HPLC-AFS法测定水产品中4种砷形态.pdf

基金项目:国家质 量 监 督 检 验 检 疫 总 局 科 技 计 划 项 目(编 号:I K )作者简介:刘正华,男,长沙海关技术中心高级工程师,博士.通信作者:李忠海(),男,中南林业科技大学教授,博士.E m a i l:l i z h c o m收稿日期:改回日期:D O I:/j s p j x 文章编号 ()H P L C A F S法测定水产品中种砷形态D e t e r m i n a t i o no f f o u ra r s e n i cs p e c i e s i na q u a t i cp r o d u c t sb y l i q u i dc h r o m a t o g r a p h y a t o m i c f l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r y刘正华,L I UZ h e n g h u a,李忠海L IZ h o n g h a i(中南林业科技大学食品科学与工程学院,湖南 长沙 ;长沙海关技术中心,湖南 长沙 )(C o l l e g eo fF o o dS c i e n c ea n dE n g i n e e r i n g,C e n t r a lS o u t hU n i v e r s i t yo fF o r e s t r ya n dT e c h n o l o g y,C h a n g s h a,H u n a n ,C h i n a;T e c h n o l o g yC e n t e ro fC h a n g s h aC u s t o m sD i s t r i c t o fP e o p l esR e p u b l i co fC h i n a,C h a n g s h a,H u n a n ,C h i n a)摘要:目的:研究建立水产品中一甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、A s()和A s()的超声辅助提取高效液相色谱原子荧光光谱分析方法.方法:样品采用甲醇水(V甲醇V水)溶液超声提取,mm o l/L磷酸氢二铵溶液(p H)为流动相,经P R P X 阴离子交换柱分离,原子荧光光谱分析方法测定.结果:在优化试验条件下,MMA、DMA、A s()、A s()种砷形态化合物在 g/m L的质量浓度范围内线性关系良好,相关系数均在 以上,检出限分别为,g/L,相对标准偏差为,加标回收率为 .结论:该方法简便,准确度、灵敏度高且试剂耗材费用低,适用于水产品中砷的形态分析.关键词:高效液相色谱原子荧光光谱法(H P L C A F S);水产品;砷;形态分析A b s t r a c t:O b j e c t i v e:F o u ra r s e n i cs p e c i e so fa r s e n i ci na q u a t i cp r o d u c t s w e r e a n a l y z e d u s i n g u l t r a s o n i c a s s i s t e d e x t r a c t i o nc o m b i n e d w i t hh i g hp e r f o r m a n c el i q u i dc h r o m a t o g r a p h y a t o m i cf l u o r e s c e n c es p e c t r o m e t r y(H P L C A F S)M e t h o d s:F o u ra r s e n i cc o m p o u n d sw e r ee x t r a c t e du l t r a s o n i c a l l yf r o mt h es a m p l e su s i n g(v/v)m e t h a n o l a q u e o u ss o l u t i o na se x t r a c t i o ns o l v e n t T h ec h r o m a t o g r a p h i cs e p a r a t i o n w a sp e r f o r m e do n H a m i l t o n P R P X a n i o ne x c h a n g ec o l u m nu s i n ga m i x t u r eo f mm o l/La mm o n i u md i h y d r o g e np h o s p h a t es o l u t i o nw i t ht h ep Ha d j u s t t oa s t h em o b i l ep h a s e R e s u l t s:U n d e r t h eo p t i m i z e dc o n d i t i o n s,t h e r ew e r eg o o d l i n e a r r e l a t i o n s h i p s i nt h er a n g eo f g/Lf o r f o u r a r s e n i c c o m p o u n d s,w i t hc o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t s a l l a b o v e T h el i m i to