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嘉峪檢測網(wǎng) 2024-11-05 16:16
砷是普遍存在的環(huán)境污染元素。砷進(jìn)入土壤后，一部分隨雨水進(jìn)入地表水或者地下水，另一部分被植物吸收，通過食物鏈危害人體健康。《全國土壤污染調(diào)查公報》顯示，砷是污染我國耕地土壤的主要重金屬元素之一，且不同地區(qū)分布差異明顯（7.99~33.2µg·g−1），說明我國土壤砷污染形勢不容小覷。砷主要有6種存在形態(tài)，其毒性截然不同。其中，有機(jī)砷幾乎無毒或具有較小毒性，而無機(jī)砷中亞砷酸根 [As（Ⅲ）]和砷酸根 [As（V）]均是已知致癌物。砷形態(tài)很大程度決定了其在土壤中的毒性、生物有效性及遷移性。因此，測定土壤總砷已無法全面、深入地評價砷的危害性，明確土壤中砷形態(tài)才能更準(zhǔn)確地了解其毒性以及在土壤中的遷移轉(zhuǎn)換規(guī)律。
目前，砷形態(tài)檢測方法主要有高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法、離子色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法和高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法（HPLC-ICP-MS）。HPLC-ICP-MS具有高靈敏度和寬線性范圍的特性，能夠滿足低含量砷形態(tài)樣品的檢測要求，但是存在土壤提取步驟繁瑣、砷形態(tài)種類覆蓋不全、分析時間較長等問題。因此，本文在以往的研究基礎(chǔ)上，通過快速、簡單的超聲水浴法高效提取土壤中6種砷形態(tài)，并采用HPLC-ICP-MS測定提取液中砷形態(tài)的含量，以期為評估砷制劑使用對生態(tài)環(huán)境的影響提供高效、可靠的技術(shù)支撐。
1、 試驗方法
土壤樣品經(jīng)自然風(fēng)干，過200目篩，于 60℃烘4h。稱取土壤樣品加入體積比1∶1的磷酸和抗壞血酸的混合溶液，于常溫、100W條件下超聲6h，用水將提取液定容，用0.22μm聚醚砜膜過濾，濾液用HPLC-ICP-MS測定。同時進(jìn)行空白試驗。
2、 結(jié)果與討論
2.1 色譜柱的選擇
目前砷形態(tài)分析常采用Hamilton PRP-X100色譜柱或 Dionex IonPac AS7色譜柱（記作“AS7 色譜柱”），6種砷形態(tài)的分離時間分別為10min 和8min，分析周期較長，不利于大批量樣本分析。因此，試驗對色譜柱進(jìn)行了優(yōu)化。以Dioncx IonPac AG7 色譜柱（記作“AG7 色譜柱”）作分析柱時，由于柱長較短，且填料與AS7色譜柱的相似，6種砷形態(tài)的分離時間僅為5min。試驗進(jìn)一步采用AS7和AG7色譜柱作固定相且均以AG7色譜柱為保護(hù)柱，按照試驗方法對5.0μg·L−1的加標(biāo)土壤樣品平行測定 6次，采用雙因素方差分析（置信度 95%）比較兩種色譜柱下 6種砷形態(tài)的測定結(jié)果，結(jié)果見圖1。
由圖1可知，兩種色譜柱下6種砷形態(tài)的測定值基本一致，沒有顯著性差異，說明AG7色譜柱作分析柱時，和AS7色譜柱一樣能夠準(zhǔn)確地分析6種砷形態(tài)含量。從節(jié)約時間等角度考慮，試驗選擇兩根AG7色譜柱分別作分析柱和保護(hù)柱對6種砷形態(tài)進(jìn)行分離。
2.2 流動相和流量的選擇
流動相B中碳酸銨濃度越大，保留時間靠后的砷形態(tài)出峰越快，當(dāng)流動相B中碳酸銨濃度為100mmol·L−1時，6種砷形態(tài)的峰形均較好。結(jié)合文獻(xiàn)的研究結(jié)果，試驗選擇采用100mmol·L−1碳酸銨溶液作流動相B。
試驗比較了流動相流量分別為1.0，1.3，1.6mL·min−1時對各砷形態(tài)分離效果的影響。結(jié)果顯示，以上流量下6種砷形態(tài)基本都能分開，其中較難分離的砷形態(tài) As（Ⅲ）和DMA的分離度分別為1.9，1.7，1.2。綜合考慮分離度和保留時間，試驗選擇的流動相流量為1.3mL·min−1。
在優(yōu)化的色譜條件下，10µg·L−1混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的色譜圖見圖2。
2.3 抗壞血酸濃度的選擇
