。同时做样品空白。

1.3.2 样品中砷形态（稀酸热浸提）［5］

称取样品粉末1.00 g置于10 mL聚丙烯离心管中，加入10 mL 0.15 mol/L HNO3溶液，密闭。于90℃恒温水浴箱中热浸提2.5 h，每隔30 min振摇1 min，使各种砷形态充分有效提取。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0.22 μm有机滤膜过滤后，待测。

1.4 标准工作曲线配制

1.4.1 总砷

分 别 移 取 0，0.10，0.20，0.40，0.50，1.00 mL 1 μg/mL的砷标准使用液于50 mL容量瓶(或比色管)中，加入硫脲-抗坏血酸混合溶液5.0 mL，浓盐酸2.5 mL，用去离子水定容至刻度，摇匀，备用(砷相应浓度分别为 0，2.00，4.00，8.00，10.00，20.00 μg/L)。

1.4.2 砷形态

用1 μg/mL的砷形态标准储备液，配制成一甲基砷、二甲基砷、砷酸根、亚砷酸根含量均为0，10，20，40，50 μg/L 的 4种形态混合标准系列溶液。

1.5 样品测定

总砷：按1.2.1仪器条件，逐步将炉温升至所需温度后，预热10～20 min，输入标准系列的数目及其浓度值、样品溶液的重复测量次数、样品稀释倍数等。首先连续用硝酸溶液(1+9)进样，待读数稳定之后，用标准空白溶液进样，自动扣底，依次测定标准系列。测定样品溶液之前，再次进入样品空白测定状态，以样品空白溶液进样并扣底，随后依次测定样品溶液。每测不同的试样前都应清洗进样器。

砷形态：按1.2.2仪器条件，预热10～20 min，首先用标准系列中的任意一点进行组分设定，确定砷的4种组分，继而进行标准曲线的绘制，对4种组分的标准谱图进行拟合，得到相应的标准曲线，然后测试样品。

2 结果与讨论

2.1 流动相的选择［7］

分别对磷酸二氢钠、磷酸二氢铵、磷酸氢二钠和磷酸二氢钾混合液作为流动相进行选择。以10 mmol/L磷酸二氢钠溶液为流动相，pH值为9.0进行分离测定时，DMA和As(Ⅲ)信号强度低，分离效果良好；以15 mmol/L磷酸二氢铵溶液为流动相，pH值为9.0进行分离测定时，砷各形态出峰时间长，DMA和As(Ⅲ)信号强度低，分离效果差；以磷酸氢二钠和磷酸二氢钾混合液为流动相，pH值为5.92进行分离测定时，砷4种形态在6 min内完全分离，峰尖锐，且信号强度高，因此选择磷酸氢二钠和磷酸二氢钾混合液作为流动相。

2.2 流动相流量的选择

流动相的流量与分离柱的填料性质、颗粒粒径大小等有关，结合柱子类型与要求，在1.0～1.5 mL/min流量之间选择，从分析谱图的分离效果、峰型等指标来看，流量为1.0 mL/min时4种砷形态的分离效果最好。

2.3 样品酸度的选择

样品采用0.15 mol/L的硝酸溶液进行提取，提取液pH值为1.8左右，PRP-X100阴离子交换柱在pH 1～13之间均有较好的分离效果。由于提取液pH值处于色谱柱允许范围的下限附近，笔者对提取液进行了碱中和试验。当加入微量的碱液时，提取液的pH值即发生很大的突跃，很难使pH值控制在6.0左右，而实验结果也表明，直接对提取液进行测试，分离效果和信号强度均良好，符合试验要求，因此无需将样品溶液的pH值调节至中性。

2.4 标准谱图与线性方程

根据1.5总砷测定方法用原子荧光光度计测定总砷标准系列溶液，以质量浓度为横坐标，荧光强度为纵坐标，绘制标准曲线，曲线回归方程为：y=190.66x+8.887 9，线性相关系数r=0.999 8。

