中华预防医学杂志    2018年10期 建立无机砷形态的检测方法及在大米基质检测中的应用    PDF     文章点击量:52    
中华预防医学杂志2018年10期
中华医学会主办。
0

文章信息

苏祖俭 胡曙光 蔡文华 杨杏芬 王晶 范建彬 黄泓耀 黄伟雄
SuZujian,HuShuguang,CaiWenhua,YangXingfen,WangJing,FanJianbin,HuangHongyao,HuangWeixiong
建立无机砷形态的检测方法及在大米基质检测中的应用
Establishment of arsenic speciation analysis method and application in rice
中华预防医学杂志, 2018,52(10)
http://dx.doi.org/10.3760/cma.j.issn.0253-9624.2018.10.006

文章历史

投稿日期: 2018-05-12
上一篇:缺氧诱导因子1α在砷所致人肝细胞上皮间质转化及其恶性转化中的作用
下一篇:孕期服用膳食补充剂与低出生体重关系的前瞻性研究
建立无机砷形态的检测方法及在大米基质检测中的应用
苏祖俭 胡曙光 蔡文华 杨杏芬 王晶 范建彬 黄泓耀 黄伟雄     
苏祖俭 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所;中山大学公共卫生学院
胡曙光 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
蔡文华 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
杨杏芬 南方医科大学公共卫生与热带医学学院
王晶 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
范建彬 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
黄泓耀 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
黄伟雄 510300 广州,广东省疾病预防控制中心卫生化验所
摘要: 目的  采用新型离子交换柱技术建立高效、灵敏的无机砷的检测方法,并检测大米基质中的砷含量。方法  基于新型离子交换柱,对大米中无机砷分析的前处理方法、液相分离及质谱测定条件进行优化,最终砷形态化合物以新型离子交换柱分离,液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法进行检测。采用外标法定量,通过检测大米样品和大米标准样品中砷形态化合物含量,对方法的检出限、精密度和准确度进行评价。同时选取3种广东市售大米作为本研究的实验样品,每份称取试样1 g,平行测量3次,将本方法与国家标准中的液相色谱-原子荧光光谱法(LC-AFS)、液相色谱-电感耦合等离子体质谱法(LC-ICP-MS)进行比较。结果  经检测,在以0.5%硝酸溶液在65 ℃超声水浴条件下,对大米中无机砷萃取1.5 h,调节pH至碱性时,大米的平均提取效率最高(>93%)。以流动相A(8 mmol/L HNO3,50 mmol/L NH3·H2O)和流动相B(40 mmol/L HNO3,80 mmol/L NH3·H2O)为流动相梯度洗脱,在射频功率1 500 W,雾化气流量0.97 L/min的测定条件下,5种砷形态化合物能达到基线分离,检出限范围在0.114~0.331 μg/L,大米样品中无机砷含量为0.063~0.232 mg/kg,测定大米粉标准物质中砷形态化合物结果均在其标示的不确定范围内,加标回收率为86.7%~106.7%,测定精密度分别为1.9%~12.5%。与国家标准相比,大米中砷酸盐中的测定结果较为接近,采用本研究、LC-AFS、LC-ICP-MS检测大米样品1砷酸盐的含量分别为0.231、0.226、0.236 mg/kg,而国标方法由于灵敏度不足,难以检出低含量砷形态化合物(大米样品1中均未检出砷甜菜碱)。方法可检出大米样品1中的砷甜菜碱含量为0.023 mg/kg。结论  本研究建立的方法能满足大米中无机砷的测量需求,相比现行国标,能较大程度地缩短了检测时间和提高效率,同时也降低了方法检出限,提高了方法灵敏度。
关键词 :砷;离子交换;大米;无机砷
Establishment of arsenic speciation analysis method and application in rice
SuZujian,HuShuguang,CaiWenhua,YangXingfen,WangJing,FanJianbin,HuangHongyao,HuangWeixiong     
Department of inspection, Centre for Disease Control and Prevention of Guangdong, Guangzhou 510300, China
Corresponding author: Huang Weixiong, Email: 13609771182@163.com
Abstract:Objective  A new ion exchange column technology was used to establish an efficient and sensitive method for the detection of inorganic arsenic.Methods  Based on the new As Specia Fast Column, the pretreatment methods, liquid phase separation and mass spectrometry determination conditions of inorganic arsenic in rice were optimized. Finally, arsenic compounds were separated by As Specia Fast Column and detected by liquid chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry. The external standard method was used for quantitative analysis. The detection limit, precision and accuracy of the method were determined by measuring the content of arsenic compounds in rice samples and rice standard samples. At the same time, three Guangdong rice samples were selected as the experimental samples of this study, and 1 g of each sample was weighed and measured in parallel three times. The method was compared with the method of liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry (LC-AFS) and liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry (LC-ICP-MS) in the national standard.Results  The inorganic arsenic in rice was extracted with 0.5% nitric acid solution at 65 ℃ for 15 h, and the pH was adjusted to alkaline. The mobile phase A (8 mmol/L HNO3, 50 mmol/L NH3·H2O) and mobile phase B (40 mmol/L HNO3, 80 mmol/L NH3·H2O) were used as the mobile phase gradient elution (93%) . Five arsenic compounds can reach baseline separation under the conditions of RF power of 1 500 W and atomization gas flow of 0.97 L/min. The detection limits ranged from 0.114 to 0.331 μg/L, and the inorganic arsenic content in rice samples ranged from 0.063 to 0.232 mg/kg. The results of determination of arsenic compounds in rice flour reference materials were all within the uncertainty range indicated by the standard. The recoveries were 86.7%~106.7%, and the precision was 1.9%-12.5%. Compared with national standards, the results of determination of arsenate in rice were relatively close (using this method, LC-AFS, LC-ICP-MS to detect the content of arsenate in rice samples 1 was 0.231, 0.226, 0.236 mg/kg, respectively). However, due to insufficient sensitivity, the national standard method is difficult to detect low levels of arsenic compounds (Arsenobetaine was not detected in rice sample 1). The method can detect the content of arsenobetaine in rice sample 1 was 0.023 mg/kg.Conclusion  The established method can meet the requirements of inorganic arsenic determination in rice, and it is more rapid and accurate than the current national standard. It can better monitor and evaluate the content of i-As in rice, and provide accurate data for comprehensively grasping and evaluating the safety of rice consumption of residents.
Key words :Arsenic;Ion exchange;Rice;Inorganic arsenic
全文

