黑龍江地區稻谷中砷的四種形態分析

[摘要]本文采用0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區稻谷樣品，高效液相-原子熒光光譜法分析檢測稻谷中砷形態化合物。結果表明，稻谷中4種砷形態化合物As（Ⅲ）、DMA（一甲基砷）、MMA（二甲基砷）和As（Ⅴ）的檢出限在0.782～1.264μg/L，加標回收率為87.6%～106.5%，方法適用于稻谷中砷形態化合物的分析測定。所測量稻谷中的形態主要以As（Ⅲ）、DMA和As（Ⅴ）為主，其中As（Ⅲ）和As（Ⅴ）的含量之和為無機砷含量，占比總砷含量為54.8%～69.9%。

[關鍵詞]砷形態化合物As（Ⅲ）、DMA、MMA和As（Ⅴ）;高效液相-原子熒光光譜法;稻谷

中圖分類號：TS207.5 文獻標識碼：A DOI：10.16465/j.gste.cn431252ts.201810

砷具有半衰期長、不易分解的特點，易在人體內富集。過量的砷會與人體酶細胞中的巰基相結合，對細胞的正常代謝產生不利影響，從而對人體的健康造成危害。但其毒性與其化學形態和種類有關，毒性較大的為無機砷As（Ⅲ）和As（Ⅴ），毒性較低的為甲基砷DMA（一甲基砷）和MMA（二甲基砷）。

大米作為中國人最主要的主食之一，稻谷對砷的富集作用高于其他谷類如小麥和大麥作物[1]，這主要是因為砷酸鹽是磷酸鹽的類似物，在植物根質外體和根質膜中具有相同吸收載體和相同的吸附位點[2]，水稻生長過程中的厭氧環境使砷在土壤環境中的溶解度大大增加[3]。我國食品安全標準GB 2762-2017[4]規定稻谷中無機砷的限量值為0.2mg/kg。

目前稻谷收購入庫要求檢驗其重金屬，對重金屬砷的檢測，使用國家標準方法相對復雜，需要大量的化學試劑，同時檢測時間長，不適用現場檢測。所以目前重金屬快速檢測儀大量被應用于現場檢測，但是重金屬快速儀只能夠檢測稻谷中總砷的含量，而食品安全標準中對稻谷中無機砷有限量要求，這就要求衡量稻谷中無機砷As（Ⅲ）、As（Ⅴ）和總砷的比例，這樣能大大提高檢測效率、節約成本，實現對稻谷中砷形態的準確分析，有著重要的實際應用意義。

目前對砷形態分析采用的國家標準檢測方法為液相色譜HPLC分離和原子熒光聯用AFS在線聯用HPLC-AFS，具有線性范圍寬、靈敏度高、穩定性好等優點。本文采用0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區稻谷樣品，后通過液相色譜-原子熒光聯用儀對樣品中As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、DMA和MMA進行測量，并通過加標回收對方法的回收率進行了研究，取得了較為滿意的結果。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

LC-6500型液相色譜-原子熒光光譜聯用儀：北京海光儀器有限公司;PRP-X100陰離子交換柱（250×4.1mm）：瑞士Hamilton公司。

恒溫干燥箱、高速離心機、溶劑過濾器、高速粉碎機、氬氣（99.999%）。

鹽酸、硝酸均為優級純;硼氫化鉀、氫氧化鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀均為分析純。

砷標準物質：亞砷酸鹽、砷酸鹽、一甲基砷、二甲基砷均購自中國計量科學研究院，實驗用水為超純水，電阻率≥18.24MΩ/cm。

1.2 溶液配制

（1）流動相：稱取6.124g的KH2PO4和1.790 7g的Na2HPO4·12H2O于超純水中，定容至1 000mL，攪拌溶解。用0.22μm水系膜過濾，然后置于超聲波清洗器中，真空泵輔助脫氣30min。

（2）還原劑：稱取硼氫化鉀35g，溶于1 000mL的5g/L氫氧化鉀溶液中，攪拌均勻。此溶液現用現配。

（3）載流：移取100mL濃鹽酸，用超純水定容至1" 000mL，攪拌均勻。

（4）提取液：量取10mL濃硝酸，用超純水定容至1 000mL，攪拌均勻。

1.3 分析條件

1.3.1 色譜分離條件

色譜柱：Hamilton PRP-Xl00型;流動相：45mmol/L的KH2PO4+5mmol/L的Na2HPO4;平衡時間：30min;流動相流速：1mL/min;進樣體積：100μL。

