微波萃取HPLC-ICP-MS法測定稻米中砷的形態(tài)

趙彤，周慧敏，于利軍，牛金輝

（1.大連市產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究院，遼寧大連116630；2.大連市食品檢驗(yàn)所，遼寧大連116630）

微波萃取HPLC-ICP-MS法測定稻米中砷的形態(tài)

趙彤1，周慧敏2，于利軍1，牛金輝1

（1.大連市產(chǎn)品質(zhì)量檢測研究院，遼寧大連116630；2.大連市食品檢驗(yàn)所，遼寧大連116630）

以純水、硝酸溶液（0.15 mol/L）、鹽酸（0.12 mol/L）作為萃取試劑，采用微波萃取作為前處理，通過離子色譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)機(jī)法測定稻米中砷的形態(tài)。比較和總結(jié)了不同前處理方法和溶劑在不同溫度和時間下對測量結(jié)果的影響，同時將本文測定方法與GB 5009.11-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測定》、GB/ T23372-2009《食品中無機(jī)砷的測定液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》兩個國標(biāo)方法做了對比，對不同檢測方法的差異性進(jìn)行分析和總結(jié)。

稻米；無機(jī)砷；檢測方法

水稻對砷的積累能力明顯高于其它旱地作物（如小麥和玉米），對以稻米為主食的人群來說，即使是輕度的大米砷污染也可能危害人體的健康。砷的主要形態(tài)有：砷酸鹽、亞砷酸鹽、一甲基砷化合物（MMA）、二甲基砷化合物（DMA）、三甲基砷的氧化物（TMAO）、砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）和砷糖（AsS）等。其中砷酸鹽、亞砷酸鹽的毒性較高，有機(jī)砷中僅MMA和DMA有較小的毒性，其它有機(jī)形態(tài)大多無毒［1］，所以我們不僅要關(guān)注稻米中總砷的含量，更要關(guān)注稻米中砷的形態(tài)分布。

目前對大米中無機(jī)砷檢測國家推薦性標(biāo)準(zhǔn)主要有GB 5009.11-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測定》［2］和GB/T 23372-2009《食品中無機(jī)砷的測定液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》［3］。GB 5009.11-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測定》標(biāo)準(zhǔn)方法采用硝酸溶液（0.15 mol/L）為萃取劑，由于硝酸有一定的氧化性，容易使樣品中三價砷轉(zhuǎn)換為五價砷，從而不能正確的了解大米中砷的形態(tài)分布。GB/T 23372-2009《食品中無機(jī)砷的測定液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》標(biāo)準(zhǔn)方法采用純水做為萃取液，并不能將大米中不同形態(tài)砷有效提取出來，結(jié)果會明顯偏低，同樣不能獲得滿意的測定結(jié)果。

本文建立了以鹽酸溶液（0.12 mol/L）為提取液［4］，微波萃取法作為前處理，樣品溶液經(jīng)離子色譜分離后，用電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）測定，改進(jìn)了大米中砷的形態(tài)分析檢測方法。

1　試驗(yàn)部分

1.1儀器及試劑

Aglient7500a型電感耦合等離子體質(zhì)譜（配玻璃同心霧化器）、Agilent 1100液相色譜儀：美國安捷倫公司；Mars5微波消解/萃取儀：美國培安公司；砷酸根、亞砷酸根、砷甜菜堿、一甲基砷、二甲基砷標(biāo)準(zhǔn)儲備液（5 mg/L）：國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心；磷酸二氫鈉、無水乙酸鈉、乙二胺四乙酸二鈉、硝酸鉀、氫氧化鈉均為分析純；無水乙醇為色譜純；鹽酸、硝酸為優(yōu)級純；試驗(yàn)用水為超純水（電阻率18.2 MΩ·cm）。