砷(As)以各种形式存在于自然界中[1],在空气、土壤、沉积物和水中主要以As2S3、As2S5、As2O3或亚砷酸盐(As)、砷酸盐(As)、一甲基砷酸(monomethyl arsenic acid,MMA)和二甲基砷酸(dimethyl arsenic acid,DMA)的形式存在[2],在海产品中主要是砷甜菜碱(arsenobetaine,AsB)和砷胆碱(arsenocholine,AsC)。砷化合物都具有一定的毒性,以无机砷(Inorganic Arsenic,i-As)毒性最大,1980年被国际癌症研究机构确认为1类致癌物,其中As毒性强于As。甲基砷毒性较小,而AsB、AsC常被认为是无毒的。无机砷与皮肤[3]、肝脏[4]、肾脏[5]等器官,以及神经[6]、呼吸[7]、心血管[8]、造血[9]、免疫[10]、内分泌[11]、生殖和发育[12]等系统的并发症有关。研究表明:大米占所有食品无机砷摄入的60%[13,14],是食品无机砷摄入的主要贡献因素。因此,我国GB 2762-2017《食品安全国家标准食品中污染物限量》中规定稻谷、糙米、大米中无机砷含量不应超过0.2 mg/kg[15]
        目前,食品中无机砷分析技术分为两类:选择性收集技术和分离技术,前者包括了固相萃取、液液萃取、蒸汽发生等,而后者则主要包括气相色谱(gas chromatography,GC)、液相色谱(liquid chromatography,LC)、毛细管电泳(capillary electrophoresis,CE)等色谱分离方法。其中,LC联用技术是目前砷形态分析的主要方法[16]。但现行国标GB 5009.11-2014《食品安全国家标准食品中总砷及无机砷的测定》[17]中无机砷检验方法存在流动相复杂,分析时间长,检出限高等问题。本研究旨在针对现行国标存在的不足,以大米作为分析对象,基于新型离子交换柱利用液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用(liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry,LC-ICP-MS)开展砷形态化合物的分析。通过对前处理条件、液相分离条件和仪器分析条件的优化,建立了更为高效、灵敏的大米中无机砷的测定方法。

