王巖

摘 要：食品中的砷是一種具有多種形態(tài)的有害元素，食品中砷形態(tài)的檢測(cè)對(duì)食品安全具有重要意義。筆者對(duì)液相色譜-原子熒光光譜（High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer，HPLC-AFS）聯(lián)用技術(shù)在食品中砷形態(tài)分析中的應(yīng)用進(jìn)行了介紹和研究，為檢測(cè)人員在食品中砷形態(tài)分析方法的選擇方面提供參考。

關(guān)鍵詞：液相色譜 -原子熒光光譜聯(lián)用技術(shù)（HPLC-AFS）;砷;形態(tài)分析;食品

Abstract： Arsenic in food is a harmful element with various forms. The detection of arsenic in food is of great significance to food safety. The author introduces and studies the application of High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer （HPLC-AFS） combined technology in the analysis of arsenic species in food， aiming to provide reference for testers in the selection of arsenic speciation analysis methods in food.

Keywords： High Performance Liquid Chromatograph-Atomic Fluorescence Spectrometer（HPLC-AFS）; arsenic; speciation analysis; food

自然界中的砷元素以許多不同形態(tài)的化合物存在，主要有砷酸鹽（As5+）、亞砷酸鹽（As3+）、砷糖（AsS）、一甲基砷（MMA）、砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）、二甲基砷（DMA）、洛克沙砷（ROX）和三甲基胂氧（TMAO）等形態(tài)存在[1]。砷元素的形態(tài)不同，其毒性或藥用機(jī)理也不同，其中無機(jī)砷的毒性比有機(jī)砷大，而不同形態(tài)的砷可在人體內(nèi)相互轉(zhuǎn)變，從而產(chǎn)生不同毒性。不同形態(tài)的砷毒性表現(xiàn)為As3+>As5+>MMA>DMA>AsS>AsC>AsB[2-3]。

由于不同化合物中的砷元素表現(xiàn)的毒性不一樣，單獨(dú)對(duì)食品中砷元素總量進(jìn)行測(cè)定已不能真實(shí)反映出砷對(duì)人體健康的危害程度，同時(shí)隨著我國居民生活水平的提高，食品來源和種類更加多元化，國內(nèi)各個(gè)機(jī)構(gòu)越來越重視食品中砷形態(tài)的檢測(cè)，砷形態(tài)分析也逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

1 HPLC-AFS技術(shù)概述

目前從分析方法上來講，元素形態(tài)和元素總量的分析方法有很大差別，尤其對(duì)元素形態(tài)的分析方法的檢出能力和穩(wěn)定性提出了更高的要求。隨著科技的發(fā)展，研究者們一直在不斷探索元素形態(tài)分析的方法，致力于實(shí)現(xiàn)分析方法的高選擇性、高靈敏度和高效率，甚至是實(shí)現(xiàn)分析過程的現(xiàn)代化。聯(lián)用技術(shù)的出現(xiàn)為食品中砷形態(tài)的分析提供了新的解決思路。通過將HPLC的高效分離手段與高靈敏的AFS檢測(cè)技術(shù)相結(jié)合，將同一化學(xué)元素的多種形態(tài)通過高效液相色譜柱分離后，經(jīng)過儀器接口引入原子熒光檢測(cè)器進(jìn)行檢測(cè)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了元素形態(tài)分析的高靈敏度、高準(zhǔn)確度及高分析效率。但聯(lián)用技術(shù)一般造價(jià)昂貴，不適于砷形態(tài)分析的廣泛應(yīng)用，而液相-熒光聯(lián)用技術(shù)以其良好的應(yīng)用特征，即操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、選擇性好、精密度高、分析曲線的線性范圍寬和使用及維護(hù)成本低而逐漸成為砷形態(tài)分析的普遍選擇。

