周 楠，袁琛凱，蔣林惠，石 敏，楊 俊

南通市食品藥品監(jiān)督檢驗(yàn)中心 (南通 226000)

砷污染隨著農(nóng)藥生產(chǎn)工業(yè)、染料制造工業(yè)以及金屬冶煉業(yè)排廢進(jìn)入環(huán)境水體中，對污染水域的生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重影響，并通過水域中水產(chǎn)生物食物鏈富集，最終危害人類健康。砷(As) 主要存在形式分為無機(jī)砷和有機(jī)砷。無機(jī)砷包括：三硫化二砷(As2S3)、五硫化二砷(As2S5)、三氧化二砷(As2O3)或亞砷酸鹽(AsⅢ)、砷酸鹽(AsⅤ)，有機(jī)砷包括：甲基砷和二甲基砷酸、砷甜菜堿等等。水體中無機(jī)砷部分會通過水產(chǎn)動(dòng)物代謝會轉(zhuǎn)化成砷甜菜堿和砷膽堿、砷糖、砷脂類化合物等，另外部分無機(jī)砷會被水產(chǎn)動(dòng)植物富集體內(nèi)。無機(jī)砷被國際癌癥機(jī)構(gòu)確認(rèn)為I類致癌物，而甲基砷、 砷甜菜堿、砷膽堿等化合物通常毒性較小。因此對水體及水產(chǎn)品中進(jìn)行總砷含量測定，并不能很好的分析評估其安全性，無機(jī)砷檢測及其檢測方法的進(jìn)展研究就顯得尤為必要。

1 無機(jī)砷及其他砷化合物的提取方式

水體基質(zhì)相對簡單，一般無需去蛋白除脂肪等繁瑣復(fù)雜前處理過程，而水產(chǎn)品含有大量的脂肪、蛋白質(zhì)、無機(jī)鹽等成分，無機(jī)砷的提取方式比環(huán)境水樣要復(fù)雜很多，溶劑萃取是最常用的提取方法，常用的提取劑為酸溶液、有機(jī)溶劑及酸溶液、鹽溶液或氧化還原試劑的混合溶液。單純的溶劑萃取存在提取時(shí)間長、效率低等問題，結(jié)合超聲、微波等輔助萃取方式可以提高砷化合物的提取效率，縮短提取時(shí)間。劉海濤等[1]采用1%HCl∶10%H2O2溶液提取海帶、海蠣、帶魚等水產(chǎn)動(dòng)植物體內(nèi)的無機(jī)砷，通過加標(biāo)回收試驗(yàn)，回收率在85%～105%之間。10%H2O2的加入可以提高萃取效率，同時(shí)將水產(chǎn)品中三價(jià)砷氧化成五價(jià)砷，無機(jī)砷統(tǒng)統(tǒng)為五價(jià)砷，避免了色譜分離時(shí)三價(jià)砷色譜峰與有機(jī)砷色譜峰重合干擾問題，提高了檢驗(yàn)效率和準(zhǔn)確度。Slejkovec[2]等用 9∶1 甲醇水溶液對4種魚中砷形態(tài)分析發(fā)現(xiàn)，鯉魚和鯰魚提取率相對較低，鱈魚和鮭魚的提取效果較好。Ciardullo[3]等用甲醇∶水(1∶1)為提取劑對多種魚肉中砷形態(tài)提取時(shí)提取效率可達(dá)到 64%～89%呂超等利用與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相近pH值的乙酸溶液體系可以將樣品中砷的各種形態(tài)物完全提取出來。表1列舉了部分具有代表性的無機(jī)砷、及其他形態(tài)物的提取方式和提取效率。

表1 部分水產(chǎn)品中不同砷形態(tài)物的提取方式和提取效率

2 無機(jī)砷的富集與分離方法

將無機(jī)砷及其他砷化合物從樣品中提取出來是前處理過程的首要步驟，而如何將提取液中無機(jī)砷的富集并與其他砷化合物分離是前處理的關(guān)鍵。無機(jī)砷的富集方式主要包括液-液萃取法[13-16]、 固相萃取法[17-20]。除了傳統(tǒng)無機(jī)砷的富集方式外，近年來分子(離子)印跡聚合物、納米材料、修飾石墨烯等新材料在無機(jī)砷的富集方面逐漸展露頭角。本文重點(diǎn)介紹幾種新型材料在無機(jī)砷富集方面的應(yīng)用。