1.2儀器工作條件

1.2.1離子色譜分離條件

流動相：分別稱取0.312 0 g磷酸二氫鈉、0.820 3 g無水乙酸鈉、0.074 6 g乙二胺四乙酸二鈉、0.303 0 g硝酸鉀用水定容至1 000 mL，用40 g/L的氫氧化鈉水溶液調(diào)pH=10.7，最后加入10 mL無水乙醇混勻備用。

色譜柱：IonPacAG19陰離子保護(hù)柱（50mm×4mm）、IonPac AS19陰離子交換柱（250 mm×4 mm）；

流速：1.0 mL/min；進(jìn)樣體積：20 μL。

1.2.2電感耦合等離子體質(zhì)譜儀器條件

功率：1 400 W；采樣深度：9 mm；采集質(zhì)量數(shù)：75；霧化器：同心霧化器，自動提升；載氣流速：0.7 L/min；輔助氣流速：0.48 L/min；積分時間：0.5 s。

1.3方法

稱取稻米粉樣品0.5 g 3份于微波萃取管中，加入10 mL鹽酸溶液（0.12 mol/L）作萃取液，微波萃取法溫度設(shè)定為85℃，時間為30 min），吸取少量萃取液經(jīng)0.45 μm膜過濾后測試。經(jīng)結(jié)果比較，選擇好萃取試劑后再分別考察萃取溫度和時間對測定結(jié)果的影響（微波萃取溫度分別設(shè)定為80、85、90℃，萃取時間分別為30、45、60 min）。

2　結(jié)果與討論

2.1前處理方法的選擇

2.1.1萃取試劑的選擇

鹽酸溶液（0.07 mol/L）色譜圖見圖1。

圖1　鹽酸溶液（0.07 mol/L）色譜圖（3 μg/L）Fig.1Chromatograms in the HCl system（3 μg/L）

從圖1我們可以看到，5種形態(tài)砷化合物在鹽酸溶液（0.12 mol/L）體系中均有較好的色譜峰形，同時5種形態(tài)砷化合物在該體系中沒有發(fā)生相互轉(zhuǎn)移和變化，具有較好的穩(wěn)定性。鹽酸溶液（0.12 mol/L）由于氯離子的大量存在，在質(zhì)譜中會形成明顯的多原子離子（ArCl 75），對砷（As 75）離子有強(qiáng)烈的干擾，但該組流動相會延遲五價砷出峰時間，從而避開氯多原子（ArCl 75）產(chǎn)生干擾，僅造成基線有小幅波動，五價砷測定結(jié)果并不會造成影響。采用3倍信噪比做為檢出限，方法檢出限為0.1 μg/L。

大米樣品色譜圖見圖2。

圖2　大米樣品色譜圖Fig.2Chromatogram of rice sample

大米樣品中砷主要以二甲基砷化合物（DMA）和三價砷形式存在。我們選取了總砷含量為0.172± 0.018 mg/kg的稻米樣品為測試樣，從表1的測定結(jié)果可以看出，超純水并不能有效的將大米中砷萃取出來，鹽酸溶液（0.12 mol/L）的萃取率較高，在硝酸溶液（0.15 mol/L）中有五價砷檢出，可能是樣品中部分三價砷轉(zhuǎn)換所致。

萃取試劑對測定結(jié)果的影響見表1。

2.1.2萃取溫度對測定結(jié)果的影響

萃取溫度對測定結(jié)果的影響見表2。

通過比較可知，提高溫度對三價砷結(jié)果的貢獻(xiàn)較大，微波萃取法當(dāng)溫度達(dá)到90℃時無機(jī)砷結(jié)果增長緩和。當(dāng)繼續(xù)提高溫度時，大米容易產(chǎn)生熟化，溶液變的粘稠反而不利用無機(jī)砷的提取和檢測。

表1　萃取試劑對測定結(jié)果的影響Table 1Extraction reagents impact on the determination results

表2　萃取溫度對測定結(jié)果的影響Table 2Extraction temperature impact on the determination results