本文選擇抗壞血酸作抗氧化劑，用于防止As（Ⅲ）在提取過程中轉(zhuǎn)化成As（V），并對抗壞血酸溶液的濃度進(jìn)行了優(yōu)化。以含As（Ⅲ）和As（V）以及抗壞血酸濃度分別為0，0.2，0.5，0.8mol·L−1的 1.6mol·L−1磷酸溶液作為待測溶液，超聲提取6h，定容后按照儀器工作條件測定，考察了抗壞血酸濃度對 As（Ⅲ）和As（V）測定值及其比值（R，單位%）的影響，結(jié)果見圖3。其中“0*”代表未經(jīng)過超聲的對比組，其他步驟同抗壞血酸濃度為0的試驗組。
由圖3可知：當(dāng)以不含抗壞血酸的提取劑超聲處理時，As（Ⅲ）幾乎完全轉(zhuǎn)化成 As（V）；當(dāng)抗壞血 酸 濃 度 在0.2~0.8mol·L−1時，R趨于穩(wěn)定且接近0* 組的。為節(jié)省試劑和確定最優(yōu)抗壞血酸濃度，試驗進(jìn)一步考察了抗壞血酸濃度分別為 0.2，0.5mol·L−1時對加標(biāo)樣品 [As（Ⅲ）和As（V）的加標(biāo)量均為5µg·L−1] 中As（Ⅲ）和As（V）回收率的影響，結(jié)果見圖4。
由圖4可知：采用0.2mol·L−1抗壞血酸超聲處理加標(biāo)樣品時，As（Ⅲ）的回收率低于80.0%；而以0.5mol·L−1 抗壞血酸超聲處理加標(biāo)樣品時，As（Ⅲ）和As（V）的回收率都在95.0%以上。因此，試驗采用0.5mol·L−1抗壞血酸協(xié)同超聲處理樣品。
2.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限
按照儀器工作條件測定混合標(biāo)準(zhǔn)溶液系列，以6種砷形態(tài)的質(zhì)量濃度為橫坐標(biāo)，其對應(yīng)的峰面積為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，所得線性參數(shù)見表1。
以3倍信噪比（S/N）計算檢出限（3S/N），結(jié)果見表1。
表1 線性參數(shù)和檢出限
由表1可知，6種砷形態(tài)的檢出限為0.010~ 0.050 µg·L−1。
2. 5 精密度和回收試驗
按照試驗方法對土壤樣品進(jìn)行3個濃度水平的加標(biāo)回收試驗，每個濃度水平平行測定6次，計算回收率和測定值的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD），結(jié)果見表2。
表2 精密度和回收試驗結(jié)果（n=6）
由表2可知，6種砷形態(tài)的回收率為92.0%~ 110%，測定值的RSD均小于5.0%，能夠滿足土壤中6種砷形態(tài)準(zhǔn)確測定的要求。
2.6 方法對比
文獻(xiàn)以Dionex IonPac AS7色譜柱為分析柱，6種砷形態(tài)在8min內(nèi)完成分離，檢出限為0.05~0.15µg·L−1。文獻(xiàn)以 Hamilton PRP-X100色譜柱為分析柱，以 0.8mol·L−1磷酸溶液在常溫條件下超聲提取6h，提取率為98.12%，6種砷形態(tài)在 17.5min 內(nèi)完成分離，檢出限為0.08~ 0.09µg·L−1，但是提取過程中As（Ⅲ）全部轉(zhuǎn)化成As（V）。相比上述文獻(xiàn)報道的土壤中砷形態(tài)的分析方法，本工作在磷酸溶液中添加了抗壞血酸，能夠防止As（Ⅲ）在提取過程中轉(zhuǎn)化成 As（V），且提取方法簡便、提取率高、分離時間短（5.0min）、檢出限低（0.010~0.050µg·L− 1）。
2.7 樣品分析
按照試驗方法分析土壤樣品Y1~Y6，結(jié)果顯示：6個樣品中 As（Ⅲ）的測定值分別為0.11，0.09，0.12，0.15，0.13，0.07µg·g−1，As（V）的測定值分別為 4.86，4.15，3.46，6.72，3.44，8.61µg·g−1，而AsB、DMA、AsC和 MMA均未檢出。
3、 論文結(jié)論
本文采用HPLC-ICP-MS測定土壤中6種砷形態(tài)的含量，方法具有分離時間短、靈敏度高、準(zhǔn)確度好等特點(diǎn)，適用于土壤樣本中砷形態(tài)的快速測定。
作者：楊麗婷1，2，隆星星2，3，王艷萍4，郭懷蘭2，3，張垚2，3
單位：1. 湖北醫(yī)藥學(xué)院 生物醫(yī)藥研究院；
2. 湖北醫(yī)藥學(xué)院 南水北調(diào)水源地環(huán)境與健康研究中心；
3. 湖北醫(yī)藥學(xué)院 公共衛(wèi)生與健康學(xué)院；
4. 賽默飛世爾科技（中國）應(yīng)用中心
來源：《理化檢驗-化學(xué)分冊》2024年第8期
來源：理化檢驗化學(xué)分冊