印跡聚合物是一種特異性識別吸附材料。當(dāng)模板分子與聚合物單體接觸時(shí)通過共價(jià)鍵、非共價(jià)鍵、配體交換作用，形成具有多重作用位點(diǎn)的復(fù)合物，經(jīng)單體聚合并除去模板分子后，聚合物中的空穴與模板分子空間構(gòu)型相匹配且能與模板分子再次形成多重作用位點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)物高效富集。Jinadasa等[21]以亞甲基亞砷酸鈉為模板，以1-乙烯基咪唑?yàn)楣δ軉误w，以二乙烯基苯為交聯(lián)劑，以2,2’-偶氮二異丁腈為引發(fā)劑合成選擇性吸附劑，用于富集多種魚類中AsⅢ、AsⅤ；而有機(jī)砷化合物(主要是砷甜菜堿)(海鮮產(chǎn)品中的主要有機(jī)砷化合物)未與吸附劑相互作用，該方法給出了AsⅢ、AsⅤ的定量限，分別為1.05和1.31 μg/kg，并且具有良好的精密度。該團(tuán)隊(duì)[22]還制備了離子印跡材料量子點(diǎn)材料，基于涂覆(3-氨基丙基)三乙氧基硅烷和AsⅢ離子印跡聚合物的Mn摻雜ZnS量子點(diǎn)(IIP @ ZnS：Mn QDs)[13]；可確保無機(jī)砷(AsⅢ和AsⅤ)均可與離子印跡聚合物中的識別腔相互作用。驗(yàn)證試驗(yàn)表明，該復(fù)合材料對無機(jī)砷物質(zhì)具有高選擇性。無機(jī)總砷的定量限為29.6 μg/kg，且所提出的方法簡單，回收率高，分析時(shí)間短，靈敏度高，精度高(日間相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于10%)；該法已成功用于評估幾種水產(chǎn)品中的總無機(jī)砷，且與高效液相色譜聯(lián)用電感耦合等離子體質(zhì)譜法等方法對比結(jié)果吻合良好。

納米材料是指以納米尺度范圍作為基本單元構(gòu)成的材料，具有小尺寸效應(yīng)、體積效應(yīng)、量子效應(yīng)等獨(dú)特的理化性質(zhì)，其具有較大的比表面積而顯示出優(yōu)良的吸附性能，在樣品目標(biāo)物提取方面有著很廣泛的應(yīng)用范圍[23]。各種納米材料主要包括二氧化鈦納米顆粒、鈦酸納米管、聚乙烯亞胺：在水體環(huán)境及水體中各種生物樣品中無機(jī)砷富集分離已經(jīng)有了廣泛應(yīng)用。方蘭云[24]等利用納米二氧化鈦在不同pH值溶液中對AsⅢ、AsⅤ吸附能力的差異，調(diào)節(jié)溶液pH值，可實(shí)現(xiàn)AsⅢ、AsⅤ的分離測定，建立新穎、準(zhǔn)確、可靠的無機(jī)砷的形態(tài)分析方法。牛紅云[25]采用水熱法合成了不同尺寸和比表面積的鈦酸納米管(TNs)，研究了它們對無機(jī)砷的吸附能力。結(jié)果表明，TNs對砷的吸附可在8 h 內(nèi)快速達(dá)到平衡，對五價(jià)砷和三價(jià)砷的最大吸附容量分別為60 mg/g和208 mg/g，可以很好的富集水體中三價(jià)砷和五價(jià)砷。Zhou[26]等成功地合成了磁性納米材料Fe @聚乙烯亞胺(Fe @ PEI)，并將其用作有效的吸附材料，用于進(jìn)行水體中AsⅢ和AsⅤ磁性固相萃取(MSPE)。Hilal Ahmad[27]等水熱合成硫化鎘納米顆粒(CdS NPs)在20 s內(nèi)完全吸附了初始濃度為100 μg/L的兩種無機(jī)砷；該方法AsⅢ和AsⅤ檢出限分別為(0.5±0.2) ng/L和(0.8±0.2) ng/L。通過分析標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)(SRM)可以確認(rèn)該方法針對系統(tǒng)誤差和恒定誤差的準(zhǔn)確性(回收率> 95%，RSD≤5%)；該方法已成功用于水產(chǎn)生物樣品中無機(jī)砷的測定。

