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嘉峪檢測網 2016-05-24 00:08
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關鍵詞：砷 形態分析
中圖分類號： 文獻標識碼：A
砷在自然界中的豐度排在第十二位。在自然界中砷多以化合物形態存在，且分布分散。砷在工業、農業及有色金屬合金生產中都有廣泛的應用。砷容易在人體內積累，可造成急性或慢性中毒，可致畸、致突變、致癌[1]。因此，防止砷污染已經引起人們的充分重視。砷的毒性與它的化學形態有關，不同價態、形態的砷，其毒性差別很大。砷結合的有機基團越多，其毒性越小[2]。無機砷毒性最大，甲基砷（MMA）、二甲基砷（DMA）毒性較弱，而砷甜菜堿（AsB）、砷膽堿（AsC）幾乎無毒性。因此，采用高靈敏的分析方法測定環境中各種砷的形態及含量非常必要。
1 樣品前處理方法
隨著砷形態分析要求的提高，樣品的前處理技術也越來越受到重視。一般情況下，理想的砷形態前處理方法要求：既要有良好的回收率又要保持砷在樣品中的原始形態[3]。常用的提取方法有溶劑萃取、固相萃取、超聲萃取、微波輔助萃取等。
1.1 溶劑萃取
樣品中砷化合物的提取方法多采用溶劑萃取。用溶劑做萃取劑，經過3-5次的反復萃取，常用振搖、超聲、離心等方法輔助萃取。按照提取液的不同可以分為水提取、酶提取、甲醇-水提取、氯仿-甲醇-水提取以及Tris-HCl提取等。Demesmay[4]利用HCl-HNO3、H3PO4和草酸銨作為萃取劑萃取沉積物中的砷化合物，其有機砷的萃取效率達到96%以上。Larsen[5]首次在食用蘑菇中發現了三甲基氧化胂的存在并用甲醇-水進行了定量萃取。然而各種傳統萃取方法有很多不足，比如萃取時間長、萃取效率低等。
1.2 固相萃取
固相萃取（SPE）是一種常用的樣品前處理方法，SPE與傳統的溶劑萃取相比，具有消耗有毒有機試劑少，可選擇的吸附劑多而且高效，無相分離操作，易于收集分析組分等優點。Szostek[6]采用固相微萃取/GC-MS聯用技術測定2-氯乙烯胂酰酸，回收率大于90%
1.3 微波輔助萃取
微波輔助萃?。∕AE）技術是在微波消解的基礎上優化改進而來的，它能夠選擇性的將樣品中的目標組分以其初始形態的形式萃取出來。它具有回收率高和溶劑消耗少的優點。Ackley[7]建立微波輔助萃取HPLC- ICP-MS的方法，測定魚中6種砷的含量，該方法萃取時間較短，回收率可達100%。Yehl[8]以HCl-丙酮為萃取劑，160℃下萃取土壤和沉積物中一甲基胂酸。由于機械震蕩和傳統的超聲水浴震蕩方式提取效率較低且費時較長，所以微波輔助萃取提取方式被大量應用于砷形態分析中。當使用MAE與探針式超聲系統相結合時，其提取率最高，MMA、DMA和AsB的回收率接近100%，As（III）和As（V）的回收率在80%以上[9]。
1.4 微波輔助萃取
除了上述前處理方法以外，加速溶劑萃?。ˋSE）也被應用于不同形態砷化合物的提取。Mato-Fernandez[10]等認為采用ASE儀萃取多種魚中不同形態的砷化物時，在最優條件下以75%甲醇提取效果最好。
2 不同形態的砷的分離方法
樣品中的砷被提取后，常常需要把不同形態的砷進行分離，然后檢測。常用的分離方法有：氫化物發生、液相色譜、離子交換色譜、毛細管電泳、氣相色譜、超臨界流體色譜等，這些方法通常與檢測儀器聯用。
2.1 氫化物發生
氫化物發生（HG）進樣是改善分析方法靈敏度的最簡易、最方便的方法之一。在酸性介質中砷與NaBH4形成砷化氫，由于各種砷化氫的沸點不同，可以用冷阱氫化物發生和氣相色譜來區分。Yehl[8]等使用HG測定了土壤提取液中的有機砷形態。
