文/ Bing Yue,Juane Song等

大米中砷形態(tài)的快速測定

文/ Bing Yue,Juane Song等

使用HPLC/ICP-MS快速測定精白米中的五種砷形態(tài)

本文使用HPLC與ICP-MS聯(lián)用對大米中有毒砷形態(tài)進行快速測定。該法分析速度快，可在4 min內(nèi)測定包括毒性相關(guān)無機形態(tài)As(III)和As(V)在內(nèi)的5種砷形態(tài)，同時具有出色的靈敏度、準確度和精密度，適用于快速測定大米和其他食品樣品中的痕量 As(V)、MMA、As(III)、DMA和AsB形態(tài)。

眾所周知，砷是一種有毒元素，可存在于環(huán)境和食品中。因此多個國家和地區(qū)對其進行了嚴格監(jiān)管。然而，由于砷的生物毒性在很大程度上取決于其化學形態(tài)，因此砷形態(tài)分析比總砷分析更為重要。如果已知一種海藻樣品含有高濃度砷，但主要以AsB形式存在，那么食用該樣品就沒有潛在風險，因為AsB是無毒的。在砷的五種主要形態(tài) As(V)、MMA、As(III)、DMA 和AsB 中，只有兩種無機形態(tài)（As(III)和As(V)）是有毒的，對人體有致癌作用，因此尤其需要對食品中的無機砷進行測定。以大米為主食的國家對大米中的砷特別關(guān)注。與其他農(nóng)作物相比，水稻的生長需要大量的水，因此更可能發(fā)生砷積聚 。

本研究使用配備Agilent ZORBAX SB-Aq色譜柱的Agilent 1260 HPLC系統(tǒng)與Agilent 7900 ICP-MS聯(lián)用對大米中有毒砷形態(tài)的進行快速測定的方法。

表1.Agilent 1260 HPLC和7900 ICP-MS的運行條件

實驗部分

儀器

將包含四元泵、自動進樣器和真空脫氣機的Agilent 1260 HPLC系統(tǒng)與Agilent 7900 CP-MS聯(lián)用。使用PFA管線將色譜柱出口端輕松連接至ICP-MS霧化器。在整個分析過程中，Agilent ZORBAX SB-Aq（4.6 mm×250 mm，5 μm）反相色譜柱保持在室溫下運行。流動相為20 mM檸檬酸和5 mM己烷磺酸鈉，用氫氧化鈉調(diào)節(jié)至pH=4.3。實驗中對5 μl和100 μl兩種進樣量進行了評估。HPLC和ICP-MS操作參數(shù)見表1。

配備八極桿反應(yīng)池系統(tǒng)(ORS4)碰撞/反應(yīng)池(CRC)的Agilent 7900 ICPMS能在多種干擾條件下對砷進行高靈敏度和高特異性分析。一些法規(guī)指導(dǎo)中規(guī)定必須使用鹽酸提取食品樣品以模擬胃內(nèi)條件。而在本研究中,基于ArCl和CaCl形成的多原子離子可能對砷的唯一同位素 (m/z 75)造成質(zhì)譜干擾。然而,在氦氣模式下運行7900 ICP-MS ORS4可有效去除這類基體中多原子對砷的干擾 。

化學品與試劑

As(V)、MMA、As(III)、DMA和AsB的標準儲備溶液購自NIMC（國家計量科學研究院）；高純檸檬酸(≥99.5%)、己烷磺酸鈉(≥98%)和氫氧化鈉(≥99.99%)（Sigma Aldrich）；使用超純級HNO3（Sigma Aldrich）進行樣品前處理。

樣品前處理

白米購自以下地區(qū)：江蘇、福建、遼寧、重慶和江西。將白米樣品碾碎并用30目濾網(wǎng)過篩，制成米粉。稱取1.00 g米粉置于聚丙烯離心管(50 ml)中。加入15 ml、0.15 M的HNO3，然后渦旋混合30 s。將蓋緊蓋的管在室溫下放置過夜；然后置于90℃烘箱中2.5 h，每30 min振蕩30 s.提取完成后，將樣品置于4℃冰箱中冷卻。

