周 楠，袁琛凯，蒋林惠，石 敏，杨 俊

南通市食品药品监督检验中心 (南通 226000)

砷污染随着农药生产工业、染料制造工业以及金属冶炼业排废进入环境水体中，对污染水域的生态环境造成严重影响，并通过水域中水产生物食物链富集，最终危害人类健康。砷(As) 主要存在形式分为无机砷和有机砷。无机砷包括：三硫化二砷(As2S3)、五硫化二砷(As2S5)、三氧化二砷(As2O3)或亚砷酸盐(AsⅢ)、砷酸盐(AsⅤ)，有机砷包括：甲基砷和二甲基砷酸、砷甜菜碱等等。水体中无机砷部分会通过水产动物代谢会转化成砷甜菜碱和砷胆碱、砷糖、砷脂类化合物等，另外部分无机砷会被水产动植物富集体内。无机砷被国际癌症机构确认为I类致癌物，而甲基砷、 砷甜菜碱、砷胆碱等化合物通常毒性较小。因此对水体及水产品中进行总砷含量测定，并不能很好的分析评估其安全性，无机砷检测及其检测方法的进展研究就显得尤为必要。

1 无机砷及其他砷化合物的提取方式

水体基质相对简单，一般无需去蛋白除脂肪等繁琐复杂前处理过程，而水产品含有大量的脂肪、蛋白质、无机盐等成分，无机砷的提取方式比环境水样要复杂很多，溶剂萃取是最常用的提取方法，常用的提取剂为酸溶液、有机溶剂及酸溶液、盐溶液或氧化还原试剂的混合溶液。单纯的溶剂萃取存在提取时间长、效率低等问题，结合超声、微波等辅助萃取方式可以提高砷化合物的提取效率，缩短提取时间。刘海涛等[1]采用1%HCl∶10%H2O2溶液提取海带、海蛎、带鱼等水产动植物体内的无机砷，通过加标回收试验，回收率在85%～105%之间。10%H2O2的加入可以提高萃取效率，同时将水产品中三价砷氧化成五价砷，无机砷统统为五价砷，避免了色谱分离时三价砷色谱峰与有机砷色谱峰重合干扰问题，提高了检验效率和准确度。Slejkovec[2]等用 9∶1 甲醇水溶液对4种鱼中砷形态分析发现，鲤鱼和鲶鱼提取率相对较低，鳕鱼和鲑鱼的提取效果较好。Ciardullo[3]等用甲醇∶水(1∶1)为提取剂对多种鱼肉中砷形态提取时提取效率可达到 64%～89%吕超等利用与标准物质相近pH值的乙酸溶液体系可以将样品中砷的各种形态物完全提取出来。表1列举了部分具有代表性的无机砷、及其他形态物的提取方式和提取效率。

表1 部分水产品中不同砷形态物的提取方式和提取效率

2 无机砷的富集与分离方法

将无机砷及其他砷化合物从样品中提取出来是前处理过程的首要步骤，而如何将提取液中无机砷的富集并与其他砷化合物分离是前处理的关键。无机砷的富集方式主要包括液-液萃取法[13-16]、 固相萃取法[17-20]。除了传统无机砷的富集方式外，近年来分子(离子)印迹聚合物、纳米材料、修饰石墨烯等新材料在无机砷的富集方面逐渐展露头角。本文重点介绍几种新型材料在无机砷富集方面的应用。

印迹聚合物是一种特异性识别吸附材料。当模板分子与聚合物单体接触时通过共价键、非共价键、配体交换作用，形成具有多重作用位点的复合物，经单体聚合并除去模板分子后，聚合物中的空穴与模板分子空间构型相匹配且能与模板分子再次形成多重作用位点，可以实现对目标物高效富集。Jinadasa等[21]以亚甲基亚砷酸钠为模板，以1-乙烯基咪唑为功能单体，以二乙烯基苯为交联剂，以2,2’-偶氮二异丁腈为引发剂合成选择性吸附剂，用于富集多种鱼类中AsⅢ、AsⅤ；而有机砷化合物(主要是砷甜菜碱)(海鲜产品中的主要有机砷化合物)未与吸附剂相互作用，该方法给出了AsⅢ、AsⅤ的定量限，分别为1.05和1.31 μg/kg，并且具有良好的精密度。该团队[22]还制备了离子印迹材料量子点材料，基于涂覆(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷和AsⅢ离子印迹聚合物的Mn掺杂ZnS量子点(IIP @ ZnS：Mn QDs)[13]；可确保无机砷(AsⅢ和AsⅤ)均可与离子印迹聚合物中的识别腔相互作用。验证试验表明，该复合材料对无机砷物质具有高选择性。无机总砷的定量限为29.6 μg/kg，且所提出的方法简单，回收率高，分析时间短，灵敏度高，精度高(日间相对标准偏差低于10%)；该法已成功用于评估几种水产品中的总无机砷，且与高效液相色谱联用电感耦合等离子体质谱法等方法对比结果吻合良好。

