韓婷婷,崔　鶴,宋　田,姬泓巍,李慧新,朱倩林,蔡　峰,張　濤

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島 266100;2.山東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心,山東青島 266002;3.燕山大學(xué)理學(xué)院,河北秦皇島 066004)

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離子色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜(IC-HG-AFS)聯(lián)用技術(shù)檢測膠州灣海產(chǎn)品中硒的賦存形態(tài)

韓婷婷1,2,崔鶴2,*,宋田3,姬泓巍1,李慧新2,朱倩林1,蔡峰2,張濤2

(1.中國海洋大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院,山東青島 266100;2.山東出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫技術(shù)中心,山東青島 266002;3.燕山大學(xué)理學(xué)院,河北秦皇島 066004)

建立了離子色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)(IC-HG-AFS)測定膠州灣海產(chǎn)品中4種硒形態(tài)的方法。研究了色譜柱、流動相、提取劑、提取溫度及其儀器條件等對硒熒光信號值的影響。試樣用1.5 mol/L的氫氧化鉀溶液作提取液,采用AS11-HC(250 mm×4.1 mm,5.0 μm)陰離子色譜柱,20 mmol/L碳酸氫鈉溶液/2%乙腈為流動相,1.0 mL/min流速,可在8 min內(nèi)同時分離檢測硒代胱氨酸(SeCys)、硒代蛋氨酸(SeMet)、亞硒酸根Se(Ⅳ)和硒酸根Se(Ⅵ)。當(dāng)4種形態(tài)的質(zhì)量濃度范圍為 0～100 μg/L時,各形態(tài)均得到良好的線性關(guān)系,線性相關(guān)系數(shù)均大于0.996,各形態(tài)的檢出限分別為SeCys 1. 53 μg/L,SeMet 1.72 μg/L,Se(Ⅳ)0.30 μg/L,Se(Ⅵ)1.06 μg/L，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD均小5%(n=6),在最佳條件下,應(yīng)用該方法測定了水產(chǎn)品中的硒形態(tài),4種硒形態(tài)化合物加標(biāo)回收率在86.1%～105.3%之間。該方法測定海產(chǎn)品中的硒形態(tài)準(zhǔn)確、可靠、簡便靈敏,為科學(xué)有效地評價海產(chǎn)品質(zhì)量和開展風(fēng)險評估提供技術(shù)支撐。

離子色譜,氫化物發(fā)生原子熒光,膠州灣,海產(chǎn)品,硒形態(tài)

硒是生命活動中必須的微量元素之一,在動物體內(nèi)硒蛋白含量有20多種,而海洋生物中硒蛋白含量較多[1]。硒的主要作用是參與生物體內(nèi)酶的合成,其生物化學(xué)功能主要取決于硒蛋白含量,具有增強(qiáng)免疫力、抗衰老和預(yù)防多種疾病的作用[2],但過量攝入將會導(dǎo)致硒中毒。硒的形態(tài)可分為有機(jī)硒和無機(jī)硒兩大部分,有機(jī)硒存在于氨基酸結(jié)構(gòu)中,主要有硒代胱氨酸、硒代蛋氨酸等,這些有機(jī)硒對人體是有益的,硒代蛋氨酸是人類攝取硒元素的主要來源[3]。無機(jī)硒主要包括亞硒酸鹽和硒酸鹽,亞硒酸根毒性最強(qiáng),硒酸根次之,從生物功能方面來講,Se(Ⅳ)和Se(Ⅵ)會導(dǎo)致生物體病變。因此,富硒食品尤其是對某種有機(jī)硒形態(tài)有目的的補(bǔ)充,對保持身體健康具有重要意義。