氧化石墨烯具有巨大的比表面積和眾多的活性含氧基團(tuán)，可以作為新型固相萃取吸附材料,被用于有機(jī)小分子、生物大分子及重金屬離子的吸附。孫妍[28]研究了功能化的氧化石墨烯β-FeOOH去除無機(jī)砷及痕量砷分離富集，考察了該復(fù)合材料對無機(jī)砷AsⅢ和AsⅤ的吸附行為,對AsⅢ和AsⅤ的吸附容量分別為77.5 mg/g和45.7 mg/g。在較寬的pH范圍內(nèi)，所制備的β-FeOOH@GO-COOH復(fù)合材料對AsⅢ和AsⅤ均有較好的吸附能力，吸附效率可達(dá)100%。對泉水和湖水中的痕量砷進(jìn)行加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，結(jié)果令人滿意。

3 水樣及水產(chǎn)品中無機(jī)砷的檢測

80年代我國曾制定了海產(chǎn)食品中無機(jī)砷的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)。樣品在鹽酸溶液中，經(jīng)70 ℃水浴加熱后，無機(jī)砷以氯化物的形式被提取,經(jīng)還原劑還原為三價(jià)砷，然后與鋅粒和酸產(chǎn)生的新生態(tài)氫生成砷化氫,銀鹽溶液吸收后，形成紅色膠態(tài)與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量，此方法靈敏度較低[29]。

原子吸收光譜法測定砷的原理[30-31]是通過砷離子經(jīng)火焰或石墨爐等手段后實(shí)現(xiàn)原子化, 砷基態(tài)原子蒸氣對特征輻射有所吸收, 根據(jù)其吸收量進(jìn)行定量分析。但原子吸收光譜法在砷的檢測仍局限性：由于砷的最佳光譜在紫外區(qū)，采用火焰原子吸收光譜法(FAAS)檢測砷會存在嚴(yán)重的光譜干擾；而石墨爐原子吸收光譜法(GF-AAS)需要程序升溫才能實(shí)現(xiàn)元素的原子化，無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)性檢測[23]。

氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法是目前測定無機(jī)砷是最為常見的檢測方法之一。樣品在鹽酸水浴條件下，使無機(jī)砷溶出，加入硫脲將五價(jià)砷還原為三價(jià)砷，再加入硼氫化鉀還原生成砷化氫， 由氬氣載入石英原子化器中分解為原子態(tài)砷， 在特制砷空心陰極燈的發(fā)射光激發(fā)下產(chǎn)生原子熒光， 其熒光強(qiáng)度在固定條件下與被測液中的砷濃度成正比，具有測定靈敏度高、共存干擾少和連續(xù)分析等優(yōu)點(diǎn)[29]。但氫化物發(fā)生反應(yīng)選擇性強(qiáng)，僅三價(jià)砷能與還原劑硼氫化物反應(yīng)形成砷化氫， 而五價(jià)砷定量檢測需先將其還原到三價(jià)砷，再與還原劑反應(yīng)形成砷化氫，這樣對前處理過程及還原反應(yīng)條件提出較高要求，這局限了此方法的發(fā)展。但其可與高效液相色譜聯(lián)用(HPLC)，以期用色譜柱分離樣品中不同形態(tài)的砷，且HG-AFS設(shè)備采購和使用成本較低，目前該方法應(yīng)用較為廣泛。該方法的水產(chǎn)動(dòng)物無機(jī)砷檢出限為0.03 mg/kg，定量限為0.08 mg/kg。 Van Elteren 等[32]采用基于選擇性共沉淀技術(shù)與HPLC- HG- AFS 聯(lián)用，使礦物水中 AsⅢ和 AsⅤ的檢出限達(dá) 0.05 μg/L。尚德榮[33]等通過實(shí)驗(yàn)優(yōu)化了提取劑、提取時(shí)間及其儀器條件，建立了HPLC-HG-AFS聯(lián)用技術(shù)檢測海藻中無機(jī)砷含量的方法，用1.2 mol/L HCl在70 ℃水浴下提取1 h，用過氧化氫(H2O2)氧化；pH 6.0的15 mmol/L (NH4)2HPO4溶液為流動(dòng)相，HPLC-HG-AFS上機(jī)分析。樣品加標(biāo)量在0.10 mg/kg和1.00 mg/kg時(shí)的平均回收率均在92%以上，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均低于4%，方法精密度較高，該方法對于海藻中無機(jī)砷的檢測低限為0.06 mg/kg。