fd e t e c t i o n(L O D s)o ff o u ra r s e n i cs p e c i e sMMA,DMA,A s(),A s()w e r e,g/Lr e s p e c t i v e l y T h e r e l a t i v e s t a n d a r dd e v i a t i o n sw e r e i n t h e r a n g eo f T h er e c o v e r i e sr a n g e df r o m t o C o n c l u s i o n:T h i sm e t h o d i ss i m p l e,a c c u r a t e,s e n s i t i v e,a n dl o wr e a g e n t c o n s u m p t i o nc o s t s,c a nb eu s e df o rt h ed e t e r m i n a t i o no ft h ea r s e n i cs p e c i e s i na q u a t i cp r o d u c t s K e y w o r d s:h i g h p e r f o r m a n c e l i q u i d c h r o m a t o g r a p h y a t o m i cf l u o r e s c e n c e s p e c t r o m e t r y(H P L C A F S);a q u a t i c p r o d u c t s;a r s e n i c;s p e c i a t i o na n a l y s i s砷(A s)作为常见的有毒有害元素,一直备受人们关注.砷的毒性与砷的形态密切相关,不同形态的砷毒性相差甚远,A s()和A s()毒性大,一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)毒性小,砷胆碱(A s C)和砷甜菜碱(A s B)则被认为没有毒性.由于水产品在养殖过程中易受到砷和其他元素的污染,对水产品中有害重金属进行研究,不但要考虑到有害重金属含量的高低,更重要的是要研究有害重金属存在的形态及其形态的含量,以无机砷与有机砷的不同毒性来综合评价,比用砷的总量来评价砷的毒性更具科学性.高效液相色谱电感耦合等离子体质谱法(H P L C I C P M S)、高效液相色谱原子荧光光谱法(H P L C A F S)等联用技术是元素形态分析较为有效的方法,但H P L C I C P M S法因其仪器价格昂贵、运行费用高,推广应用还存在一定困难.原子荧光光谱(A F S)仪器是中国具有自主知识产权的分析仪器,具有设备简单、灵敏度高、光谱干扰少、试剂耗材成本低等优点,HP L C A F S已被广泛应用于砷、汞、硒等元素形态的检测 .样品F OO D&MA CH I N E R Y第 卷第期 总第 期|年月|前处理是形态分析的关键环节,超声提取具有提取时间短、提取温度低、成本低、操作简单等优点 .研究拟采用超声辅助提取,结合低干扰、高灵敏度的原子荧光检测手段,建立超声辅助提取高效液相色谱原子荧光光谱法联用技术对水产样品中种有毒砷形态的快速分析方法.材料与方法材料与试剂亚砷酸根溶液标准物质(G BW )、砷酸根标准物质(G BW )、一甲基砷酸溶液标准物质(G BW )和二甲基砷酸溶液标准物质(G BW ):中国计量科学研究院;(NH)H P O、HC l、KOH、K B H:优级纯,国药集团化学试剂有限公司;甲醇、甲酸:色谱纯,德国默克尔有限公司;滤膜:m,上海光亚净化材料厂;试验用水为超纯水.仪器与设备原子荧光光度计:A F S 型,北京吉天仪器有限公司;形态分析预处理装置:S A P 型,北京吉天仪器有限公司;超声波清洗器:KM D V型,昆山美美超声仪器有限公司;电子 天 平:C P A D型,德 国 赛 多 利 斯 仪 器 有 限公司;通用台式离心机:S T R型,美国T h e r m o公司;快速混匀器:S K 型,江苏荣华仪器制造有限公司;氮吹仪:N E VA P 型,美国O r g n o m a t i o n公司;超纯水仪:A 型,美国M i l l i p o r e公司.方法液相色谱条件阴离子交换柱为H a m i l t o nP R P X (mm mm,m);流 动 相 为(NH)HP O溶 液(mm o l/L,用 甲 酸 调 节 至p H);流速m L/m i n;进样体积 L;形态分析仪泵速 r/m i n.氢化物发生条件载流 H C l,流速 m L/m i n;还原剂 g/LN a B H溶液(含 N a OH);氧化剂KSO溶液(含 KOH);载气、屏蔽气均为氩气,载气流速 m L/m i n,屏蔽气流速 m L/m i n.原子荧光光谱仪测定条件砷高性能空心阴极灯(北京有色金属研究总院);灯电流 mA;原子化器高度mm;负高压 V;测量方法为标准曲线法.样品前处理称取经粉碎、混合均匀的样品g于 m L离心管中,加入 m L甲醇水(V甲醇V水)溶液,涡旋混匀,超声萃取 m i n,以 r/m i n离心 m i n,取上清液;沉淀再按相同方式提取一次,合并上清液,于 下氮吹浓缩至m L.冷却后加水定容至 m L,过 m水相滤膜后测定.同时做试剂空白.结果与分析色谱条件优化试验考察了,mm o l/L的种不同浓度的(NH)H P O溶液作为流动相对各砷形态分离的影响.