2.1.3萃取時間對測定結(jié)果的影響

萃取時間對測定結(jié)果的影響見表3。

從表3結(jié)果可以看出，延長萃取時間對二甲基砷測定結(jié)果有利，微波萃取法當(dāng)時間到達(dá)45 min時結(jié)果增長緩和。最后將萃取樣品殘?jiān)?jīng)干燥后，用硝酸和雙氧水消解，在電感耦合等離子體質(zhì)譜中測定，總砷含量已經(jīng)很小，說明大米粉樣品中砷基本被完全萃取。

表3　萃取時間對測定結(jié)果的影響Table 3Extraction time impact on the determination results

2.2與兩種國家標(biāo)準(zhǔn)方法結(jié)果的比較

將該大米粉樣品分別用GB 5009.11-2014《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中總砷及無機(jī)砷的測定》、GB/T 23372-2009《食品中無機(jī)砷的測定液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法》國家標(biāo)準(zhǔn)方法和本文方法進(jìn)行檢測，并進(jìn)行三價砷加標(biāo)回收試驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)加入量均為0.10 mg/kg，測定結(jié)果見表4。

表4　回收率和精密度試驗(yàn)Table 4Tests for recovery and precision

從表4測定結(jié)果可以看出，無論采用哪種檢測方法，回收率均能得到滿意結(jié)果，所以加標(biāo)回收并不能反映方法的優(yōu)劣，前處理方法對大米中砷的形態(tài)分析有著較大的影響。

3　結(jié)論

對于大米中無機(jī)砷的測定，目前國家標(biāo)準(zhǔn)方法都存在著一定的不足，不能準(zhǔn)確的測定出稻米中砷的形態(tài)及含量，而采用微波萃取、鹽酸溶液（0.12 mol/L）做為萃取劑，經(jīng)離子色譜分離，電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定能夠獲得較為滿意的測量結(jié)果。

［1］王濱.食品無機(jī)砷含量分析及限量值研究進(jìn)展［J］.公共衛(wèi)生與預(yù)防醫(yī)學(xué)，2006，17（2）：48-49

［2］中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會.GB 5009.11-2014食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中無機(jī)砷的測定［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015：11-14

［3］中華人民共和國國家衛(wèi)生和計(jì)劃生育委員會.GB/T 23372-2009食品中無機(jī)砷的測定液相色譜電感耦合等離子體質(zhì)譜法［S］.北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2015：1-4

［4］Guo-Xinsun，Pauln Williams，Anne-Mariecarey.Inorganic arsenic in rice bran and its products are an order ofmagnitude higher than in bulk grain［J］.Environmental Science&Technology，2008，42（2）：7542-7546

Determination of Arsenic Species in Rice by Microwave Extraction HPLC-ICP-MS

ZHAO Tong1，ZHOU Hui-min2，YU Li-jun1，NIU Jin-hui1
（1.Dalian Inspection Research Institute of Product Quality，Dalian 116630，Liaoning，China；2.Dalian Institute for Food Control，Dalian 116630，Liaoning，China）

The water，HNO3（0.15 mol/L）and HCl（0.12 mol/L）as the extraction reagent，using microwave extraction as pre-treatment，determination of arsenic species in rice by IC-ICPMS.Finally，discussed and summarized the different pretreatment methods and solvents at different temperatures and time on the measurement results，analyzed and summarized the differences of different methods by compared with the other two standard methods，GB 5009.11-2014＜Determination of total arsenic and inorganic-arsenic in foods＞and GB/T 23372-2009＜Determination of inorganic-arsenic in foods-Liquid chromatography-inductive coupled plasma mass spectrometer＞.

rice；inorganic arsenic；test method

10.3969/j.issn.1005-6521.2016.17.030

2016-04-11

趙彤（1981—），男（漢），高級工程師，本科，研究方向：食品檢驗(yàn)。