大米中无机砷测定方法的优化改进

郭建君，王丽娟，郝全英，刘芳芳，杨柯伟

（1.山西粮食质量监测中心，山西 晋中 030600；2.北京东孚久恒仪器技术有限公司，北京 100037）

近年来，随着工业、农业现代化的发展，含砷农药的普遍使用、含砷污水的排放，使得环境砷污染成为国际上关注的问题[1]。砷是一种常见的有毒元素，以多种形态存在于自然界中。食品中常见的砷形态分为有机砷和无机砷两类。其中，无机砷[包括As（Ⅲ）、As（Ⅴ）]毒性最强[2-3]。国际癌症研究机构（IARC）已将其列为人类Ⅰ级致癌物[4]。有机砷[包括：一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）、甜菜碱砷（AsB）、砷胆碱（AsC）和砷糖等]当中，MMA、DMA 有微弱毒性，AsB、AsC和砷糖是无毒的[2-3]。

砷化合物通过地表水和地下水系统迁移到生态系统中，通过食物链富集、积累[5]。研究表明，稻谷较其他粮食作物更易受到砷的污染[6]。这可能与稻谷种植在水田中，大量接触水有关。稻米是我国主要的粮食作物，大米及其加工制品是我国人民主要的食物来源。无机砷作为一类强致癌物，对消费者的生命健康造成威胁，必须予以关注。

现行食品中无机砷的国家标准检测方法包括液相色谱-原子荧光光谱法（LC-AFS）和液相色谱-电感耦合等离子体质谱法 （LC-ICP/MS）。本文采用LC-AFS法，对不同的大米样品前处理方法及分析过程进行探讨、优化，建立一个稳定、可靠、快速的无机砷测定方法。

1 材料与方法

1.1 仪器与试剂

液相色谱-原子荧光联用仪 （LC-AFS 9531）北京海关仪器有限公司；Hamilton PRP-X100分离柱（10 μm，4.1 mm×250 mm）、Hamilton PRP-X100 保护柱（10 μm，4.1 mm×20 mm）、艾特普超纯水处理系统（电阻率18.25 MΩ·cm）、恒温水浴锅、高速离心机及涡旋仪等。

砷标准物质：亚砷酸根标准物质（GBW08666）、砷酸根标准物质（GBW08668）、一甲基砷标准物质（GBW08667）、二甲基砷标准物质（GBW08669）中国计量科学研究院；三氟乙酸 （TFA）、磷酸氢二钠（Na2HPO4）、 磷酸二氢钾 （KH2PO4）、 磷酸二氢铵（NH4H2PO4）、硼氢化钾（KBH4）、氢氧化钾（KOH）为分析纯；硝酸（HNO3）、盐酸（HCl）为优级纯。

1 000ng/mL混合标准溶液的制备：用移液枪分别移取亚砷酸根标准物质20 μL、砷酸根标准物质86 μL、一甲基砷标准物质 60 μL、二甲基砷标准物质28 μL，以超纯水定容至1.5 mL。

标准参考物质：GBW（E）100348大米粉成分分析标准物质购于国家标准物质中心，总砷定值（0.23±0.03） mg/kg，无机砷定值（0.18±0.03） mg/kg。

1.2 方法

1.2.1 样品处理方法

使用前将标准物质置于烘箱中105℃烘干4h，取出。置于干燥器中冷却至室温后称量。市售大米以高速粉碎机粉碎后过20目筛，备用。

1.2.2 流动相的优化选择

分别选取国标GB 5006.11-2014中推荐流动相15 mmol/L NH4H2PO4溶液，本实验使用的5 mmol/L Na2HPO4和45 mmol/L KH2PO4混合溶液作为流动相，进行标准曲线最高点的测定。

1.2.3 提取液的选择

将处理好的标准物质称取1.00 g（精确至0.01g），置于50 mL聚丙烯离心管中，加入20 mL提取液。提取液分别为3%三氟乙酸（TFA）、10%甲醇、1%HNO3。每种提取液分别做三个平行。将离心管置于90℃水浴2.5 h。每半小时振摇1 min。取出冷却至室温后，以8 000 r/min离心15 min，取上清液经0.45 μm有机滤膜过滤后进样测定。