结果表明,保留时间随流动相中浓度的增加而减少,虽然在低浓度的流动相可以得到分离很好的色谱峰,但是最后流出的形态A s()由于保留时间过长导致了谱峰展宽.综合考虑保留时间和分离度,选择(NH)H P O的浓度为 mm o l/L.试验以甲酸作为酸度调节剂,考察了p H值在范围内变化时,对各种砷化合物保留时间的影响.结果表明,p H时,A s()和DMA不能完全分离,随着p H值增加,A s()的保留时间增加;p H时,A s()和DMA两 者达 到 基线 完全 分 离;p H 时,DMA和MMA的分离度下降.综合考虑保留时间和分离度,选择(NH)H P O的p H值为.在此分离条件下,m i n内A s()、DMA、MMA和A s()种砷形态得到了较好的分离,保留时间分别为,m i n,见图.氢化物发生条件优化在优化的色谱条件下,使用质量浓度均为 g/L的种砷形态考察了N a B H和HC l浓度对荧光强度的影响,结果见图和图.由图可知,当N a B H质量浓度为 g/L时,种砷形态都可以得到较高的荧光强度 g/LA s(I I I)、DMA、MMA、A s(V)混合溶液图种砷形态混合标准溶液色谱图F i g u r eH P L Cc h r o m a t o g r a mf o ram i x t u r eo f f o u ra r s e n i cs t a n d a r d s|V o l ,N o 刘正华等:H P L C A F S法测定水产品中种砷形态图硼氢化钠质量浓度对荧光强度的影响F i g u r eE f f e c t so fN a B Hc o n c e n t r a t i o no nf l u o r e s c e n c e i n t e n s i t y图HC l体积分数对荧光强度的影响F i g u r eE f f e c t so fHC l c o n c e n t r a t i o no nf l u o r e s c e n c ei n t e n s i t y响应,继续增加N a B H浓度,荧光强度反而下降,可能是低浓度的N a B H导致了还原反应程度受到限制,而高浓度的N a B H会使还原反应产生大量的氢气,会稀释样品气体,使 得 被 测 定 的 氢 化 物 灵 敏 度 下 降.因 此,选 择 g/L的N a B H作为还原剂.由图可知,当HC l体积分数 为时,A s()、DMA、MMA荧光强度达到最大值.尽管HC l体积分数较高时,A s()可以得到更高的荧光强度,但A s()、DMA、MMA形态的荧光强度会随之降低,因此,选择体积分数为的HC l作为载流.有机砷与N a B H发生氢化物反应效率低,需加氧化剂并开启紫外灯,才能将有机砷氧化为无机砷,使DMA、MMA与N a B H发生反应,以提高荧光强度,综合还原剂浓度和仪器参数,试验选择 KSO溶液作为氧化剂.原子荧光测定条件优化光电倍增管负高压的影响用 g/L的A s()优化仪器参数,试验表明,砷的荧光强度随光电倍增管负高压的增大而增强,但噪声也相应增大,由于较低的负高压有助于延长光电倍增管的使用寿命,在灵敏度可以满足测定需求时应尽量选择较低的负高压,故选择负高压为 .空 心 阴 极 灯 灯 电 流 的 影 响用 g/L的A s()优化仪器参数,试验表明,砷的荧光强度随灯电流的增大而增强,考虑到灯的使用寿命及发射谱线的自蚀现象,选择砷空心阴极灯电流为 mA,辅电流 mA.载气流速的影响用 g/L的A s()优化仪器参数,试验表明,载气流速为 m L/m i n时砷的荧光强度基本不变,载气流速从 m L/m i n再增大时荧光强度下降,可能是较大的载气流稀释了火焰中原子蒸气的缘故.因此,选择载气流速为 m L/m i n.原子化器温度的影响考察了不同原子化温度对测定的影响,结 果 表 明,温 度 低 于 无 火 焰 产 生,时荧光强度反而下降.因此,选择原子化器温度为 .样品前处理方法优化提取溶剂的选择砷化合物的提取是形态分析的关键.目前,砷形态分析时常见的提取剂有稀酸提取剂、甲醇水提取剂,根据文献 报道,结合水产样品特点,试 验 主 要 考 察 了 纯 水、磷 酸水(V磷酸V水)、盐酸水(V盐酸V水)和甲醇水(V甲醇V水)种不同体系的提取效果(见图).研究发现,甲醇水(V甲醇V水)对各形态砷的提取率高,均在 以上;低浓度酸体系次之,仅有 左右;水最低,只有 左右.因此,选择甲醇水(V甲醇V水)作为提取溶剂.图提取剂对各形态砷提取率的影响F i g u r eE f f e c t so fd i f f e r e n t r e g e n t so ne x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo f a r s e n i cs p e c i a t i o n提取时间的选择水产品中砷形态的提取方法主要有加速溶剂萃取、超声辅助提取和热浸提,其中超声辅助提取不仅提取率高,而且耗时短,得到广泛的应用.试验采用超声辅助提取方法,考察提取时间(m i n)对提取效果的影响.结果(图)表明,当超声提取时间达到 m i n后,种砷化合物的提取率均能达到 以上,继续增加时间,提取效率提高不大.综合考虑,选择提取时间为 m i n.安全与检测S A F E T Y&I N S P E C T I ON总第 期|年月|图提取时间对各形态砷提取率的影响F i g u r eE f f e c t so f e x t r a c t t i m eo ne x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo f a r s e n i cs p e c i a t i o n方法学评价线性关系与检出限配制,g/L的系列砷化合物混合标准溶液,在优化的分离、检测条件下进行线性回归试验,回归方程及相关系 数见表.