材料与方法  

一、材料  

1.试剂:  硝酸(HNO3,优级纯,购自德国默克公司)、氨水(NH3·H2O,色谱纯,购自上海安谱公司)、酚酞(C20H14O4,分析纯,购自广州化学试剂厂)、盐酸(HCl,优级纯,购自广州化学试剂厂)。

2.溶液标准物质:  As(编号:060033-08-01,购自美国o2si公司),以砷计含量为(1 000±3)mg/L;As(编号:060033-26-01,购自美国o2si公司),以砷计含量为(1 000±3)mg/L;AsB(编号:GBW08670,购自中国计量科学研究院),以砷计含量为(38.8±1.1)μg/g;AsC(编号:GBW08671,购自中国计量科学研究院),以砷计含量为(28.0±1.1)μg/g;MMA(编号:GBW08668,购自中国计量科学研究院),以砷计含量为(25.1±0.8)μg/g;DMA(编号:GBW08669,购自中国计量科学研究院),以砷计含量为(52.9±1.8)μg/g。

3.定值标准物质:  米粉标准品(Rice Flour,编号:1568b,购自美国NIST公司)、糙米粉标准品1(Powdered Brown Rice,编号:TET034RM,购自英国FAPAS检测技术研究所)、糙米粉标准品2(Powdered Brown Rice,编号:T07264QC,购自英国FAPAS检测技术研究所)。

4.仪器:  350X电感耦合等离子体质谱仪(美国PerkinElmer公司);Elspe-2高效液相色谱(中国Prin-Cen公司);ETHOS UP微波消解仪(意大利Milestone公司);GST25-20恒温赶酸仪(中国莱玻特瑞公司);P300H超声清洗器(德国Elma-Hans公司);AG204电子天平(瑞士Mettler-Toledo公司)。色谱柱:新型阴离子交换色谱分析柱(As Specia Fast Column,中国Prin-Cen公司,4.6×50 mm,4.1 mm);新型阴离子交换色谱保护柱(As Specia Guard Column,中国Prin-Cen公司,4.6×50 mm,4.1 mm)。

5.样品:  选择3种广州市售大米作为本研究的实验样品,大米经烘干、粉碎、研磨后,过80目筛备用。

二、方法  

1.前处理方法的优化:  (1)总砷测定的样品溶液制备:称取样品0.2 g于微波消解罐中,加入5 ml硝酸,按照微波消解的操作步骤消解试样。消解条件:120 ℃,保持5 min;160 ℃,保持10 min;120 ℃,保持5 min;180 ℃,保持10 min。消解液以纯水稀释至25 ml后用ICP-MS测定。(2)提取方式的优化:采用超声辅助提取和国标热浸提方式对3份大米中的砷进行90 ℃提取2.5 h后,采用ICP-MS测定提取液中总砷含量,并将其与微波消解的结果进行比较。(3)硝酸溶液浓度的优化:选择硝酸作为大米中无机砷的提取剂。继而分别采用浓度为0.1%,0.2%,0.5%,0.8%和1.0%的硝酸溶液对3份大米样品中的砷进行提取,采用ICP-MS测定提取液中总砷含量,并将其与微波消解的结果进行比较,计算其提取率。(4)提取时间的优化:采用0.5%硝酸溶液在90 ℃超声水浴中分别对上述3份大米中砷提取0.5、1.0、2.0、2.5、3.0、3.5和4.0 h,采用ICP-MS测定提取液中总砷含量,并将其与微波消解的结果进行比较,计算其提取率。(5)提取温度的优化:采用0.5%硝酸溶液分别在50、55、60、65、70、75、80、85、90 ℃超声水浴下对上述3份大米中砷提取2.5 h,采用ICP-MS测定提取液中总砷含量,并将其与微波消解的结果进行比较,计算其提取率。(6)响应面法优化超声提取条件:取硝酸溶液浓度、提取温度、提取时间3个因素进行响应面分析。