HPLC-AFS技術(shù)是一種將痕量元素的不同形態(tài)或價(jià)態(tài)進(jìn)行分離后再分別檢測(cè)的分析技術(shù)。將HPLC-AFS用于元素的形態(tài)分析的優(yōu)勢(shì)有3點(diǎn)。①待測(cè)物不需要衍生化反應(yīng)即可直接進(jìn)樣分離，避免了衍生污染及各種元素形態(tài)間的重排和相互轉(zhuǎn)化，使得分析數(shù)據(jù)更加可靠。②HPLC可以根據(jù)所分析元素形態(tài)的性質(zhì)，靈活選擇恰當(dāng)?shù)纳V體系，其在分離方面具有多樣性。③AFS作為一款我國少數(shù)具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的分析儀器之一，AFS以其獨(dú)有的特點(diǎn)，在As、Hg等重金屬的檢測(cè)上具有顯著優(yōu)勢(shì)，以AFS作為檢測(cè)器，能實(shí)現(xiàn)較少的化學(xué)干擾和光譜干擾，對(duì)As、Se、Sb、Hg等具有很高的靈敏度和選擇性，將AFS用于砷的形態(tài)分析上，能獲得與ICP-MS（電感耦合等離子體質(zhì)譜儀）相當(dāng)?shù)姆治鲂阅埽`敏度、精密度和檢出限）。④AFS具有儀器價(jià)格和操作費(fèi)用低、預(yù)熱時(shí)間短和操作簡(jiǎn)便等突出優(yōu)點(diǎn)。因此，液相色譜和原子熒光聯(lián)用儀器的應(yīng)用具有重大意義。

2 HPLC-AFS的原理

液相-原子熒光形態(tài)分析儀是測(cè)試砷、汞、硒、銻等元素價(jià)態(tài)的專用儀器。其原理為：該儀器是由液相色譜分離系統(tǒng)、原子熒光檢測(cè)系統(tǒng)以及熒光接口部分（又稱形態(tài)預(yù)處理單元或形態(tài)接口部分）組成。被測(cè)元素的不同價(jià)態(tài)組分存在化學(xué)和物理性質(zhì)的不同，在色譜柱上就體現(xiàn)為保留時(shí)間的差異，這是不同價(jià)態(tài)組分在HPLC上分離的原理;熒光接口部分的功能是將色譜柱分離出來的不同價(jià)態(tài)的待測(cè)組分及參加生成氣態(tài)氫化物（或單原子）反應(yīng)的其他試劑，經(jīng)過復(fù)雜的流路控制系統(tǒng)帶到相應(yīng)的反應(yīng)器中實(shí)現(xiàn)最終反應(yīng)。另外在熒光接口的裝置中內(nèi)置了一種稱為在線紫外消解的裝置，其功能是將待測(cè)物中不能直接發(fā)生氫化物反應(yīng)或反應(yīng)效率較低的有機(jī)價(jià)態(tài)元素轉(zhuǎn)化為可進(jìn)行氫化物反應(yīng)的無機(jī)價(jià)態(tài)元素[4]。例如，通過在線消解裝置對(duì)復(fù)雜砷形態(tài)化合物進(jìn)行在線消解轉(zhuǎn)化，最終實(shí)現(xiàn)了對(duì)砷甜菜堿（AsB）、四甲基砷離子（MeAs+）、砷膽堿（AsC）以及砷糖等復(fù)雜砷化合物的分析。原子熒光檢測(cè)系統(tǒng)將被測(cè)元素定量轉(zhuǎn)化為可被檢測(cè)的光譜信號(hào)，數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)檢測(cè)并記錄這些數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理。液相原子熒光形態(tài)分析儀結(jié)構(gòu)示意圖，見圖1。