傳統(tǒng)的元素分析技術(shù)主要有電分析法、光譜分析法和色譜分析法[4]。電分析法由于耗時耗力,極易引入污染而限制了其應(yīng)用。光譜分析法分為分子光譜法和原子光譜法,該方法是分子中價電子在基態(tài)-激發(fā)態(tài)之間躍遷吸收或釋放特定的電離能實(shí)現(xiàn)待測物質(zhì)的檢測,在形態(tài)分析方面應(yīng)用較為廣泛。色譜分析法按照流動相的狀態(tài)可分為液相色譜、氣相色譜和質(zhì)譜,在色譜技術(shù)發(fā)展過程中色譜分析法著重解決元素分離問題,而大多數(shù)元素的化合形態(tài)并不能用色譜檢測器得到較高靈敏度[5]。因此,色譜技術(shù)單獨(dú)作為分離技術(shù)與其他高靈敏度的檢測器聯(lián)用成為元素形態(tài)分析發(fā)展的新趨勢。

聯(lián)用技術(shù)集高效分離與高靈敏度檢測技術(shù)于一體,目前已有的聯(lián)機(jī)類型主要有IC-ICP-MS、HPLC-AFS、HPLC-OES等,其中離子色譜與高效液相色譜相比在流動相的使用上具有更加環(huán)保、污染低的優(yōu)勢,且試用范圍更為廣泛。原子熒光光譜儀憑借其成本低、檢出限低、靈敏度高等優(yōu)勢而被廣泛應(yīng)用[6-9],故本文選擇IC-AFS聯(lián)機(jī)技術(shù)來測海產(chǎn)品中硒形態(tài)。對于硒形態(tài)的研究就前處理方面多采用Tris-HCl、酸、酶等提取劑,但由于酸具有腐蝕性、Tris-HCl的致癌性、酶的提取效率對有機(jī)硒更準(zhǔn)確對無機(jī)硒提取一般等缺陷[10-13],建立一個成熟、準(zhǔn)確、有效的硒形態(tài)的分析方法已成為迫切需求。

1　材料與方法

1.1材料與儀器

舌頭魚、扇貝、海帶、海紅、黃尖子魚、秋刀魚、帶魚、鲅魚、蝦、墨魚、章魚、鯖魚均為青島膠州灣不同季節(jié)海產(chǎn)品;硝酸(GR)、鹽酸(GR)、乙酸(AR)、硼氫化鉀(AR)、碘化鉀(GR)、氫氧化鉀(AR)、碳酸氫鈉(AR)均購買自國藥集團(tuán)藥業(yè)股份有限公司;乙腈HPLC,德國默克公司;硒酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)(GBW10033)、亞硒酸根標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)(GBW10032)、硒代蛋氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)(GBW10034)、硒代胱氨酸標(biāo)準(zhǔn)溶液物質(zhì)(GBW08669)均購買自中國計量科學(xué)研究院;水為重蒸水(Millipore裝置純化后使用);0.22 μm微孔濾膜天津科技發(fā)展有限公司。

AFS-9130型原子熒光光譜北京吉天儀器有限公司;SA-20型原子熒光形態(tài)分析儀北京吉天儀器有限公司;CIC-160型離子色譜儀青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司;AS11自動進(jìn)樣器青島盛瀚色譜技術(shù)有限公司;Milli-Q去離子水制備裝置賽默飛世爾科技公司;AS11-HC分離柱賽默飛世爾科技公司;AG11-HC保護(hù)柱賽默飛世爾科技公司;原子熒光空心陰極燈;MS 3 basic混旋儀IKA集團(tuán);Terminal 740(pH電極,SenTix-41);散射式渾濁度儀德國WTW公司;KQ-500DE型數(shù)控超聲波清洗儀昆山市超聲儀器有限公司;TGL-20B離心機(jī)上海安亭科學(xué)儀器廠。

1.2實(shí)驗方法

1.2.1離子色譜條件色譜柱為AS11-HC分離柱(250 mm×4.1 mm,5.0 μm);流動相為20 mmol/L碳酸氫鈉溶液/2%乙腈;流速為1.0 mL/min;25 μL定量環(huán)。