2.色谱分离条件的优化:  (1)流动相组成的确定:结合样品前处理的提取体系,以硝酸盐体系作为无机砷分离的流动相。分别配制不同浓度的硝酸铵溶液作为流动相,考察各组分的保留时间(retention time,RT)及组分半峰宽(full width at half maxima,FWHM)。(2)样品pH对测定的影响:分别配制溶液酸碱性分别为酸性(0.5%硝酸溶液,pH<7),中性(纯水,pH=7)和碱性(0.5%硝酸溶液加入酚酞指示剂后,加氨水溶液呈浅粉红色,pH>7)的砷形态混合标准溶液,采用所建立方法对样品进行分析,考察pH对各组分的保留时间及半峰宽的影响。(3)离子干扰的消除:在样品提取液中加入一系列的盐酸,使其中氯含量分别为0、1、2、5、8、10、20、50 g/L,采用所建立方法对样品进行分析,考察氯离子浓度对各组分的测定的影响。

3.质谱条件的优化:  采用所优化的液相条件,在不同射频功率和雾化气流量条件下平行测定五种砷形态化合物(AsB、DMA、As、MMA、As)混合标准溶液3次,计算其峰面积的均值与相对标准偏差。

4.方法的确定:  (1)样品中无机砷的提取:称取试样1 g置15 ml塑料离心管中,加入10 ml体积分数为0.5%的硝酸溶液,涡旋混匀后置65 ℃超声水浴箱中热浸提2.5 h,每0.5小时振摇。提取完毕,取出冷却至室温后7 104×g离心15 min。取5 ml上层清液,滴加1滴酚酞指示剂,滴加氨水至溶液呈粉红色后定容至10 ml,经0.45 μm有机滤膜过滤后进样测定。(2)样品中无机砷的测定:采用IC-ICP-MS法对样品进行检测。流动相组成:流动相A:8 mmol/L HNO3,48 mmol/L NH3·H2O;流动相B:40 mmol/L HNO3,80 mmol/L NH3·H2O。流速:1.2 ml/min。进样体积:20 μl。梯度程序:0~2 min:100% A;2~4 min:100% B;4~6 min:100% A。ICP-MS条件:监测离子:75As+。模式:标准模式;射频功率:1 500 W,雾化气流量:0.97 L/min。积分时间:0.5 s。采样时间:6 min。

5.线性范围、检出限及定量限:  分别配制质量浓度为0.00、1.00、2.00、5.00、10.0、15.0、20.0 μg/L的5种砷形态化合物(AsB、DMA、As、MMA、As)混合标准系列溶液,在优化条件下,进行LC-ICP-MS检测,以其保留时间为依据进行定性,以其峰面积为依据进行定量。采用最小二乘法拟合出浓度-峰面积线性方程,以流动相中样品组分在检测器上产生3倍基线噪声信号时相当的质量浓度定为方法的检出限,10倍基线噪声信号时相当的质量浓度定为方法的定量限,并与超声辅助提取和国标中热浸提方式进行平行比较。

6.精密度分析:  取上述3份大米粉样品,每份称取试样1 g,平行制备7份样品溶液,并在优化条件下,进行LC-ICP-MS检测,以其保留时间为依据进行定性,以其峰面积为依据进行定量,计算大米粉中各组分砷形态化合物的含量,以平行测定结果的相对标准偏差(relative standard deviation,RSD)表示测量的精密度。

7.准确度分析:  同时采用定值参考物质和加标回收两种方式对所建方法的准确度进行评价。(1)采用所建立方法测定大米粉标准物质中砷形态化合物含量,并与标示值进行比较。(2)称取大米样品9份,分成3组,按照低、中、高,不同含量分别加入As和As标准溶液,按照所建方法测定,计算回收率。

8.统计学分析:  采用Excel 2013进行数据录入,采用SPSS 19.0进行统计分析;采用方差分析法对不同前处理方法所得的大米砷含量进行分析;响应面分析根据Box-Behnken试验设计原理,采用Design-Expert软件进行分析,采用多元二次回归方程来拟合因素与响应值之间的函数关系,通过对回归方程的分析得出最佳条件参数,以P<0.05为差异有统计学意义。