1.3.2 原子熒光條件

還原劑：3.5%的KBH4+0.5%的KOH;載流：10%的HC1;負高壓：320V;主陰極電流：60mA;輔助陰極電流：30mA;載氣流量：600mL/min;屏蔽氣流量：900mL/min;泵速：60r/min。

1.4 樣品前處理

取稻谷樣品，粉碎混勻。稱取粉碎后的稻谷試樣約1g（精確到0.01g）于50mL塑料離心管中，加入20mL的0.15mol/L硝酸溶液，密閉放置過夜。于90℃恒溫箱中熱浸提2.5h，每0.5h振搖1min。提取完畢后，取出冷卻至室溫。8 000r/min離心15min，取上層清液，經0.22μm水系濾膜過濾后進樣測定。按同一操作方法做空白實驗。

2 結果與分析

2.1 標準圖譜和線性關系

10μg/L砷混合標準溶液如圖1所示。在7min之內，As（Ⅲ）、As（Ⅴ）、DMA和MMA依次出峰，實現完全分離，保留時間分別為2.36min、2.975min、3.707min和5.723min。準確配制成濃度分別為0μg/L、1μg/L、5μg/L、10μg/L、20μg/L、50μg/L、100μg/L的4種形態砷的混合標準溶液系列，上機測定，制標準曲線，方法的線性范圍、回歸方程、相關系數見表1。

2.2 方法的精密度

選取標準曲線中質量濃度為100μg/L標準溶液，連續進樣7次，計算峰面積RSD，結果見表2。

2.3 加標回收率

選取一份稻谷樣品，分別加入低中高3種濃度的砷形態混合標準溶液，連續測量3次，計算平均回收率和測定值的相對標準偏差。樣品加標回收測定見表3。

2.4 標準物質測定

選取NIST標準物質稻谷SRM1568b（Standard Rice Material 1568b），按實驗方法進行測定。測定結果的標準值在文獻報道值范圍內，結果見表4。

2.5 樣品測定

按所建實驗方法對黑龍江地區儲量最多的稻谷產品進行檢測，結果顯示所有稻谷樣品砷的含量均未超出GB 2762-2017[4]規定的稻谷中無機砷0.2mg/kg的限量值。樣品色譜圖見圖2，形態砷的檢測結果見表5。

上述16份稻谷樣品中，涵蓋了黑龍江省內主要稻谷種植品種，總砷的含量等于無機砷與有機砷含量總和。其中，總砷含量為91.4～166.2μg/kg，無機砷As（Ⅲ）和As（V）在總砷中的占比為54.8%～69.9%。

3 結 論

本文建立了高效液相色譜-原子熒光光譜法測定稻谷中4種砷形態的方法，采用磷酸鹽為流動相，0.15mol/L的HNO3熱浸泡提取黑龍江地區稻谷樣品，在最佳實驗條件下測定其線性范圍、相關系數、方法檢出限、精密度及加標回收率等指標均符合要求，結果準確可靠。

（1）所測量稻谷中的砷形態主要以As（Ⅲ）、DMA和為主，和水稻的生長環境以及砷在水稻根系吸收、轉運和遷移相關。

（2）As（Ⅲ）的含量占比總砷為52.5%～66.9%;DMA的含量占比總砷為33.1%～47.5%;MMA的含量為未檢出;五價砷的含量占比總砷為5.7%～15.4%，無機砷的含量占比總砷54.8%～69.9%。

（3）隨著重金屬快速檢測儀器的普及，無機砷的檢驗數據可以通過總砷的數據獲得，對很好的提高檢驗效率，降低成本，保護環境。

參考文獻

[1] SUN G X， LIU X， WILLIAMS P N， et al. Distribution and translocation of selenium from soil to grain and its speciation in paddy rice （oryza sativa l.）[J].Environmental Science amp; Technology，2010（17）：6706-6711.

[2] MARIN A R， MASSCHELEYN P H， PATRICK W H. The influence of chemical form and concentration of arsenic on rice growth and tissue arsenic concentration[J].Plant amp; Soil，1992（2）：175-183.

[3] XU X Y， MCGRATH S P， MEHARG A A， et al. Growing rice aerobically markedly decreases arsenic accumulation[J].Environmental Science amp; Technology，2008（15）：5574-5579.

[4] GB 2762-2017.食品安全國家標準 食品中污染物限量[S].