毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱法测定稻谷中不同形态的砷化合物

郑欣怡

摘 要：本文通过条件优化，建立一种毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱仪联用（CE-ICP-MS）分析稻谷中4种不同形态砷化合物的方法。该方法能简单高效地从稻谷中分离出不同形态的砷化合物，回收率在87%～105%，RSD小于5%。本法灵敏度高、样品消耗量少、稳定性好，可用于稻谷样品中不同形态砷化合物的分析。

关键词：稻谷;砷;毛细管电泳-电感耦合等离子质谱

Abstract：The article established a capillary electrophoresis coupled with inductively coupled plasma mass spectrometry （CE-ICP-MS） method for the detection of four different forms arsenic compounds in paddy. Different forms of arsenic compounds can be simply and efficiently extracted from paddy without changing their forms， the recovery was between 87% and 105%， RSD was less than 5%. The extraction method established in this experiment is effective， The method has high sensitivity， less sample usage and strong resistance to complex matrix，and can be used for the speciation analysis of arsenic in paddy samples.

Key words：Paddy; Chromium; CE-ICP-MS

中圖分类号：O658

砷是自然界中存在的一种类金属元素，无机砷As（Ⅲ）和As（V）毒性较大，有机砷MMA、DMA毒性较小，而砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）等一般认为无毒[1-2]。张普敦、巩佳第等研究发现稻谷中的砷主要包含As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和少量的砷甜菜碱AsB[3-4]。Su、Willimas等研究发现水稻与砷元素的结合度非常高[5-6]。因此建立同时测定稻谷中不同形态砷的分析方法是十分必要的。

目前常见的砷形态分析方法有液相色谱（LC）和电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）或原子荧光光谱（AFS）等联用[7]，但都存在分析时间较长、样品用量大等缺点。毛细管电泳（CE）具有消耗样品少、分离效率高等优点，与ICP-MS联用后，可提升检测灵敏度，扩大应用范围[8]。

1 材料与方法

1.1 试剂与仪器

试剂：砷化合物标准物质As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）购于国家标准物质中心;硼砂、硼酸、EDTA和氢氧化钠为优级纯;甲醇为色谱纯;实验用水均为一级水。

仪器：睿科CEi-SP20毛细管电泳仪;安捷伦7900电感耦合等离子体质谱仪。

1.2 前处理实验方法

稻谷制成糙米后粉碎混匀，称取糙米粉0.5 g于100 mL圆底烧瓶中，加入15 mL甲醇和5 mL超纯水在微波消解仪中辅助提取，冷却后离心取上层液，旋蒸到1 mL左右停止，以水定容待测，同时做试剂空白[9-10]。

1.3 仪器参数设定

CE条件：分离电压：18 kV;电动进样：进样时间为12 s;缓冲溶液：40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7（pH9.10）;泵速：36 μL·min-1。

ICP-MS条件：射频功率1 350 W;采样锥：Ni锥;等离子体气流速：15.0 L·min-1;载气流速：1.0 L·min-1;辅助气流速：1.0 L·min-1。

2 结果与分析

2.1 不同前处理方法的比较

实验对比了微波消解法、超声提取法及微波辅助提取法对不同形态砷的提取效果，发现若提取体系氧化性较强，样品中的As（Ⅲ）易被氧化为As（V），导致检测结果偏差[10]。故选择微波辅助提取法作为前处理方法。

2.2 甲醇对4种形态砷分离效果的影响

实验尝试向缓冲溶液中加入甲醇溶液，结果表明适量甲醇可改善4种不同形态砷的分离效果[9-11]。进一步对加入量进行优化，如图1所示，当甲醇浓度小于5%时，信号值均随甲醇含量增大而增加，在浓度达到5%时出现较高信号值，当浓度超过5%后，随着甲醇浓度增加信号值改变不大。若甲醇浓度过高会增加ICP-MS的进样负荷，导致数据不稳定，故选择甲醇浓度为5%。

2.3 缓冲液浓度对4种形态砷分离效果的影响

在pH=9.10时，分别考察了H3BO3-Na2B4O7混合缓冲液浓度为20∶5.0、30∶7.5、40∶10.0和50∶12.5时对4种形态砷峰形、迁移时间产生的影响，可得当缓冲液浓度增大，峰形、分离度和重现性都得到改善，但基线逐渐变得不稳定，影响CE分离效果，导致峰形不理想，故选40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7混合液作为缓冲液[9]。

2.4 4种形态砷线性范围、检出限和重现性

在最适仪器条件下，如图2在10～200 ng·mL-1浓度范围内4种形态砷化合物的信号强度与浓度之间都有良好的线性相关系（线性相关系数均>0.995）。经计算在连续进样模式下，As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA）的检出限（3S/N）以砷计分别为0.10、0.12、0.08和0.12 ng·mL-1。

为了验证重现性重复实验6次。4种形态砷化合物As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA）峰面积的RSD小于5%。

2.5 稻谷样品测定及加标回收率

为了验证方法可靠性，采用上述提取方法提取稻谷中不同形态砷化合物As（Ⅲ）、As（V）、一甲基砷（MMA）和二甲基砷（DMA），并进行加标回收率实验。分析结果如表1。

3 结论

本实验通过条件优化，在分离电压18 kV，40 mmol·L-1H3BO3-10.0 mmol·L-1Na2B4O7（pH=9.10）缓冲液条件下，成功对稻谷中不同形态砷进行了测定，回收率在87%～105%，RSD小于5%。运用本实验的方法可测定稻谷中不同形态砷化合物，方法高效简单，可以为稻谷质量安全监管提供科学依据。

参考文献：

[1]赵云强，郑进平，杨明伟，等.毛细管电泳-电感耦合等离子体质谱法测定藻类中6种不同形态的砷化合物[J].色譜，2011，29（2）：111-114.

[2]黄亚涛.我国稻米中无机砷的污染分布研究及风险评估[D].北京：中国农业科学院，2014.

[3]张普敦，许国旺，魏复盛，等.砷形态分析方法进展[J].分析化学，2001，29（8）：971-977.

[4]巩佳第.水稻中砷的赋存形态和转运规律的研究[D].北京：中国农业科学院，2015.

[5]Su Y H，Steve P M.，Zhao F J.Rice is more efficient in arsenic uptake and translocation than wheat and barley[J].Plant Soil，2010，328（1/2）：27-34.

[6]Williams，P N，Islam M R，Adomako，E E，et al.Increase in rice grain arsenic for regions of Bangladesh irrigating paddies with elevated arsenic in groundwaters[J]. Environmental science and technology，2006，40（16）：4903-4908.

[7]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 食品中总砷及无机砷的测定[S].北京：中国标准出版社，2014.

[8]裴瑞雪，苏佳利，吉琳，等.毛细管电泳技术在砷形态分析中的应用[J].现代仪器，2010，16（6）：14-17.

[9]赵金泉.毛细管电泳—电感耦合等离子体质谱测定贝类中砷和铅的不同形态化合物及风险评估[J].青岛：青岛大学，2016.

[10]巩佳第，曹晓林，曹赵云，等.液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定稻米中的5种砷形态[J].色谱，2014，32（7）：717-722.

[11]黄志勇，庄峙厦，王小如，等.GAP质控下栽培丹参重金属内控标准物的制备和表征[J].中国中药杂志，2003（9）：18-21.