结果  

一、样品前处理的优化  采用超声辅助提取和国标中热浸提方式与微波消解的结果比较,差异没有统计学意义(P>0.05),见表1。以提取液中总砷含量与微波消解的结果之比作为提取效率,分别从硝酸溶液浓度、提取温度及提取时间3个因素采用单因素试验进行优化后发现0.5%硝酸溶液在65 ℃超声水浴下提取1.5 h能够满足大米中砷的提取要求(表2)。响应面分析拟合所得方程为:提取效率=112.70+33.70×硝酸溶液浓度+14.33×提取温度+13.70×提取时间+13.57×硝酸溶液浓度×提取温度+12.58×硝酸溶液浓度×提取时间+7.63×提取温度×提取时间-44.94×硝酸溶液浓度2-17.04×提取温度2-17.14×提取时间2,模型P<0.05。根据模型计算出大米砷的最佳提取条件为:硝酸溶液浓度为0.59%,提取温度为64.30 ℃,提取时间为1.79 h,此结果基本与单因素试验结果基本一致。综上所述,最终确定样品前处理条件为0.5%硝酸溶液在65 ℃超声水浴下提取1.5 h。

表1不同方式处理大米样品后所测得砷含量均值(mg/kg,±sn=3)
表2不同样品前处理条件下大米的平均提取效率及偏差(%,n=9)

二、砷化合物分离条件的优化  

1.流动相组成:  在不同浓度的硝酸铵溶液为流动相条件下,各组分的保留时间及半峰宽见表3。结果表明无论如何调节流动相配比,仍无法使AsB与AsC达到基线分离,考虑到两者均无需准确定量,因此本研究并未将其进行分离。当HNO3浓度为8 mmol/L,NH3·H2O浓度为48 mmol/L时,AsB(或AsC)、DMA、As三者能基线分离,但MMA和As在10 min中内并未流出;当HNO3浓度为40 mmol/L,NH3·H2O浓度为80 mmol/L时,As、MMA和As三者能基线分离,但AsB(或AsC)、DMA、As三者未能基线分离。最终采用两种流动相进行梯度淋洗,梯度程序制定见表4。5种砷形态化合物标准溶液(20 μg/L)分离色谱图见图1

表3LC-ICP-MS法过程中不同流动相对各组分RT和FWHM的影响
表4液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法检测砷下不同流动相梯度洗脱程序
图15种砷化合物标准溶液的分离色谱图

2.样品pH:  测定不同酸碱度的砷形态混合标准溶液,各组分的保留时间及半峰宽结果见表5,表明:样品的pH主要是影响DMA和As的测定。当样品为酸性时,DMA和As无法达到基线分离。考虑到样品提取液为强酸性而流动性为弱碱性,本研究所采用的标准系列溶液及样品测定溶液均加氨水调节至碱性,保证两者pH的匹配以确保测定的准确性。

表5LC-ICP-MS法过程中样品pH不同砷化合物的RT和FWHM的影响

3.离子干扰消除:  电感耦合等离子体质谱法测定砷的离子干扰主要是共存的氯与等离子体中的氩形成氩氯双原子离子(40Ar35Cl+),因此本研究用所建方法对含有梯度浓度氯离子的样品进行分析,结果表明氯离子的保留时间为3.52 min,在As和MMA之间出峰,而且浓度低于或等于50 g/L的氯离子均不会影响目标物的测定,即不与目标峰相重叠。因此,采用该新型离子交换柱进行砷形态化合物分析时,可消除浓度为50 g/L以下的氯离子的质谱干扰。

三、电感耦合等离子体质谱条件的优化  质谱条件的优化结果显示,随着射频功率升高,各组分的测定灵敏度和稳定性也上升,因此,本研究最终采用1 500 W作为测量所用射频功率,见图2。随着雾化气流量升高,各组分的测定灵敏度呈现先升后降的趋势,其对应的稳定性则呈现先降后升的趋势,因此,本研究采用0.97 ml/min作为测量所用雾化气流量,见图3;当浓度≤50 g/L的氯离子均不会影响目标物的测定,综合考虑灵敏度和干扰因素,本研究采用标准模式(不通气体)作为砷的测量模式。

图2不同射频功率下不同砷化合物的峰面积均值及相对标准偏差(n=3)图A为砷化合物的峰面积的均值;图B为砷化合物的峰面积的相对标准偏差
图3不同雾化气流量下不同砷化合物的峰面积均值及相对标准偏差(n=3)图A砷化合物的峰面积的均值;图B砷化合物的峰面积的相对标准偏差

四、方法学验证  所建方法的拟合线性方程、相关系数、检出限、定量限结果表6。测定大米粉标准物质中砷形态化合物含量均在其标示的不确定范围内,所建立方法的精密度为3.3%~18.2%,见表7。加标回收率为86.7%~106.7%,见表8。测定三份大米粉样品的精密度分别为1.9%~12.5%,见表9