纳米材料是指以纳米尺度范围作为基本单元构成的材料，具有小尺寸效应、体积效应、量子效应等独特的理化性质，其具有较大的比表面积而显示出优良的吸附性能，在样品目标物提取方面有着很广泛的应用范围[23]。各种纳米材料主要包括二氧化钛纳米颗粒、钛酸纳米管、聚乙烯亚胺：在水体环境及水体中各种生物样品中无机砷富集分离已经有了广泛应用。方兰云[24]等利用纳米二氧化钛在不同pH值溶液中对AsⅢ、AsⅤ吸附能力的差异，调节溶液pH值，可实现AsⅢ、AsⅤ的分离测定，建立新颖、准确、可靠的无机砷的形态分析方法。牛红云[25]采用水热法合成了不同尺寸和比表面积的钛酸纳米管(TNs)，研究了它们对无机砷的吸附能力。结果表明，TNs对砷的吸附可在8 h 内快速达到平衡，对五价砷和三价砷的最大吸附容量分别为60 mg/g和208 mg/g，可以很好的富集水体中三价砷和五价砷。Zhou[26]等成功地合成了磁性纳米材料Fe @聚乙烯亚胺(Fe @ PEI)，并将其用作有效的吸附材料，用于进行水体中AsⅢ和AsⅤ磁性固相萃取(MSPE)。Hilal Ahmad[27]等水热合成硫化镉纳米颗粒(CdS NPs)在20 s内完全吸附了初始浓度为100 μg/L的两种无机砷；该方法AsⅢ和AsⅤ检出限分别为(0.5±0.2) ng/L和(0.8±0.2) ng/L。通过分析标准参考物质(SRM)可以确认该方法针对系统误差和恒定误差的准确性(回收率> 95%，RSD≤5%)；该方法已成功用于水产生物样品中无机砷的测定。

氧化石墨烯具有巨大的比表面积和众多的活性含氧基团，可以作为新型固相萃取吸附材料,被用于有机小分子、生物大分子及重金属离子的吸附。孙妍[28]研究了功能化的氧化石墨烯β-FeOOH去除无机砷及痕量砷分离富集，考察了该复合材料对无机砷AsⅢ和AsⅤ的吸附行为,对AsⅢ和AsⅤ的吸附容量分别为77.5 mg/g和45.7 mg/g。在较宽的pH范围内，所制备的β-FeOOH@GO-COOH复合材料对AsⅢ和AsⅤ均有较好的吸附能力，吸附效率可达100%。对泉水和湖水中的痕量砷进行加标回收实验，结果令人满意。

3 水样及水产品中无机砷的检测

80年代我国曾制定了海产食品中无机砷的卫生标准。样品在盐酸溶液中，经70 ℃水浴加热后，无机砷以氯化物的形式被提取,经还原剂还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢,银盐溶液吸收后，形成红色胶态与标准系列比较定量，此方法灵敏度较低[29]。

原子吸收光谱法测定砷的原理[30-31]是通过砷离子经火焰或石墨炉等手段后实现原子化, 砷基态原子蒸气对特征辐射有所吸收, 根据其吸收量进行定量分析。但原子吸收光谱法在砷的检测仍局限性：由于砷的最佳光谱在紫外区，采用火焰原子吸收光谱法(FAAS)检测砷会存在严重的光谱干扰；而石墨炉原子吸收光谱法(GF-AAS)需要程序升温才能实现元素的原子化，无法实现连续性检测[23]。

