LC-AFS测定大米中的砷形态

□ 赵四标 张加稳 昆明市食品药品检验所

1 前言

砷及化合物被广泛应用于农药、除草剂、杀虫剂等农业生产中[1]。无机砷的毒性大于有机砷，其中As（Ⅲ）和As（Ⅴ），被划定为一级致癌物[2]。水稻品种、耕作方式、土壤质地等因素都会影响水稻对砷的富集，大米中主要包含As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA、DMA[3]。因此，必须加强对大米中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的检验、监测。

砷的测定方法有高效液相色谱和原子荧光光谱联用法（LC-AFS）、液相色谱和电感耦合等离子质谱（HPLC-ICP/MS）法、毛细血管电泳和电感耦合等离子体质谱联用（CEICP/MS）法等[4-5]。相比其他方法，LC-AFS分析方法具有灵敏度高、操作简单、成本低廉及测定结果准确可靠的特点。

本文采用LC-AFS方法测定大米中的砷形态，同时对提取方法、流动相、色谱条件、酸度与还原剂浓度等条件进行优化。

2 实验部分

2.1 仪器与试剂

AFS-9531原子荧光光谱仪（北京海光，带液相模块）；电子天平(梅特勒-托利多)；控温电热板(BHW-09A45)；干燥箱；高速粉碎机；赛多利斯超纯水机。所用器皿先5%硝酸溶液浸泡24 h，再超纯水洗净。大米粉中形态砷质控样品（T07314QC）；亚砷酸盐As（Ⅲ）、砷酸盐As（Ⅴ）、一甲基砷MMA与二甲基砷DMA，中国计量科学研究院；硝酸（GR，川东化工）；硼氢化钾（AR）；氢氧化钠（AR）；大米试样；超纯水（18.2 MΩ）。

2.2 样品前处理

称取100 g大米试样，粉碎，放入蒸发皿中，在85 ℃下，干燥3 h，冷却混匀。称取干燥后大米样品1.0 g（准确至0.000 1 g），至于50 mL塑料离心管中，滴加浓度为0.15 mol/L的硝酸20 mL。置于摇床，以80 ℃、400 r/min的速度振摇2.5 h。待振摇提取结束，静置过夜，离心提取上层清液，0.45 μm有机滤膜过滤，待测，同一方法处理质控样、试剂空白。

2.3 仪器工作条件

原子荧光：原子化器高度：8 mm；砷空心阴极灯，负高压：300 V；灯电流：60 mA；加热温度：200 ℃；载气：300 mL/min；屏蔽气：90 mL/min；时间定性，峰面积定量。

液相色谱：色谱柱Hamilton PRPX100（250 mm×4.1 mm）； 流动相：5 mmol/L磷酸氢二钠和45 mmol/L磷酸二氢钾；进样体积：100 μL；流速：1 mL/min；柱温为30 ℃；等度洗脱。

2.4 标准工作曲线的绘制

配制0、10、20、40、80μg/L与100 μg/L系列浓度的标准溶液，并对其进行检测。标准工作曲线见表1，四种形态砷的的标准叠加谱图见图1。

3 结果与分析

3.1 测定条件的优化

3.1.1 测试条件

通过探究表明，四种砷形态在载气90 mL/min，屏蔽气300 mL/min、主电流为60 mA，辅电流为30 mA，负高压为300 V时，灵敏度最佳、信号最稳定、信噪比最佳。采用5%的盐酸溶液为载流，2%硼氢化钾和0.1%氢氧化钠组成的混合溶液作为还原剂。硼氢化钾的强还原性，易水解，未接触样品已部分反应，加入0.1%氢氧化钠可以降低硼氢化钾的水解。

表1 标准工作曲线及相关系数

图1 形态砷标准叠加的谱图

3.1.2 流动相的选择

流动相经水系滤膜抽滤处理，超声脱气30 min，降低气泡进入色谱柱，干扰色谱柱的分离，引起基线漂移、峰型变化，最终导致检测偏差。同时对比磷酸二氢钠-磷酸二氢铵和磷酸氢二钠-磷酸二氢钾两种不同的流动相，最终选择浓度约5 mmol/L磷酸氢二钠和45 mmol/L磷酸二氢钾的混合溶液，pH约5.92（不需调节pH）作为流动相，等度洗脱。

3.1.3 样品酸度的选择

本实验选用PRP-X100阴离子交换柱，该色谱柱pH在1～13，具有较宽的pH范围，且具有良好的分离效果。用0.15 mol/L的硝酸提取样品，待测试样的pH在2左右，属于强酸性，在色谱柱的使用范围，100 μL的微量进样对流速为1.0 mL/min的流动相来说，不会引起流动相pH的大范围变化、波动，不会造成峰型、出峰时间的变化。结果表明，提取液直接上机，出峰时间稳定、峰型较好、分离度高、信号强度良好，符合实验要求。

3.2 样品的测定

样品色谱图如如图2。大米试样中，As（Ⅲ）、DMA、As（Ⅴ）的含量分别为0.082 7、0.007 8、0.001 2 mg/kg，MMA的含量极少，未达到仪器方法检出限，没有计入总量，无机砷之和为0.084 9 mg/kg，参照GB 2762-2017中无机砷的限量值为0.2 mg/kg，待测样小于限量值，属合格大米。

图2 待测样品中形态砷含量的谱图

3.3 准确度

砷形态质控样中As（Ⅲ）、DMA的测定平均值分别为0.135 1、0.020 35 mg/kg，合计0.155 4 mg/kg，无机砷标物范围：0.111～0.266 mg/kg，说明该测试方法得到的数据准确度很高。

3.4 加标回收率

向样品中添加As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA与DMA 2.00、10.00、40.00 µg/L的标准物质，以测定方法的加标回收率，各组分加标回收率在80%～100%，不同浓度形态砷的回收率较好。

4 结语

本文采用以0.15 mol/L的硝酸90℃热浸提取大米试样中的砷，对LCAFS中的流动相、色谱条件、酸度等件进行优化，四种砷形态在7 min内均得到分离、测定。结果表明：As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、MMA与DMA的检出限分别为0.006 0、0.021、0.009 0、0.010 mg/kg，加标回收率80%～100%，线性范围0～100 μg/L，各形态砷标准曲线的相关系数均大于0.999 5。该方法操作简单、形态砷的提取效率高、数据稳定且准确度高，可应用于大米中形态砷的分析研究。