1.2.2氫化物發(fā)生條件載流:8% HNO3溶液;氧化劑:3.5 g/L KOH和1.5 g/L KI;還原劑:3.5 g/L KOH和20 g/L KBH4;間隔氣:空氣;泵速:80 r/min;紫外燈(UV):開。

1.2.3AFS的儀器參數(shù)硒燈總電流:90 mA;光電倍增管負(fù)高壓:300 V;屏蔽氣流量:800 mL/min;載氣流量:400 mL/min。

1.2.4標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備Se(IV)、Se(VI)、SeCys、SeMet標(biāo)準(zhǔn)儲備液均為2 mL,分別移取相應(yīng)量的4種標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋得到2 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備液,放置于4 ℃冰箱中保存?zhèn)溆?。分別取2 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)逐級稀釋成5.0、20、40、80、100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)使用液,現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.2.5前處理方法稱取經(jīng)粉碎混合均勻的樣品1.00 g(精確至0.001 g)于50 mL離心管中,加入10 mL 1.5 mol/L氫氧化鉀溶液,渦旋振蕩混勻后,70 ℃超聲1.5 h,靜置冷卻后加入甲酸調(diào)節(jié)pH=12～13,加水定容至25 mL,5000 r/min離心10 min,上清液用0.22 μm微孔濾膜過濾,待上機(jī)測定。

1.2.6提取率的計算提取率(%)=試樣經(jīng)恒溫超聲浸提1.5 h各種形態(tài)硒含量的總和/現(xiàn)行國標(biāo)試樣經(jīng)酸消解后測得的總硒含量的比值×100[14]。

2　結(jié)果與討論

2.1色譜條件選擇

2.1.1色譜柱的選擇實(shí)驗過程中分別對Agilent ZORBAX SB-C8液相柱、Hamilton PRP-X100液相柱以及AS11-HC色譜柱的分離效果進(jìn)行了探索,其中Agilent ZORBAX SB-C8色譜柱,以二次水做流動相Se(Ⅳ)、SeCys、Se(Ⅵ)在6 min內(nèi)可全部出峰,SeMet未出峰,后用磷酸氫二銨/1 mol/L十六烷基三甲基溴化銨/2%乙腈作流動相,并調(diào)節(jié)其pH,但SeMet仍未出峰。用Hamilton PRP-X100色譜柱,以30 mmol/L磷酸二氫銨為流動相SeCys、Se(Ⅵ)將出現(xiàn)重疊現(xiàn)象,當(dāng)調(diào)節(jié)流動相pH=6時,Se(Ⅵ)的色譜峰可出現(xiàn)一半,分離效果不理想。最終選擇AS11-HC色譜柱,用20 mmol/L碳酸氫鈉溶液/2%乙腈做流動相,并將流動相pH調(diào)節(jié)至12～13之間,此時SeMet、Se(Ⅳ)、SeCys、Se(Ⅵ)四種形態(tài)可在7 min中內(nèi)依次全部出峰(圖1),并且分離效果較好,故最終選擇AS11-HC色譜柱。

圖1　AS11-HC色譜柱分離硒形態(tài)混合標(biāo)準(zhǔn)譜圖Fig.1　Chromatogram of mix standard with AS11-HC column

2.1.2流動相的選擇在選用AS11-HC色譜柱后,分別NaOH和NaHCO3作為流動相考察了不同流動相對硒形態(tài)分離的影響。選用氫氧化鈉做流動相,4種硒形態(tài)不能完全分離,最終選擇碳酸氫鈉作為流動相,并在流動相中加入適量乙腈以提高增敏效果,改變流動相濃度(20～40 mmol/L)和流速(0.6～1.0 mL/min)來考察流動相濃度和流速對分離度和熒光信號的影響,當(dāng)選用20 mmol/L碳酸氫鈉溶液/2%乙腈并調(diào)節(jié)pH=12～13時,硒的4種形態(tài)可在7 min中內(nèi)完成分離,且分離效果較好。