將冷卻的米粉懸濁液以8000 rpm離心15 min，然后用0.22 μm聚醚砜(PES)過濾器對上清液進行過濾。在4℃下儲存濾液并在24 h內(nèi)完成分析，以最大限度地減少砷的形態(tài)間轉(zhuǎn)換。

圖1.10 ppb砷（以砷元素濃度計）形態(tài)混合物標準品的色譜圖（進樣量5 μl）。

圖2.As(V)、MMA、As(III)、DMA和AsB的校準圖顯示出良好的線性。

表2. As(V)、MMA、As(III)、DMA和AsB在5 μl和100 μl進樣量下的檢測限(ppb)

圖3.顯示50 ppt砷形態(tài)標準品混合物的譜圖（進樣量100 μl),展示了此方法的超痕量分析能力。

結(jié)果與討論

分離與定量

制備6種不同濃度的校準標準溶液（含5種砷形態(tài)）：1 ppb、5 ppb、10 ppb、50 ppb、100 ppb和200 ppb ，并進行分析。10 ppb校準溶液（ 進樣量5μl）的色譜圖顯示5種砷形態(tài)均在4 min內(nèi)得到良好分離（圖1）。所得結(jié)果用于繪制砷形態(tài)校準曲線，如圖2所示 。

檢測限

每種砷形態(tài)的檢測限(DL)按照等同于標準品色譜圖的色譜峰-峰基線噪音(S/N)三倍的濃度進行計算,結(jié)果匯總于表2。

如表中所示，當進樣量為5 μl時，5種砷形態(tài)的檢測限介于0.106～0.667 ppb之間，當進樣量為100 μl時，則介于0.010～0.042 ppb之間 。

有證標準物質(zhì) (CRM)分析

此方法用于分析NIST 1568a和NIST 1568b這2種米粉有證標準物質(zhì)。盡管 NIST 1568a中僅認證了總砷含量(290±30 ppb)，但許多文獻已對CRM進行了良好表征。按上述樣品前處理方法提取2種CRM，并分析5種砷形態(tài)。表3上述樣品前處理方法提取2種CRM，并分析5種砷形態(tài)。表3 匯總了2種CRM中無機砷形態(tài)MMA、DMA和總砷含量的定量結(jié)果、認證值。本研究中，由無機砷、MMA、DMA和 AsB的總和計算得到總砷含量。如表中所示，NIST 1568b中無機砷(iAs)和兩種CRM中總砷含量的定量結(jié)果與認證值一致，且均處于標準偏差內(nèi)。每種砷形態(tài)的定量結(jié)果同樣與文獻中報道的值一致。

加標樣品回收率

本研究測定了5種砷形態(tài)的加標樣品回收率。將As(V)、MMA、As(III)、DMA和AsB的混合液分別以1 ppb、5 ppb和10 ppb的濃度加標至三種大米樣品萃取物中。平行制備三份溶液（加標樣品1、2和3）。每份加標溶液中各個濃度下的所有砷形態(tài)均獲得了良好的回收率，均介于85%～110%之間 。

精密度

通過對大米樣品重復(fù)進樣10次確定方法的精密度。所有砷形態(tài)的濃度結(jié)果表明10次分析均具有出色的重現(xiàn)性。所有砷形態(tài)的%RSD均小于4%，無機砷的%RSD小于2%。

市售大米樣品分析

20種市售大米樣品的砷濃度測定結(jié)果表明，樣品中均含有As(V)、As(III)和DMA。大米樣品中的無機砷和DMA含量差異很大，可能反映了原水稻生長環(huán)境中的砷濃度。雖然各樣品中的有毒無機砷濃度不同，但所有大米樣品中的無機砷含量均低于食品法典委員會的建議上限0.2 mg/kg。

本文作者Bing Yue來自國家食品安全風險評估中心；其他作者來自安捷倫科技公司（北京）。