HPLC-AFS技術在食品中砷形態分析中的應用

王巖

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

關鍵詞：液相色譜 -原子熒光光譜聯用技術（HPLC-AFS）;砷;形態分析;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）等形態存在[1]。砷元素的形態不同，其毒性或藥用機理也不同，其中無機砷的毒性比有機砷大，而不同形態的砷可在人體內相互轉變，從而產生不同毒性。不同形態的砷毒性表現為As3+>As5+>MMA>DMA>AsS>AsC>AsB[2-3]。

由于不同化合物中的砷元素表現的毒性不一樣，單獨對食品中砷元素總量進行測定已不能真實反映出砷對人體健康的危害程度，同時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，國內各個機構越來越重視食品中砷形態的檢測，砷形態分析也逐漸成為研究的熱點。

1 HPLC-AFS技術概述

目前從分析方法上來講，元素形態和元素總量的分析方法有很大差別，尤其對元素形態的分析方法的檢出能力和穩定性提出了更高的要求。隨著科技的發展，研究者們一直在不斷探索元素形態分析的方法，致力于實現分析方法的高選擇性、高靈敏度和高效率，甚至是實現分析過程的現代化。聯用技術的出現為食品中砷形態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檢測技術相結合，將同一化學元素的多種形態通過高效液相色譜柱分離后，經過儀器接口引入原子熒光檢測器進行檢測，進而實現了元素形態分析的高靈敏度、高準確度及高分析效率。但聯用技術一般造價昂貴，不適于砷形態分析的廣泛應用，而液相-熒光聯用技術以其良好的應用特征，即操作簡單、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成本低而逐漸成為砷形態分析的普遍選擇。

HPLC-AFS技術是一種將痕量元素的不同形態或價態進行分離后再分別檢測的分析技術。將HPLC-AFS用于元素的形態分析的優勢有3點。①待測物不需要衍生化反應即可直接進樣分離，避免了衍生污染及各種元素形態間的重排和相互轉化，使得分析數據更加可靠。②HPLC可以根據所分析元素形態的性質，靈活選擇恰當的色譜體系，其在分離方面具有多樣性。③AFS作為一款我國少數具有自主知識產權的分析儀器之一，AFS以其獨有的特點，在As、Hg等重金屬的檢測上具有顯著優勢，以AFS作為檢測器，能實現較少的化學干擾和光譜干擾，對As、Se、Sb、Hg等具有很高的靈敏度和選擇性，將AFS用于砷的形態分析上，能獲得與ICP-MS（電感耦合等離子體質譜儀）相當的分析性能（靈敏度、精密度和檢出限）。④AFS具有儀器價格和操作費用低、預熱時間短和操作簡便等突出優點。因此，液相色譜和原子熒光聯用儀器的應用具有重大意義。

2 HPLC-AFS的原理

液相-原子熒光形態分析儀是測試砷、汞、硒、銻等元素價態的專用儀器。其原理為：該儀器是由液相色譜分離系統、原子熒光檢測系統以及熒光接口部分（又稱形態預處理單元或形態接口部分）組成。被測元素的不同價態組分存在化學和物理性質的不同，在色譜柱上就體現為保留時間的差異，這是不同價態組分在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態的待測組分及參加生成氣態氫化物（或單原子）反應的其他試劑，經過復雜的流路控制系統帶到相應的反應器中實現最終反應。另外在熒光接口的裝置中內置了一種稱為在線紫外消解的裝置，其功能是將待測物中不能直接發生氫化物反應或反應效率較低的有機價態元素轉化為可進行氫化物反應的無機價態元素[4]。例如，通過在線消解裝置對復雜砷形態化合物進行在線消解轉化，最終實現了對砷甜菜堿（AsB）、四甲基砷離子（MeAs+）、砷膽堿（AsC）以及砷糖等復雜砷化合物的分析。原子熒光檢測系統將被測元素定量轉化為可被檢測的光譜信號，數據處理系統檢測并記錄這些數據，同時進行相應的數據處理。液相原子熒光形態分析儀結構示意圖，見圖1。

3 HPLC-AFS的應用

借助于實驗條件的優化，HPLC-AFS測試As形態的檢出限能和HPLC-ICP-MS測試As形態的檢出限相當[5-6]，基于HPLC-AFS聯用技術的優點，HPLC-AFS聯用技術方案逐漸成為食品中砷形態分析的常用方法[7-9]。不同基質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對蜂蜜進行了分析，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，結合HPLC-AFS對海藻中的無機砷進行了分析，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技術對大蝦、金槍魚、蝦油、大米和菠菜樣品的HNO3（0.15 mol/L）浸提液進行分析，得到海產品中砷形態主要為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為As（III）、二甲基砷（DMA）和As（V）的結論。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品中的砷化合物，用HPLC-AFS聯用技術對As（V）、一甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）和砷甜菜堿（AsB）進行測定，4種化合物的相關系數均大于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技術對4種砷化合物進行測定。4種形態的砷相關系數均大于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-原子熒光光譜法聯用技術，用0.05 mol/L硝酸浸提地龍蛋白粉中的三價砷、五價砷、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，加標回收率在93%～115.7%。黃田富等[16]用HPLC-HG-AFS分析方法測定茶葉中的4種形態砷，在7 min之內實現亞砷酸根、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-水為溶劑提取動物食品中的阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸，經測定，線性相關系數均大于0.999;阿散酸、洛克沙砷、硝苯砷酸檢測低限分別為0.1 mg/kg、0.2 mg/kg、0.2 mg/kg。因此，經過對前處理方法的優化，采用HPLC-AFS對不同食品進行分析都獲得了優異的效果，進一步驗證了HPLC-AFS在食品砷形態分析的性能。

4 展望

目前HPLC-AFS技術在食品砷形態分析中已成為主流的檢測手段。由于食品種類的多樣性，砷形態種類繁多且含量差異大，該技術在食品樣品的檢測過程中也存在一些不足。①需要基于不同基質的食品中砷的形態不同，選擇合適的前處理方法以便于更真實地反映砷在食品中的存在形式。②有機砷的氫化物生成效率相對較低，需要更具效率的在線消解裝置以提高有機砷的靈敏度。相信隨著科技的發展，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用于HPLC-AFS在食品中砷形態的分析。

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