2.2儀器工作條件

2.2.1氧化劑載流還原劑當(dāng)使用K2S2O8和KOH作為氧化劑時,不會得到Se(VI)的譜圖,當(dāng)用3.5 g/L KOH和1.5 g/L KI作氧化劑時,硒的4種形態(tài)可得到完全分離。還原劑當(dāng)選用3.5 g/L KOH和 20 g/L KBH4時,熒光信號較3.5 g/L KOH和 10 g/L KBH4更強(qiáng)(圖2),故選用20 g/L KBH4。改變載流濃度(6%,8%,10%),對于SeMet、SeCys、Se(VI)三種形態(tài)的熒光信號影響不大,但Se(IV)的熒光信號由高到低依次是8%>6%>10%,因此應(yīng)選擇熒光信號較高時8%硝酸溶液作為載流以得到更高的靈敏度。

圖2　不同濃度硼氫化鉀的硒形態(tài)混合標(biāo)準(zhǔn)譜圖Fig.2　Chromatogram of mix standard with different concentration of KBH4

2.2.2載氣和屏蔽氣流速氬氣作為載氣和屏蔽氣在原子熒光檢測中是不可或缺的,氬氣的流量影響著測定效果,載氣流量小會因氬氫火焰的不穩(wěn)定影響結(jié)果的重現(xiàn)性,載氣流量過大則會稀釋原子蒸氣,降低熒光信號。屏蔽氣的作用是保持氬氫火焰的穩(wěn)定,防止原子化器中樣品氣體被空氣氧化,氣流小時信號穩(wěn)定,綜合考慮,最終選擇載氣流速為400 mL/min,屏蔽氣流速為800 mL/min。

2.2.3燈電流和負(fù)高壓原子熒光元素?zé)綦娏鞯拇笮Q定激發(fā)光源的發(fā)射強(qiáng)度,所以一定范圍內(nèi)隨著燈電流的增加,其熒光強(qiáng)度也會相應(yīng)增加,但燈電流太高將發(fā)生自吸效應(yīng),使基線噪聲增加,此外也將減少燈的使用壽命?，F(xiàn)通過控制變量法對燈電流進(jìn)行60、70、80、90、100 mA一系列的討論,60、70、80 mA的熒光強(qiáng)度較低,而100 mA的熒光強(qiáng)度與90 mA的熒光強(qiáng)度相差無幾,但100 mA的基線噪聲高,故最終選擇元素?zé)舻臒綦娏鳛?0 mA。負(fù)高壓將直接影響信號的放大倍數(shù),隨著負(fù)高壓的加大熒光信號也將增強(qiáng),但同時也會使背景和噪聲增加。因此,負(fù)高壓也需要進(jìn)行討論篩選,最終將負(fù)高壓定為300 mA。

2.2.4原子化器高度原子化器高度決定了檢測時原子化器的溫度,而原子化器溫度又決定了氣態(tài)氫化物轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子的效率。因此,原子化器越高轉(zhuǎn)化效率越高,但相應(yīng)的檢出限會越低。實(shí)驗通過將原子化器高度進(jìn)行7、8、9、10 mm一系列的調(diào)節(jié),當(dāng)調(diào)節(jié)至9、10 mm時雖然穩(wěn)定性高,基線噪聲小,但檢出限也相應(yīng)降低,對于硒微量元素而言,將會直接影響樣品的檢測。當(dāng)為7 mm時的譜圖背景和噪聲已超出檢測所能承受的范圍,故將原子化器高度定至8 mm。

