微波萃取HPLC-ICP-MS法测定稻米中砷的形态

赵彤，周慧敏，于利军，牛金辉

（1.大连市产品质量检测研究院，辽宁大连116630；2.大连市食品检验所，辽宁大连116630）

微波萃取HPLC-ICP-MS法测定稻米中砷的形态

赵彤1，周慧敏2，于利军1，牛金辉1

（1.大连市产品质量检测研究院，辽宁大连116630；2.大连市食品检验所，辽宁大连116630）

以纯水、硝酸溶液（0.15 mol/L）、盐酸（0.12 mol/L）作为萃取试剂，采用微波萃取作为前处理，通过离子色谱和电感耦合等离子体质谱联机法测定稻米中砷的形态。比较和总结了不同前处理方法和溶剂在不同温度和时间下对测量结果的影响，同时将本文测定方法与GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》、GB/ T23372-2009《食品中无机砷的测定液相色谱-电感耦合等离子体质谱法》两个国标方法做了对比，对不同检测方法的差异性进行分析和总结。

稻米；无机砷；检测方法

水稻对砷的积累能力明显高于其它旱地作物（如小麦和玉米），对以稻米为主食的人群来说，即使是轻度的大米砷污染也可能危害人体的健康。砷的主要形态有：砷酸盐、亚砷酸盐、一甲基砷化合物（MMA）、二甲基砷化合物（DMA）、三甲基砷的氧化物（TMAO）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）和砷糖（AsS）等。其中砷酸盐、亚砷酸盐的毒性较高，有机砷中仅MMA和DMA有较小的毒性，其它有机形态大多无毒［1］，所以我们不仅要关注稻米中总砷的含量，更要关注稻米中砷的形态分布。

目前对大米中无机砷检测国家推荐性标准主要有GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》［2］和GB/T 23372-2009《食品中无机砷的测定液相色谱-电感耦合等离子体质谱法》［3］。GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》标准方法采用硝酸溶液（0.15 mol/L）为萃取剂，由于硝酸有一定的氧化性，容易使样品中三价砷转换为五价砷，从而不能正确的了解大米中砷的形态分布。GB/T 23372-2009《食品中无机砷的测定液相色谱-电感耦合等离子体质谱法》标准方法采用纯水做为萃取液，并不能将大米中不同形态砷有效提取出来，结果会明显偏低，同样不能获得满意的测定结果。

本文建立了以盐酸溶液（0.12 mol/L）为提取液［4］，微波萃取法作为前处理，样品溶液经离子色谱分离后，用电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）测定，改进了大米中砷的形态分析检测方法。

1　试验部分

1.1仪器及试剂

Aglient7500a型电感耦合等离子体质谱（配玻璃同心雾化器）、Agilent 1100液相色谱仪：美国安捷伦公司；Mars5微波消解/萃取仪：美国培安公司；砷酸根、亚砷酸根、砷甜菜碱、一甲基砷、二甲基砷标准储备液（5 mg/L）：国家标准物质中心；磷酸二氢钠、无水乙酸钠、乙二胺四乙酸二钠、硝酸钾、氢氧化钠均为分析纯；无水乙醇为色谱纯；盐酸、硝酸为优级纯；试验用水为超纯水（电阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2仪器工作条件

1.2.1离子色谱分离条件

流动相：分别称取0.312 0 g磷酸二氢钠、0.820 3 g无水乙酸钠、0.074 6 g乙二胺四乙酸二钠、0.303 0 g硝酸钾用水定容至1 000 mL，用40 g/L的氢氧化钠水溶液调pH=10.7，最后加入10 mL无水乙醇混匀备用。

色谱柱：IonPacAG19阴离子保护柱（50mm×4mm）、IonPac AS19阴离子交换柱（250 mm×4 mm）；

流速：1.0 mL/min；进样体积：20 μL。

1.2.2电感耦合等离子体质谱仪器条件

功率：1 400 W；采样深度：9 mm；采集质量数：75；雾化器：同心雾化器，自动提升；载气流速：0.7 L/min；辅助气流速：0.48 L/min；积分时间：0.5 s。

1.3方法

称取稻米粉样品0.5 g 3份于微波萃取管中，加入10 mL盐酸溶液（0.12 mol/L）作萃取液，微波萃取法温度设定为85℃，时间为30 min），吸取少量萃取液经0.45 μm膜过滤后测试。经结果比较，选择好萃取试剂后再分别考察萃取温度和时间对测定结果的影响（微波萃取温度分别设定为80、85、90℃，萃取时间分别为30、45、60 min）。