氫化物發生技術的檢出限可以通過與原子熒光光譜法聯用（AFS）而得到改善。趙秋香[11]等建立HG-AFS法測定土壤中的形態，結果表明HCl做浸提劑效果最好，浸提效率可達86%，測得As（III）和As（V）的回收率分別可達104%和92%。作為一種有效的試樣引入方法，氫化物發生與常規的液體試樣霧化方法相比，一般可以提高靈敏度10-100倍，同時通過氫化物發生過程，僅僅是氣體氫化物被引入到檢測器中，這使得在檢測系統中所遇到的光譜干擾和化學干擾大大降低。
氫化物發生與電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）聯用檢測有機砷形態，具有較好的接口裝置，較高靈敏度、低檢測限以及能更好的將被分析物傳送到ICP-MS等優點。
2.2 液相色譜
液相色譜（HPLC）是一種具有高效、高靈敏度的分離手段，尤其適用于熱穩定性差、分子量大、極性強的物質分離。特別是ICP-MS作為HPLC的檢測器，跟蹤被測元素在各形態中的信號變化，使得色譜圖變得簡單，消除了基體干擾，有助于元素形態的確認和定量分析。方軍等[12]建立高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS）聯用技術測定中藥中砷的形態，以甲醇和水為溶劑超聲提取，測定As（III）、DMA、MMA、As（V）的回收率分別為92.8%、108%、104%、101%。HPLC具有高度樣品預處理能力，不需要復雜的萃取和衍生步驟，比較適合于非揮發性物質的分離，與氣相色譜儀（GC）相比有更多的操作參數可以選擇，可以獲得良好的分離效果。
2.3 離子交換色譜
離子交換色譜（IEC）分離過程基于帶電溶質離子與固定相的相反電荷的交換平衡，離子的保留依賴于流動相的pH值、離子強度和離子交換劑的性質[13]。其優點是在分析過程中不會導致形態發生變化，所有的檢測在柱后完成[14]。WEI Chao [15]等用陰離子交換柱和陽離子交換柱，分別以吡啶-甲酸溶液和NH4HCO3-NH4OH為流動相分離了30種海洋食物中的砷形態。Ackley[7]等用離子交換色譜-ICP-MS檢測了3種魚肉組織中的砷形態。 2.4 毛細管電泳
毛細管電泳（CE）分離效率高，抗干擾性強，操作條件溫和。CE常用紫外（UV）檢測器。砷化合物紫外吸收小，導致此方法檢出限很難滿足待測樣品中痕量砷的測定，因此可以通過毛細管電泳與其他技術聯用的方法，提高CE在砷形態分析中的靈敏度。侯晉[16]等采用磷酸溶液作溶劑、微波輔助消解樣品、毛細管電泳法進行分離、紫外吸收/二極管陣列檢測器檢測，獲得較高的檢出限。Yeh[17]應用CE-ICP-MS對6種常見的砷化物進行檢測，檢出限為0.3-0.5ng/mL。在聯用技術方面，CE與ICP-MS聯用技術檢出限低，分離分析效果好，但是價格昂貴。CE與AFS聯用比與質譜聯用經濟，它綜合CE快速有效的分離能力和AFS的高靈敏度檢測能力，可能成為今后砷形態分析的新趨勢。Yin[18]將在線預富集技術與CE-HG-AFS聯用，測定4種常見砷化物，檢出限達5.0-9.3?g/L。
2.5 氣相色譜以及超臨界流體色譜
氣相色譜（GC）主要利用物質的沸點、極性及吸附性的差異來實現分離，一般氣相色譜常與質譜聯用，在測定熱穩定性和熱揮發的樣品中，GC-MS分析速度快，靈敏，準確。Mester[19]用巰基乙酸甲酯對砷化物進行衍生，然后用GC-MS測定人尿中的DMA和MMA，檢測限為0.8?g/L。然而GC只適用于易揮發或中等揮發的有機金屬化合物的分離，并且分離之前的衍生化步驟會使分離過程復雜化。超臨界流體色譜（SFC）兼有氣相色譜和液相色譜的特點，它既可以分析不適用于GC的高沸點、低揮發性樣品，又比HPLC有更快的分析速度。Laintz[20]等采用超臨界色譜，先將As（V）預還原，然后用雙（三氟乙基）二硫代胺基甲酸鋰萃取，無機砷的檢測限為87.5?g/L。
3 檢測方法