電感耦合等離子體質(zhì)譜法是將樣品溶液以氣溶膠形態(tài)引入高頻等離子體中，砷在高溫下電離成離子，產(chǎn)生的離子經(jīng)過離子光學(xué)透鏡聚焦后進(jìn)人四極桿質(zhì)譜分析器按照荷質(zhì)比分離，通過其質(zhì)譜信號強(qiáng)度進(jìn)行定量分析，其準(zhǔn)確度高，靈敏度高，且可與液相色譜法、毛細(xì)管電泳法等聯(lián)用。GB 5009.11—2014中無機(jī)砷檢測第二法采用液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法通過0.15 mol/L的硝酸溶液作為提取液，以磷酸緩沖液為流動(dòng)相，以陰離子交換色譜柱為分析柱，通過液相色譜將各種砷形態(tài)分離，再通過ICP-MS檢測，該方法的水產(chǎn)動(dòng)物無機(jī)砷檢出限為0.02 mg/kg，定量限為0.06 mg/kg。林立[34]等建立優(yōu)化了樣品提取過程和色譜分離條件，樣品經(jīng)過10%磷酸溶液(v/v)提取，由陰離子交換色譜柱分離，ICP-MS測定其中三價(jià)砷AsⅢ和五價(jià)砷AsⅤ的含量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明水產(chǎn)動(dòng)物中AsⅢ和AsⅤ的檢出限分別達(dá)到5.0 μg/kg和8.0 μg/kg。易峰[35]等采用C18反相色譜柱為分析柱，用LC-ICP-MS測定水產(chǎn)品中無機(jī)砷，可以縮短各形態(tài)砷出峰時(shí)間，且出峰分離效果較好，回收率及相對偏差均符合實(shí)驗(yàn)要求。ICP-MS還可與毛細(xì)管電泳(CE)法聯(lián)用[36]用于水樣中砷的形態(tài)分析，檢測結(jié)果HPLC-ICP-MS法比對，檢測過程快速，結(jié)果準(zhǔn)確穩(wěn)定。Yan[37]等人建立了在線流動(dòng)注射結(jié)合在線反應(yīng)器-電感耦合等離子質(zhì)譜聯(lián)用富集分離水中三價(jià)砷和五價(jià)砷，該方法測定水中無機(jī)砷的檢出限為0.029 μg/L，單次測定時(shí)間僅需要200 s。

4 結(jié)論

砷形態(tài)化合物種類繁多，并且毒性差異大。其中毒性最強(qiáng)的無機(jī)砷在水體及水產(chǎn)體內(nèi)往往含量較低，這給水體及水產(chǎn)品中無機(jī)砷的準(zhǔn)確測定帶來了一定的難度。通過對水體及水產(chǎn)品中砷形態(tài)化合物測定技術(shù)進(jìn)展的研究，本文總結(jié)論無機(jī)砷分離檢測的發(fā)展的幾個(gè)方向：

(1) 樣品中無機(jī)砷提取方式：通過優(yōu)化溶劑種類及濃度、輔助提取方式、提高無機(jī)砷的提取效率。

(2) 選擇合適無機(jī)砷富集、分離方式：采用新材料(如離子印跡、修飾納米材料等)特異性富集砷，從而有效的將無機(jī)砷從各種砷形態(tài)化合物中分離出來。

(3) 選擇合適檢測儀器：根據(jù)前處理方案，選擇不同的檢測儀器方案，優(yōu)化儀器使用條件，以提高檢測靈敏度，降低背景干擾，提高檢驗(yàn)效率及準(zhǔn)確度。