按1.2.2色谱条件对浓度为100 μg/L的砷混合标准溶液进行分离检测，在6 min之内，As(Ⅲ)，DMA，MMA，As(Ⅴ)依次出峰，实现完全分离，色谱图见图1。然后在标准曲线测定中，依次进行砷形态系列标准溶液的测定，通过对砷形态荧光强度和质量浓度进行拟合得到的标准曲线方程与相关系数，结果见表1。

图1 砷形态组分设定图

表1 砷4种形态的的线性方程与相关系数

2.5 测量重复性

选取浓度为20 μg/L的砷形态混合标准溶液，连续进样6次，以保留时间计算得到定性重复性小于0.5%，以出峰-峰高计算得到定量重复性小于5.0%，数据见表2。

2.6 样品测定与加标回收试验

标准曲线绘制后，在相同的仪器条件下进行样品测量，得到实际样品中砷形态的分离谱图（见图2）。

表2 测量重复性实验结果

图2 方便面中砷形态分离谱图

由图2可以看出，方便面中砷的主要形态为三价无机砷和五价无机砷，几乎不含有机砷的形态，此测定结果与文献报道谷物类样品中砷形态以无机砷为主相一致，同时在三价无机砷分离之前还检测到峰信号，保留时间与之非常接近，说明还存在一种未知的砷化合物，经过和总砷含量比较证实，此砷化合物可能是一种砷糖，多存在于植物类物质中，且毒性很弱，不会对人体构成伤害。

选取样品1进行砷主要形态的加标回收试验，结果见表3。

表3 方便面中砷主要形态加标回收试验结果

由表3可知，砷主要形态的加标回收率在84.2%～95.7%之间，回收率较好，说明试验数据准确、可靠。

利用原子荧光光度计测试样品中总砷含量，并与砷主要形态含量之和进行对比。总砷含量与砷主要形态含量见表4。通过对3个不同样品的测量可知，样品消解后测得的总砷含量略高于样品中砷主要形态含量之和，经过样品中砷形态分析谱图(图2)分析得知，样品中含有少量砷糖类有机砷物质，由于无法定量检测，没有计算在总量砷的加和当中。而样品在氧化性很强的强酸中消解，所有的砷形态都转化为无机砷，故测定总砷时结果要高一些。

表4 方便面中总砷含量与砷主要形态含量

用该方法对市售不同品牌的方便面进行检测，无机砷的含量均在0.02 mg/kg之下。根据GB 2762-2005《食品中污染物限量》中对食品中砷含量的规定，面粉中无机砷限量值为0.1 mg/kg，所检方便面中无机砷均未超标。小麦中主要以无机砷形态存在，主要通过根部吸收土壤中砷而传输到籽粒，所以小麦生长环境中的土壤、灌溉用水对其影响极大。在一些砷污染严重的地区，如工业区或采矿周边地区，小麦中无机砷含量严重超标，针对上述情况，建议相关部门加大监管力度，减少甚至杜绝由于小麦砷污染而带来的人身伤害。

3 结语

利用原子荧光光谱技术测定了方便面中的总砷含量，并利用高效液相色谱-原子荧光联用技术对方便面中砷的主要形态进行了分析。通过分析结果可以看出，方便面中主要含有极少量的无机砷形态，且都没有超出国家标准。由此说明用稀酸、热水浴浸提砷有效形态的方法有比较好的提取效率，此提取方法方便可行，可应用于日常食品中砷形态的分析研究。

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［2］陈保卫，Le X Chris.中国关于砷的研究进展［J］.环境化学，2011，30(11): 104-111.

［3］谢华，廖晓勇，陈同斌，等.污染农田中植物的砷含量极其健康风险评估—以湖南郴州邓家塘为例［J］.地理研究，2005，24(1):151-159.

［4］王远征，滕曼，杜心，等.北京市场大米和小麦面粉中砷的含量极其形态分析［J］.环境化学，2007，26(6): 850-853.

［5］GB/T 5009.11-2003 食品中总砷及无机砷的测定［S］.

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