常用的檢測方法有：原子吸收光譜法、原子熒光光譜法、原子發射光譜法、電感耦合等離子體質譜法等。在進行砷的形態分析時，這些檢測方法常常與前述分離方法聯用。
3.1 原子吸收光譜法
原子吸收光譜法（AAS）是基于蒸汽中待測元素的基態原子對其共振輻射的吸收強度來測定試樣中該元素含量的一種儀器分析方法。原子吸收光譜法靈敏度高、選擇性好、適應性廣、操作簡單。Lamble[21]建立HPLC-HG-AAS檢測生物樣品中5種砷形態，檢出限為0.5-5.9?g/L。火焰原子吸收光譜法（FAAS）與高效液相色譜聯用檢測砷的形態分析，該方法具有光譜干擾少、特效性好、適用性廣、操作簡便等優點，成為近年來形態分析中廣泛應用的技術之一。Ricci[22]等采用陰離子色譜，經石墨爐原子吸收測定5種化合物As（III）、As（V）、甲基砷酸、二甲基砷酸、對氨基苯砷酸。歐陽津等[23]建立了一種色譜分離-紫外線消解-氫化物原子吸收光譜法測定甲基胂酸（MMA）、二甲基胂酸（DMA）、胂三甲胺內酯（AsB）、胂膽堿（AsC）、三甲基氧化胂（TMAO）和四甲基砷（TMAs～+）等6種有機砷化合物的方法，回收率均在90%以上。
3.2 原子熒光光譜法
原子熒光光譜法（AFS）具有高靈敏度，校正曲線線性范圍寬等特點。楊莉麗[24]等建立氫化物發生-原子熒光光譜法測定中草藥方劑原生藥、殘渣、懸浮態及可溶態中三價及五價砷的方法，加入硝酸與過氧化氫的混合液進行消解，氫化物發生-原子熒光光譜法測定樣品中微量砷的形態分布，方法檢出限為89.1ng/L。該法的檢出限低，精密度高，待測元素與試樣基體分離，避免了可能因基體組分而產生的干擾。此外， HPLC與AFS的聯用也常用于砷的形態分析。Mester[25]運用HPLC-超聲霧化-AFS分離測定水樣品中As（III）、As（V）、二甲胂酸、甲胂酸4種化合物。
3.3 原子發射光譜法
原子發射光譜法（AES）是利用物質在熱激發或者電激發下，不同元素的原子或離子發射出特征光譜來進行元素的定性與定量分析的方法。其中ICP-AES具有元素特效性、動態范圍寬、多元素檢測、溶液連續進樣和易于實現不同元素不同形態的檢測等優點[26]。采用HPLC-ICP -AES聯用的方法測定生物樣品中亞砷酸鹽、砷酸鹽、甲胂酸、二甲砷酸，檢測限達到60ng/mL[27]。Do[28]建立HPLC-HG-ICP-AES聯用技術，以乙腈為流動相測定尿樣中的四種形態砷含量。
3.4 電感耦合等離子體質譜法
電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）具有靈敏度高、速度快、檢出限低、線性范圍寬等優點。HPLC-ICP-MS將等離子質譜儀和色譜儀聯用，是目前研究元素形態最重要的技術，檢出限可達到ng-pg級，低于其他連用技術，靈敏度比其他分離測定技術高100-1000倍[29]。郝春莉[30]等采用HPLC-ICP-MS法對6種砷形態進行了分離，方法檢出限均為0.2?g/L，并采用甲醇-水超聲法提取了15種藥材中的砷形態。呂超[31]等采用HPLC-ICP-MS聯用技術建立了5種砷形態的分析方法，采用超聲溶劑提取法對水產類膳食樣品進行處理，結果表明5種砷化物的檢出限為0.6-0.9?g/L，RSD均小于5%。然而，ICP-MS作為HPLC的檢測器想要在常規分析中獲得廣泛應用，必須大大減少這種儀器目前較高的操作費用。
4 小結
砷為有毒元素，但是砷的毒性依賴于其化學形態，不同形態的砷，其毒性差別很大，因此，確定其形態對于研究生物體和環境體系具有重要意義?，F有的分離與檢測技術很多，但各有缺點，將分離技術與檢測技術相結合，可以有效的進行各種砷的形態分析。
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來源：AnyTesting