2　结果与讨论

2.1前处理方法的选择

2.1.1萃取试剂的选择

盐酸溶液（0.07 mol/L）色谱图见图1。

图1　盐酸溶液（0.07 mol/L）色谱图（3 μg/L）Fig.1Chromatograms in the HCl system（3 μg/L）

从图1我们可以看到，5种形态砷化合物在盐酸溶液（0.12 mol/L）体系中均有较好的色谱峰形，同时5种形态砷化合物在该体系中没有发生相互转移和变化，具有较好的稳定性。盐酸溶液（0.12 mol/L）由于氯离子的大量存在，在质谱中会形成明显的多原子离子（ArCl 75），对砷（As 75）离子有强烈的干扰，但该组流动相会延迟五价砷出峰时间，从而避开氯多原子（ArCl 75）产生干扰，仅造成基线有小幅波动，五价砷测定结果并不会造成影响。采用3倍信噪比做为检出限，方法检出限为0.1 μg/L。

大米样品色谱图见图2。

图2　大米样品色谱图Fig.2Chromatogram of rice sample

大米样品中砷主要以二甲基砷化合物（DMA）和三价砷形式存在。我们选取了总砷含量为0.172± 0.018 mg/kg的稻米样品为测试样，从表1的测定结果可以看出，超纯水并不能有效的将大米中砷萃取出来，盐酸溶液（0.12 mol/L）的萃取率较高，在硝酸溶液（0.15 mol/L）中有五价砷检出，可能是样品中部分三价砷转换所致。

萃取试剂对测定结果的影响见表1。

2.1.2萃取温度对测定结果的影响

萃取温度对测定结果的影响见表2。

通过比较可知，提高温度对三价砷结果的贡献较大，微波萃取法当温度达到90℃时无机砷结果增长缓和。当继续提高温度时，大米容易产生熟化，溶液变的粘稠反而不利用无机砷的提取和检测。

表1　萃取试剂对测定结果的影响Table 1Extraction reagents impact on the determination results

表2　萃取温度对测定结果的影响Table 2Extraction temperature impact on the determination results

2.1.3萃取时间对测定结果的影响

萃取时间对测定结果的影响见表3。

从表3结果可以看出，延长萃取时间对二甲基砷测定结果有利，微波萃取法当时间到达45 min时结果增长缓和。最后将萃取样品残渣经干燥后，用硝酸和双氧水消解，在电感耦合等离子体质谱中测定，总砷含量已经很小，说明大米粉样品中砷基本被完全萃取。

表3　萃取时间对测定结果的影响Table 3Extraction time impact on the determination results

2.2与两种国家标准方法结果的比较

将该大米粉样品分别用GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》、GB/T 23372-2009《食品中无机砷的测定液相色谱-电感耦合等离子体质谱法》国家标准方法和本文方法进行检测，并进行三价砷加标回收试验，标准加入量均为0.10 mg/kg，测定结果见表4。

表4　回收率和精密度试验Table 4Tests for recovery and precision

从表4测定结果可以看出，无论采用哪种检测方法，回收率均能得到满意结果，所以加标回收并不能反映方法的优劣，前处理方法对大米中砷的形态分析有着较大的影响。

3　结论

对于大米中无机砷的测定，目前国家标准方法都存在着一定的不足，不能准确的测定出稻米中砷的形态及含量，而采用微波萃取、盐酸溶液（0.12 mol/L）做为萃取剂，经离子色谱分离，电感耦合等离子体质谱法测定能够获得较为满意的测量结果。

［1］王滨.食品无机砷含量分析及限量值研究进展［J］.公共卫生与预防医学，2006，17（2）：48-49

［2］中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB 5009.11-2014食品安全国家标准食品中无机砷的测定［S］.北京：中国标准出版社，2015：11-14

［3］中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.GB/T 23372-2009食品中无机砷的测定液相色谱电感耦合等离子体质谱法［S］.北京：中国标准出版社，2015：1-4

［4］Guo-Xinsun，Pauln Williams，Anne-Mariecarey.Inorganic arsenic in rice bran and its products are an order ofmagnitude higher than in bulk grain［J］.Environmental Science&Technology，2008，42（2）：7542-7546

Determination of Arsenic Species in Rice by Microwave Extraction HPLC-ICP-MS

ZHAO Tong1，ZHOU Hui-min2，YU Li-jun1，NIU Jin-hui1
（1.Dalian Inspection Research Institute of Product Quality，Dalian 116630，Liaoning，China；2.Dalian Institute for Food Control，Dalian 116630，Liaoning，China）

The water，HNO3（0.15 mol/L）and HCl（0.12 mol/L）as the extraction reagent，using microwave extraction as pre-treatment，determination of arsenic species in rice by IC-ICPMS.Finally，discussed and summarized the different pretreatment methods and solvents at different temperatures and time on the measurement results，analyzed and summarized the differences of different methods by compared with the other two standard methods，GB 5009.11-2014＜Determination of total arsenic and inorganic-arsenic in foods＞and GB/T 23372-2009＜Determination of inorganic-arsenic in foods-Liquid chromatography-inductive coupled plasma mass spectrometer＞.

rice；inorganic arsenic；test method

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.17.030

2016-04-11

赵彤（1981—），男（汉），高级工程师，本科，研究方向：食品检验。