种砷化合物在 g/L的质量浓度范表标准曲线回归方程、相关系数及检出限T a b l eS t a n d a r dc u r v er e g r e s s i o ne q u a t i o n,c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t a n dd e t e c t i o nl i m i t砷形态浓度范围/(gL)线性方程相关系数检出限/(gL)D MA Y X MMA Y X A s()Y X A s()Y X 围内呈良好的线性关系,相关系数均在 以上.检出限(以倍信噪比计)分别为,g/L.回收率和精密度在小龙虾和大闸蟹中加入低、中、高种浓度的砷混合标准溶液,按样品处理方法测定,平均回收率为 ,相对标准偏差(R S D)为,见表.样品分析分别选取常见出入境水产品带鱼、大虾、梭子蟹、白蚌进行砷形态分析,结果见表.表加标回收率和精密度试验结果T a b l eT h er e s u l t so fp r e c i s i o na n dr e c o v e r yt e s t s(n)砷形态小龙虾本底值/(gg)添加水平/(gg)平均测定值/(gg)平均回收率/R S D/大闸蟹本底值/(gg)添加水平/(gg)平均测定值/(gg)平均回收率/R S D/DMAN D N D MMAN D A s()A s()N D 表样品砷形态测定结果T a b l eD e t e r m i n a t i o nr e s u l t so f s a m p l e sg/g样品DMAMMAA s()A s()带鱼N DN DN DN D大虾 N DN D梭子蟹 N D N D白蚌N DN D 结论建立了水产样品中水产品中一甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、A s()和A s()种砷形态的超声提取高效液相色谱原子荧光光谱分析方法,优化了分离条件,使种砷形态在 m i n内得以分离.该方法能快速分析水产品中种砷形态,具有前处理方法简单、设备价格低廉等优点,适用于大批量进出境水产品样本中砷形态分析.|V o l ,N o 刘正华等:H P L C A F S法测定水产品中种砷形态参考文献1 刘成新,肖志明,贾铮,等.液相色谱氢化物发生原子荧光光谱法测定饲料中砷的形态J.分析化学,2018,46(4):537542.LIU C X,XIAO Z M,JIA Z,et al.Quantitative determination ofarsenic speciesinfeedusingliquidchromatographyhydridegeneration atomic fluorescence spectrometryJ.Chinese Journal ofAnalytical Chemistry,2018,46(4):537542.2 林洪.水产品安全性M.北京:中国轻工业出版社,2010:5152.LIN H.Seafoods safetyM.Beijing:China Light Industry Press,2010:5152.3 谭婷婷,王瑛,滕久委,等.微波辅助提取高效液相电感耦合等离子体质谱法测定生米与熟米中各形态砷的含量J.食品与机械,2016,32(6):7376.TAN T T,WANG Y,TENG J W,et al.Comparation volumes of thedifferent arsenic species between raw and cooked rice using AEHPLCICPMSJ.Food&Machinery,2016,32(6):7376.4 王林裴,郑亚哲,彭新然.HPLCICPMS 法测定水产动物及其制品中 5 种砷形态的含量J.食品与机械,2017,33(11):6165.WANG L P,ZHENG Y Z,PENG X R.Determination of five arsenicspecies in aquatic animals and their products by high performanceliquidchromatographyandinductivelycoupledplasmamassspectrometryJ.Food&Machinery,2017,33(11):6165.5 胥佳佳,冯鑫,汤静,等.超声辅助提取高效液相色谱电感耦合等离子体质谱法测定香菇中 6 种形态砷化合物J.食品科学,2016,37(24):216221.XU J J,FENG X,TANG J,et al.Arsenic speciation analysis oflentinus edodes by ultrasonicassisted extractionhigh performanceliquidchromatographyinductivelycoupledplasmamassspectrometryJ.Food Science,2016,37(24):216221.6 陈练,马莎莎,易伦朝,等.砷的不同形态在石菖蒲中的分布J.