3 HPLC-AFS的應(yīng)用

借助于實(shí)驗(yàn)條件的優(yōu)化，HPLC-AFS測(cè)試As形態(tài)的檢出限能和HPLC-ICP-MS測(cè)試As形態(tài)的檢出限相當(dāng)[5-6]，基于HPLC-AFS聯(lián)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，HPLC-AFS聯(lián)用技術(shù)方案逐漸成為食品中砷形態(tài)分析的常用方法[7-9]。不同基質(zhì)的食品采用不同的前處理方法已獲得良好的分析效果。例如，王素芬等[10]以0.20 mol/L硫酸溶液為提取溶劑，采用HPLC-AFS對(duì)蜂蜜進(jìn)行了分析，獲得的檢出限分別為：As（III）1.0 μg/kg、DMA 2.1 μg/kg、MMA1.2 μg/kg和As（V）3.1 μg/kg。吳燁飛等[11]利用1.0% HCL為提取溶劑，結(jié)合HPLC-AFS對(duì)海藻中的無機(jī)砷進(jìn)行了分析，得到As（V）的檢出限為0.062 8 mg/kg，回收率為80.5%～105.7%。董喆等[12]借助于HPLC-AFS技術(shù)對(duì)大蝦、金槍魚、蝦油、大米和菠菜樣品的HNO3（0.15 mol/L）浸提液進(jìn)行分析，得到海產(chǎn)品中砷形態(tài)主要為2種砷化物，即二甲基砷（DMA）和砷甜菜堿（AsB）;大米及菠菜樣品中砷的主要形態(tài)為As（III）、二甲基砷（DMA）和As（V）的結(jié)論。王繼霞等[13]用體積比1∶19的乙酸-水作為溶劑，用超聲提取貝殼類海產(chǎn)品中的砷化合物，用HPLC-AFS聯(lián)用技術(shù)對(duì)As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和砷甜菜堿（AsB）進(jìn)行測(cè)定，4種化合物的相關(guān)系數(shù)均大于0.999 5，檢出限分別為1.47 μg/L、3.34 μg/L、3.30 μg/L、2.36 μg/L。李鑫等[14]用1%硝酸提取稻米中的亞砷酸As（III）、砷酸As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA），使用HPLC-AFS技術(shù)對(duì)4種砷化合物進(jìn)行測(cè)定。4種形態(tài)的砷相關(guān)系數(shù)均大于0.999，最低檢出限為0.195 ng/mL，平均回收率為84.0%～115.7%。王穎等[15]采用高效液相色譜-原子熒光光譜法聯(lián)用技術(shù)，用0.05 mol/L硝酸浸提地龍蛋白粉中的三價(jià)砷、五價(jià)砷、一甲基砷和二甲基砷，其檢出限分別為0.011 mg/kg、0.019 mg/kg、0.014 mg/kg和0.013 mg/kg，加標(biāo)回收率在93%～115.7%。黃田富等[16]用HPLC-HG-AFS分析方法測(cè)定茶葉中的4種形態(tài)砷，在7 min之內(nèi)實(shí)現(xiàn)亞砷酸根、二甲基砷酸、一甲基砷酸、砷酸根的完全分離，得到檢出限分別為0.064 ng/mL、0.127 ng/mL、0.089 ng/mL和0.095 ng/mL，精密度分別為2.26%、1.84%、2.05%和1.59%。崔穎等[17]以甲醇-水為溶劑提取動(dòng)物食品中的阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸，經(jīng)測(cè)定，線性相關(guān)系數(shù)均大于0.999;阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸檢測(cè)低限分別為0.1 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg。因此，經(jīng)過對(duì)前處理方法的優(yōu)化，采用HPLC-AFS對(duì)不同食品進(jìn)行分析都獲得了優(yōu)異的效果，進(jìn)一步驗(yàn)證了HPLC-AFS在食品砷形態(tài)分析的性能。

4 展望

目前HPLC-AFS技術(shù)在食品砷形態(tài)分析中已成為主流的檢測(cè)手段。由于食品種類的多樣性，砷形態(tài)種類繁多且含量差異大，該技術(shù)在食品樣品的檢測(cè)過程中也存在一些不足。①需要基于不同基質(zhì)的食品中砷的形態(tài)不同，選擇合適的前處理方法以便于更真實(shí)地反映砷在食品中的存在形式。②有機(jī)砷的氫化物生成效率相對(duì)較低，需要更具效率的在線消解裝置以提高有機(jī)砷的靈敏度。相信隨著科技的發(fā)展，高效的在線消解裝置及保證靈敏度和降低基本干擾的前處理方法必將應(yīng)用于HPLC-AFS在食品中砷形態(tài)的分析。

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