2.2.5蠕動泵轉(zhuǎn)速泵速的改變會使經(jīng)色譜柱分離后的硒與還原劑、載流和氧化劑反應(yīng)的速度發(fā)生改變,選取蠕動泵速60、70、80、90 r/min來考察其對結(jié)果的影響。泵速越大,氫化反應(yīng)越完全,其靈敏度也越高,但太大將會使反應(yīng)不完全,當(dāng)泵速為90 r/min時,較80 r/min而言,其靈敏度沒有明顯的提高,且試劑消耗量也較大,容易造成試劑的浪費(fèi)和環(huán)境污染,當(dāng)泵速在60、70 r/min的靈敏度明顯低于80 r/min,綜合以上分析選取蠕動泵速為80 r/min。

2.3提取條件的選擇

2.3.1提取液對四種硒形態(tài)的影響分別選用二次水、1.0 mol/L氫氧化鉀溶液、1.5 mol/L氫氧化鉀溶液、5 mmol/L檸檬酸溶液、20 mmol/L乙酸銨溶液、0.1 mol/L乙酸溶液、1%鹽酸溶液、1%硝酸溶液、1.0 mol/L氫氧化鉀溶液/甲醇溶液(5∶1)9種提取液10 mL于50 mL離心管中加入1.00 g帶魚,按照前處理方法(1.2.5)進(jìn)行實(shí)驗。結(jié)果見表1。

表1　不同提取液對帶魚中硒的提取率

表3　線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)和檢出限

表4　海產(chǎn)品硒含量及加標(biāo)回收率(n=6)

由表1可知,在總硒含量均為0.26 mg/kg時加入相同量的不同提取液下,1.5 mol/L氫氧化鉀溶液在9種提取液中的提取率最高，1.0 mol/L氫氧化鉀溶液次之,少量甲醇溶液的加入并沒有得到較高的提取率,而乙酸、乙酸銨、檸檬酸的提取率比二次水還要低,故最終選擇1.5 mol/L氫氧化鉀溶液作為理想提取液。

2.3.2提取時間為探究提取時間對實(shí)驗結(jié)果的影響,在70 ℃恒溫下選定1、1.5、2 h三段提取時間進(jìn)行實(shí)驗,結(jié)果表明當(dāng)提取時間為1.5 h時最優(yōu),當(dāng)為1 h時提取效率較低,當(dāng)為2 h時提取效率與1.5 h相差不大,但耗費(fèi)時間,故最終選擇1.5 h。

2.3.3提取溫度分別在不同溫度下恒溫超聲提取,結(jié)果見表2。

表2　不同溫度下的硒提取率(%)

表2可知,70 ℃恒溫超聲浸取1.5 h的效果最好,提取效率可達(dá)90%以上。

2.4線性范圍、檢出限和精密度

通過溶解相應(yīng)量的Se(Ⅳ)、Se(Ⅵ)、SeCys、SeMet 4種2 mg/L標(biāo)準(zhǔn)儲備液稀釋得到的100 mg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液儲備液,取100 mg/L標(biāo)準(zhǔn)混合工作溶液逐級稀釋配制成濃度分別為5.0、20、40、80、100 μg/L的標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,按照實(shí)驗條件從低濃度到高濃度分別注入。結(jié)果見表3。

從表3可知,4種形態(tài)均呈現(xiàn)很好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均大于0.996。

2.5實(shí)際樣品的測定

在確定檢測方法后,對海帶、蝦、扇貝、鲅魚等12種測試對象,進(jìn)行加標(biāo)回收率和精密度實(shí)驗,以考察方法的準(zhǔn)確度和重現(xiàn)性。實(shí)驗中稱取1.000 g樣品,分別加入0.125、0.25、0.625 mg/kg三個濃度水平,每個濃度平行測定六次,實(shí)驗結(jié)果見表4。墨魚樣品和加標(biāo)回收實(shí)驗譜圖見圖3,用pH=13的二次水配制的標(biāo)準(zhǔn)譜圖見圖4。

從表4中可知,12種測試樣品的平均回收率都在86.1%以上,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于5%,具有較高的靈敏度和精密度。

圖3　墨魚樣品和加標(biāo)回收實(shí)驗譜圖Fig.3　The spectra of cuttlefish samples and standard addition recovery