1.2.4 提取时间的优化

将处理好的标准物质称取1.00 g（精确至0.01g），置于50 mL聚丙烯离心管中，加入20 mL 1%HNO3。于90℃水浴，分别保持 0.5 h、1.0 h、1.5h、2.0 h、2.5 h。 离心、过滤后上机测定。

1.2.5 称样量的优化

将处理好的标准物质分别称取0.50 g、1.00 g、1.50 g、2.00 g，置于50 mL聚丙烯离心管中，加入20mL 1%HNO3。于90℃水浴2.5 h。每0.5 h振摇1min。离心、过滤后上机测定。

1.2.6 仪器条件

液相色谱-原子荧光联用仪（LC-AFS9531）由液相进样器和原子荧光检测器两部分组成。液相进样部分条件：等度洗脱，流速1 mL/min；进样体积100μL。原子荧光部分条件：载流5%HCl，流速4 mL/min；4%KBH4溶液，流速 4 mL/min；负高压：280mV；灯电流：主电流60 mA，辅电流30 mA；载气流量：800 mL/min；屏蔽气流量：1 000 mL/min；原子化器高度：8 cm；原子化方式：火焰法。

2 结果

2.1 流动相优化选择

分别以15 mmol/L NH4H2PO4溶液和5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/LKH2PO4混合溶液作为流动相，其它测量条件不变，测定标准曲线最高点 （60 ng/mL）。图谱见图1、图2。由图谱可见，两种流动相均可保证4种无机砷组分的分离。NH4H2PO4溶液的分离时间为18 min，而混合流动相的分离时间为8min。混合流动相按比例配好后，pH值基本处于5.9范围，无需调整，使用简单。而单一组分的流动相则需要配好后调整pH值，否则影响峰的分离。考虑以上因素，混合组分的流动相更高效、方便，本研究选择使用混合流动相。

图1 15 mmol/L NH4H2PO4溶液流动相图谱

图2 混合流动相图谱

2.2 提取液的选择

本文研究了三种常见的无机砷提取液对大米粉标准物质GBW（E）100348的提取效率，结果见表1。3%TFA和1%HNO3对大米粉的提取效率相当，而10%甲醇的提取效率最低。由于TFA具有轻微毒性和挥发性，本研究选择1%HNO3作为提取液。

表1 不同提取液时，GBW（E）100348中无机砷测定值

2.3 提取时间的优化

本实验研究了不同浸提时间对无机砷提取效率的影响，结果见图3。由图3可见，随着浸提时间的延长，无机砷提取率增加，当90℃浸提1 h后，无机砷含量基本保持不变，且符合标准物质认定值范围。

图3 保温浸提时间对大米无机砷提取率的影响

2.4 称样量的优化

本实验研究了不同称样量对无机砷提取效率的影响。结果见表2。可见，0.5 g标准物质回收率较低，1.0 g、1.5 g、2.0g标准物质回收率基本相差不大，且符合标准物质的认定值范围。

表2 不同称样量时，GBW（E）100348无机砷测定值

3 讨论

随着新的食品中砷测定国家标准的全面实施，大米中无机砷含量成为各检测机构的常规项目。由于大米中大分子对砷化合物的结合或包裹，导致传统提取方法难以使大米样品中无机砷完全释放[7]。同时也要考虑提取液中残留的酸对Hamilton PRPX100色谱柱的影响。经过本实验的几项优化，提出了以1.0 g样品粉末加入20 mL 1%HNO3提取液，90℃浸提1.5 h，采用LC-AFS测定大米中无机砷含量，选择 5 mmol/L Na2HPO4、45 mmol/L KH2PO4混合溶液作为流动相，在8 min内4种砷化合物可以完全分离，回收率高达90.56%。实验方法快速、灵敏、准确，适用于食品中大米无机砷的测定，可有效执行相关检验任务。