表6LC-ICP-MS法检测不同砷化合物所拟合的线性方程、相关系数、检出限及定量限
表7LC-ICP-MS法检测下标准物质中不同砷化合物的含量(mg/kg,n=7)
表8LC-ICP-MS法检测下大米中无机砷的加标回收率(n=3)
表9LC-ICP-MS法检测下不同大米粉样品中不同砷化合物的含量(mg/kg,±sn=3)

五、方法比对  采用本研究所建立方法与GB 5009.11-2014第二部分中两个方法同时测定上述3份大米,每份样品平行测定3次,结果见表10。3组结果中,高含量砷形态化合物的测定结果都比较接近,但对于低含量砷形态化合物采用国标方法容易因为灵敏度不足而导致未检出。此外,本研究测定3份大米粉样品的精密度分别为1.9%~12.5%,国标中第一种方法为液相色谱-原子荧光光谱联用法(liquid chromatography-atomic fluorescence spectrometry,LC-AFS)的精密度分别为4.3%~17.7%,第二种方法为LC-ICP-MS的精密度分别为3.4%~14.7%。明显地,本研究所建立的方法灵敏度和精密度均优于现行国标。

表10三种方法测定大米粉中不同砷化合物的含量(mg/kg,n=3)

讨论  元素形态分析的前处理关键在于保证分析对象形态不改变或发生不影响结果改变的前提下,尽可能地提高其提取率。传统的有机溶剂萃取是砷形态分析最常用的提取方法[18],但提取时间长,提取效率低。近年来,超声、微波等辅助萃取方式也有所使用,提取试剂也改变为酸溶液、盐溶液或氧化还原试剂[19,20,21,22,23]。其中超声提取具有效率高、时间短、温度低等优点,且较为温和,有利于防止化合物形态的转变。稀硝酸具有氧化性,能避免高价态有机砷的转化;硝酸及其盐在ICP-MS上不会产生残留或质谱干扰,是合适提取剂。GB 5009.11-2014采用1%硝酸溶液在90 ℃恒温箱对大米中无机砷进行热浸提2.5 h,本研究改变了提取方式,将硝酸溶液浓度降低了50%,温度下降了25 ℃,时间也缩短了1 h,在保证提取效率前提下,降低了前处理对砷形态的影响。
        目前砷形态分析的主要方法是LC与适当的检测器联用[16],所用分析柱有C18反相色谱柱[24]、Dionex IonPac离子分析柱[25,26]和Hamilton离子交换柱[23,27],流动相体系主要有磷酸盐体系[28]、碳酸盐体系[29]等。As和As离子半径大,且As是三价负离子,在常见阴离子交换柱上表现为峰型拖尾且保留时间较长。其次,磷酸盐高温难挥发,会导致盐分沉积和锥口腐蚀[30];碳酸盐稳定性差,容易导致体系pH改变使目标物保留时间漂移。本研究的As Specia Fast Column填料为嫁接了烷醇季铵的聚苯乙烯小球,羟基的存在使其更亲水,使离子半径较大、电荷数多的离子的峰型更尖锐、提高灵敏度,同时缩短了分离时间,能在6 min中实现5种砷形态化合物的分离。所用流动相为硝酸、氨水混合液,容易获得高纯试剂,能很好控制砷本底,降低基线,以便得到更低检出限。按GB 5009.11-2014的色谱条件,分离同样的5种砷化合物需时12 min,而第二法流动相组成复杂且本底高,导致检出限高,而高盐流动相和磷酸盐的使用也会影响结果稳定性。本研究方法将分析时间缩短了50%,将检出限至少降低了7.5倍,提高了灵敏度,更有利于砷化合物的快速分离和准确测定。
        近年来比较热门的砷形态分析检测方法是AAS、AFS和ICP-MS,GB 5009.11-2014采用的是后两者。LC-AFS灵敏度较差,且部分有机砷不产生信号,导致部分砷化物未能检出。此外,AFS还涉及砷化合物的还原反应及AsH3的气液分离,反应重现性也影响测定结果稳定性。与原子光谱相比,ICP-MS分辨率更好,灵敏度和精度更高、和动态线性范围更广[31]。目前LC与ICP-MS联用已成为元素形态分析最佳组合之一[32]。但砷在ICP-MS存在一定的质谱干扰,包括氢化物、氯化物和双电荷,最主要是来自于40Ar35Cl+。采用加氧模式对干扰的消除最为有效,检测结果最为准确[33],但会大幅度降低灵敏度。而本研究的交换柱能有效地分离氯离子,确保浓度≤50 g/L的氯离子不会影响测定,即使采用标准模式也可满足测定要求,同时保证了灵敏度。
        综上所述,本研究所建立基于新型离子交换柱所建立的稀酸超声提取,LC-ICP-MS法能较大程度地缩短了检测时间,降低了检出限,提高了灵敏度,能更快速、更准确地对大米中无机砷进行分析,对更好地监测和评估大米中无机砷含量具有一定意义。