食品与机械,2017,33(4):2326.CHEN L,MA S S,YI L Z,et al.Distribution research of arsenicsspeciation in acori tatarinowiiJ.Food&Machinery,2017,33(4):2326.7 GONZALVEZ A,LLORENS A,CERVERA M L,et al.Nonchromatographic speciation of inorganic arsenic in mushrooms byhydride generation atomic fluorescence spectrometry J.FoodChemistry,2009,115(1):360364.8 HUERGA A,LAVILLA I,BENDICHO C.Speciation of theimmediately mobilisable As(),As(),MMA and DMA in riversediments by high performance liquid chromatographyhydridegenerationatomic fluorescence spectrometry following ultrasonicextractionJ.Analytica Chimica Acta,2005,534(1):121128.9 樊祥,张润何,刘博,等.高效液相色谱原子荧光光谱法测定水产品中不同形态汞含量J.食品安全质量检测学报,2017,8(1):7681.FAN X,ZHANG R H,LIU B,et al.Determination the content ofmercury in different speciations in aquatic products by highperformanceliquidchromatographyatomicfluorescencespectrometryJ.Journal of Food Safety and Quality,2017,8(1):7681.10 王素芬,陈芳,王鹏,等.HPLCHGAFS 联用技术检测蜂花粉中砷形态J.食品科学,2013,34(12):189193.WANG S F,CHEN F,WANG P,et al.Determination of fourarsenic speciesinbeepollenbyhighperformanceliquidchromatographyhydridegenerationatomicfluorescencespectrometryJ.Food Science,2013,34(12):189193.11 王亚,张春华,葛滢,等.高效液相色谱氢化物发生原子荧光光谱法检测紫菜中的砷形态J.分析试验室,2013,32(5):3438.WANG Y,ZHANG C H,GE Y,et al.Determination of arsenicspeciation in porphyra tenera using HPLC(UV)HGAFS J.Chinese Journal of Analysis Laboratory,2013,32(5):3438.12 林凯,姜杰,黎雪慧,等.水产品中不同形态汞的高效液相色谱原子荧光光谱分析研究J.中国食品卫生杂志,2014,26(1):5862.LIN K,JIANG J,LI X H,et al.Approach for mercury speciesanalysis in aquatic products by HPLCAFSJ.Chinese Journal ofFood Hygiene,2014,26(1):5862.13 王铁良,张会芳,魏亮亮,等.高效液相色谱氢化物发生原子荧光光谱联用技术测定富硒大米中的 5 种硒形态J.食品安全质量检测学报,2017,8(6):2 1852 190.WANG T L,ZHANG H F,WEI L L,et al.Determination of 5kinds of selenium species in rice by high performance liquidchromatographyhydridegenerationatomicfluorescencespectrometryJ.Journal of Food Safety and Quality,2017,8(6):2 1852 190.14 王增焕,王许诺,柯常亮,等.基于原子光谱法的元素形态分析技术进展J.光谱学与光谱分析,2013,33(12):3 3773 382.WANG Z H,WANG X N,KE C L,et al.The progress inspeciation analysis of trace elements by atomic spectrometryJ.Spectroscopy and Spectral Analysis,2013,33(12):3 3773 382.15 周朗君,古君平,施文庄.食品中重金属元素形态分析前处理与检测研 究 进 展 J.食 品 安 全 质 量 检 测 学 报,2014,5(5):1 2611 269.ZHOU L J,GU J P,SHI W Z.Research progress of samplepreparation and analysis techniques on speciation analysis ofheavy metals in foodJ.Journal of Food Safety and Quality,2014,5(5):1 2611 269.安全与检测S A F E T Y&I N S P E C T I ON总第 期|年月|