圖4　pH=13的二次水配制的標(biāo)準(zhǔn)譜圖Fig.4　The standard spectra of pH=13 secondary water

3　結(jié)論

本文通過對4種硒形態(tài)提取率、加標(biāo)回收率等實(shí)驗的研究,優(yōu)化了海產(chǎn)品中硒形態(tài)的前處理和儀器條件,建立了以AS11-HC陰離子色譜柱,碳酸氫鈉溶液/乙腈為流動相,氫氧化鉀溶液作提取液測定海產(chǎn)品中硒形態(tài)的方法。該方法線性相關(guān)系數(shù)均大于0.996,各形態(tài)的最低檢出限為0.30 μg/L,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD均小5%(n=6),測定了12種水產(chǎn)品中4種硒形態(tài)化合物,其加標(biāo)回收率在86.1%～105.3%之間。該方法測定海產(chǎn)品中的硒形態(tài)準(zhǔn)確、可靠、簡便靈敏,為科學(xué)評價水產(chǎn)品質(zhì)量、制定水產(chǎn)品中有毒無機(jī)硒限量標(biāo)準(zhǔn)提供了技術(shù)支撐和數(shù)據(jù)支持。

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Selenium speciation analysis in aquatic products of Jiaozhou Bay by ion chromatographic hydride generation-atomic fluorescence spectrometry

HAN Ting-ting1,2,CUI He2,*,SONG Tian3,JI Hong-wei1,LI Hui-xin2,ZHU Qian-lin1,CAI Feng2,ZHANG Tao2

(1.College of Chemistry and Chemical Engineering,Ocean University of China,Qingdao 266100,China;2.Shandong Entry-Exit Inspection and Quarantine Technology Center,Qingdao 266002,China;3.College of Science,Yanshan University,Qinhuangdao 066004,China)

A sensitive analytical method was developed for speciation of aquatic products of Jiaozhou Bay by ion chromatography hydride generation-atomic fluorescence spectrometry(IC-HG-AFS). Learning the mobile phases,extraction reagents,extraction temperature and instrumental conditions was influence for selenium fluorescence signal value. The sample was extracted by the 1.5 mol/L Kalium hydroxide solution. Using the AS11-HC(250 mm×4.1 mm,5.0 μm)anion column,20 mmol/L Sodium hydrogen carbonate solution,2% acetonitrile mobile phase,1.0 mL/min velocity of flow. It could be separated simultaneously in 8 minutes,detecting the Selenocystine(SeCys),Selenomethionine(SeMet),Se(Ⅳ)and Se(Ⅵ). On the optimized conditions,linear relationships between values of fluorescence intensity and mass concentration of selenium species were found in the same range of 0～100 μg/L,with the correlative coefficients more than 0.996. The detection limits(3 s/k)of SeCys,SeMet,Se(Ⅳ),Se(Ⅵ)were 1.53,1.72,0.30,1.06 μg/L,respectively,and the relative standard deviations(n=6)for the selenium species were all less than 5%. Applying the present procedure to the speciation analysis of selenium in aquatic products,the spiked recoveries from 86.1% to 105.3% were obtained. The method for the determination of selenium species in aquatic products was accurate,reliable,simple and sensitive,and effectiveness for the scientific evaluation of the quality of aquatic products and to provide technical support for conduct risk assessments.

ion chromatography;hydride generationatomic fluorescence;Jiaozhou Bay;aquatic products;selenium speciation

2016-03-08

韓婷婷(1992-)，女，碩士，研究方向：儀器分析，E-mail：hantingtingouc@163.com。

崔鶴(1962-)，男，博士，研究員，研究方向：離子色譜開發(fā)研究，E-mail：cuihe88@aliyun.com。

國家重大科學(xué)儀器設(shè)備開發(fā)專項(2012YQ090229)。

TS207.3

A

1002-0306(2016)18-0081-05

10.13386/j.issn1002-0306.2016.18.007