参考文献
[1]VahterM. Health effects of early life exposure to arsenic [J]. Basic Clin Pharmacol, 2008, 102(2):204-11. DOI: 10.1111/j.1742-7843.2007.00168.x.
[2]HenkeKR. Arsenic in natural environments [M]. New York:John Wiley & Sons Ltd., 2009: 69-235. DOI: 10.1002/9780470741122.ch3.
[3]LiuJ, ZhengB, AposhianHV, et al. Chronic arsenic poisoning from burning high-arsenic-containing coal in Guizhou, China[J]. Environ Health Perspect, 2002,110(2):119-122.
[4]RatnaikeRN. Acute and chronic arsenic toxicity [J]. Postgrad Med J,2003, 79 (933):391. DOI: 10.1136/pmj.79.933.391.
[5]MaddenEF, FowlerBA. Mechanisms of nephrotoxicity from metal combinations: a review[J]. Drug Chem Toxicol, 2000,23(1):1-12. DOI: 10.1081/DCT-100100098.
[6]MathewL, ValeA, AdcockJE. Arsenical peripheral neuropathy [J]. Pract Neurol, 2010, 10(1): 34-38. DOI: 10.1136/jnnp.2009.201830.
[7]ParvezF, ChenY, Brandt-RaufPW, et al. A prospective study of respiratory symptoms associated with chronic arsenic exposure in Bangladesh: findings from the Health Effects of Arsenic Longitudinal Study (HEALS)[J]. Thorax, 2010,65(6):528-533. DOI: 10.1136/thx.2009.119347.
[8]ChenY, GrazianoJH, ParvezF, et al. Arsenic exposure from drinking water and mortality from cardiovascular disease in Bangladesh: prospective cohort study[J]. BMJ, 2011,342:d2431.
[9]ZhangJ, MuX, XuW, et al. Exposure to arsenic via drinking water induces 5-hydroxymethylcytosine alteration in rat[J]. Sci Total Environ, 2014,497-498:618-625. DOI: 10.1016/j.scitotenv.2014.08.009.
[10]SrivastavaRK, LiC, ChaudharySC, et al. Unfolded protein response (UPR) signaling regulates arsenic trioxide-mediated macrophage innate immune function disruption[J]. Toxicol Appl Pharmacol, 2013,272(3):879-887. DOI: 10.1016/j.taap.2013.08.004.
[11]DaveyJC, NomikosAP, WungjiranirunM, et al. Arsenic as an endocrine disruptor: arsenic disrupts retinoic acid receptor-and thyroid hormone receptor-mediated gene regulation and thyroid hormone-mediated amphibian tail metamorphosis[J]. Environ Health Perspect, 2008,116(2):165-172. DOI: 10.1289/ehp.10131.
[12]Dávila-EsquedaME, Jiménez-CapdevilleME, DelgadoJM, et al. Effects of arsenic exposure during the pre- and postnatal development on the puberty of female offspring[J]. Exp Toxicol Pathol, 2012,64(1-2):25-30. DOI: 10.1016/j.etp.2010.06.001.
[13]JonesFT. A broad view of arsenic[J]. Poult Sci, 2007,86(1):2-14. DOI: 10.1093/ps/86.1.2.
[14]LiG, SunGX, WilliamsPN, et al. Inorganic arsenic in Chinese food and its cancer risk[J]. Environ Int, 2011,37(7):1219-1225. DOI: 10.1016/j.envint.2011.05.007.
[15]中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会,国家食品药品监督管理总局.GB 2762-2017,食品安全国家标准食品中污染物限量[S].北京:中国标准出版社, 2017.
[16]FrancesconiKA, KuehneltD. Determination of arsenic species: A critical review of methods and applications, 2000-2003 [J]. Analyst, 2004, 129(5): 373-395. DOI: 10.1039/b401321m.
[17]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, 2016.