氢化物发生-原子荧光光谱法是目前测定无机砷是最为常见的检测方法之一。样品在盐酸水浴条件下，使无机砷溶出，加入硫脲将五价砷还原为三价砷，再加入硼氢化钾还原生成砷化氢， 由氩气载入石英原子化器中分解为原子态砷， 在特制砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光， 其荧光强度在固定条件下与被测液中的砷浓度成正比，具有测定灵敏度高、共存干扰少和连续分析等优点[29]。但氢化物发生反应选择性强，仅三价砷能与还原剂硼氢化物反应形成砷化氢， 而五价砷定量检测需先将其还原到三价砷，再与还原剂反应形成砷化氢，这样对前处理过程及还原反应条件提出较高要求，这局限了此方法的发展。但其可与高效液相色谱联用(HPLC)，以期用色谱柱分离样品中不同形态的砷，且HG-AFS设备采购和使用成本较低，目前该方法应用较为广泛。该方法的水产动物无机砷检出限为0.03 mg/kg，定量限为0.08 mg/kg。 Van Elteren 等[32]采用基于选择性共沉淀技术与HPLC- HG- AFS 联用，使矿物水中 AsⅢ和 AsⅤ的检出限达 0.05 μg/L。尚德荣[33]等通过实验优化了提取剂、提取时间及其仪器条件，建立了HPLC-HG-AFS联用技术检测海藻中无机砷含量的方法，用1.2 mol/L HCl在70 ℃水浴下提取1 h，用过氧化氢(H2O2)氧化；pH 6.0的15 mmol/L (NH4)2HPO4溶液为流动相，HPLC-HG-AFS上机分析。样品加标量在0.10 mg/kg和1.00 mg/kg时的平均回收率均在92%以上，相对标准偏差均低于4%，方法精密度较高，该方法对于海藻中无机砷的检测低限为0.06 mg/kg。

电感耦合等离子体质谱法是将样品溶液以气溶胶形态引入高频等离子体中，砷在高温下电离成离子，产生的离子经过离子光学透镜聚焦后进人四极杆质谱分析器按照荷质比分离，通过其质谱信号强度进行定量分析，其准确度高，灵敏度高，且可与液相色谱法、毛细管电泳法等联用。GB 5009.11—2014中无机砷检测第二法采用液相色谱-电感耦合等离子体质谱法通过0.15 mol/L的硝酸溶液作为提取液，以磷酸缓冲液为流动相，以阴离子交换色谱柱为分析柱，通过液相色谱将各种砷形态分离，再通过ICP-MS检测，该方法的水产动物无机砷检出限为0.02 mg/kg，定量限为0.06 mg/kg。林立[34]等建立优化了样品提取过程和色谱分离条件，样品经过10%磷酸溶液(v/v)提取，由阴离子交换色谱柱分离，ICP-MS测定其中三价砷AsⅢ和五价砷AsⅤ的含量，实验结果表明水产动物中AsⅢ和AsⅤ的检出限分别达到5.0 μg/kg和8.0 μg/kg。易峰[35]等采用C18反相色谱柱为分析柱，用LC-ICP-MS测定水产品中无机砷，可以缩短各形态砷出峰时间，且出峰分离效果较好，回收率及相对偏差均符合实验要求。ICP-MS还可与毛细管电泳(CE)法联用[36]用于水样中砷的形态分析，检测结果HPLC-ICP-MS法比对，检测过程快速，结果准确稳定。Yan[37]等人建立了在线流动注射结合在线反应器-电感耦合等离子质谱联用富集分离水中三价砷和五价砷，该方法测定水中无机砷的检出限为0.029 μg/L，单次测定时间仅需要200 s。

4 结论

砷形态化合物种类繁多，并且毒性差异大。其中毒性最强的无机砷在水体及水产体内往往含量较低，这给水体及水产品中无机砷的准确测定带来了一定的难度。通过对水体及水产品中砷形态化合物测定技术进展的研究，本文总结论无机砷分离检测的发展的几个方向：

(1) 样品中无机砷提取方式：通过优化溶剂种类及浓度、辅助提取方式、提高无机砷的提取效率。

(2) 选择合适无机砷富集、分离方式：采用新材料(如离子印迹、修饰纳米材料等)特异性富集砷，从而有效的将无机砷从各种砷形态化合物中分离出来。

(3) 选择合适检测仪器：根据前处理方案，选择不同的检测仪器方案，优化仪器使用条件，以提高检测灵敏度，降低背景干扰，提高检验效率及准确度。