[18]JókaiZ, HegoczkiJ, PéterF. Stability and optimization of extraction of four arsenic species[J]. Microchem J, 1998, 59(1): 117-124. DOI: 10.1006/mchj.1998.1571
[19]车东昇,张建锋,杜晶晶.三类基质中砷形态分析的前处理方法比较[J].环境化学,2014,33(7):1130-1136. DOI: 10.7524/j.issn.0254-6108.2014.07.006.
[20]ThomasP, FinnieJK, WilliamsJG. Feasibility of identification and monitoring of arsenic species in soil and sediment samples by coupled high-performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. J Anal Atom Spectrom, 1997, 12(12): 1367-1372. DOI: 10.1039/a704149g.
[21]龚仓,徐殿斗,马玲玲,等. HPLC-HG-AFS测定大气颗粒物中砷的形态[J].分析试验室,2014,33(6):664-667. DOI: 10.13595/j.cnki.issn1000-0720.2014.0155.
[22]AbedinMJ, CresserMS, MehargAA, et al. Arsenic accumulation and metabolism in rice (Oryza sativa L.) [J]. Environ Sci Technol, 2002, 362(5): 962-968. DOI: 10.1021/es0101678.
[23]WolleMM, RahmanGM, KingstonHM, et al. Speciation analysis of arsenic in prenatal and children's dietary supplements using microwave-enhanced extraction and ion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Anal Chim Acta, 2014,818:23-31. DOI: 10.1016/j.aca.2014.01.060.
[24]FangY, PanY, LiP, et al. Simultaneous determination of arsenic and mercury species in rice by ion-pairing reversed phase chromatography with inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. Food Chem, 2016,213:609-615. DOI: 10.1016/j.foodchem.2016.07.003.
[25]吕超,刘丽萍,董慧茹,等.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术测定水产类膳食中5种砷形态的方法研究[J].分析测试学报,2010,29(5):465-468. DOI: 10.3969/j.issn.1004-4957.2010.05.008.
[26]Moreda-Pi?eiroA, Moreda-Pi?eiroJ, Herbello-HermeloP, et al. Application of fast ultrasound water-bath assisted enzymatic hydrolysis--high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry procedures for arsenic speciation in seafood materials[J]. J Chromatogr A, 2011,1218(39):6970-6980. DOI: 10.1016/j.chroma.2011.07.101.
[27]黄亚涛,毛雪飞,杨慧,等.高效液相色谱原子荧光联用技术测定大米中无机砷[J].广东农业科学,2013,40(12):117-121. DOI: 10.3969/j.issn.1004-874X.2013.12.038.
[28]NarukawaT, ChibaK, SinaviwatS, et al. A rapid monitoring method for inorganic arsenic in rice flour using reversed phase-high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry[J]. J Chromatogr A, 2017,1479:129-136. DOI: 10.1016/j.chroma.2016.12.001.
[29]杨丽君,胡巧茹,郭伟等.高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用同时测定鸡肉与鸡肝中的7种砷形态[J].色谱, 2011, 29 (5):394-398.
[30]刘德晔,谷静,马永建,等.尺寸排阻色谱电感耦合等离子体质谱联用测定功能饮料、多维片及奶粉中维生素B12[J].分析化学,2014,42(2):197-202. DOI: 10.3724/SP.J.1096.2014.31079.
[31]DelafioriJ, RingG, FureyA. Clinical applications of HPLC-ICP-MS element speciation: A review[J]. Talanta, 2016,153:306-331. DOI: 10.1016/j.talanta.2016.02.035.
[32]KomorowiczI, Bara?kiewiczD. Arsenic and its speciation in water samples by high performance liquid chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry--last decade review[J]. Talanta, 2011,84(2):247-261. DOI: 10.1016/j.talanta.2010.10.065.
[33]林立,王琳琳.采用ICP-MS/MS对硒和砷检测的质谱干扰[J].分析试验室,2016(3):344-348.