砷是普遍存在的環境污染元素。砷進入土壤后，一部分隨雨水進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，其毒性截然不同。其中，有機砷幾乎無毒或具有較小毒性，而無機砷中亞砷酸根 [As（Ⅲ）]和砷酸根 [As（V）]均是已知致癌物。砷形態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，明確土壤中砷形態才能更準確地了解其毒性以及在土壤中的遷移轉換規律。

     目前，砷形態檢測方法主要有高效液相色譜-氫化物發生-原子熒光光譜法、電感耦合等離子體原子發射光譜法、離子色譜-電感耦合等離子體質譜法和高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法（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樣品的檢測要求，但是存在土壤提取步驟繁瑣、砷形態種類覆蓋不全、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，并采用HPLC-ICP-MS測定提取液中砷形態的含量，以期為評估砷制劑使用對生態環境的影響提供高效、可靠的技術支撐。

1、 試驗方法

     土壤樣品經自然風干，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。同時進行空白試驗。

2、 結果與討論

2.1 色譜柱的選擇

     目前砷形態分析常采用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，試驗對色譜柱進行了優化。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種砷形態的分離時間僅為5min。試驗進一步采用AS7和AG7色譜柱作固定相且均以AG7色譜柱為保護柱，按照試驗方法對5.0μg·L−1的加標土壤樣品平行測定 6次，采用雙因素方差分析（置信度 95%）比較兩種色譜柱下 6種砷形態的測定結果，結果見圖1。

     由圖1可知，兩種色譜柱下6種砷形態的測定值基本一致，沒有顯著性差異，說明AG7色譜柱作分析柱時，和AS7色譜柱一樣能夠準確地分析6種砷形態含量。從節約時間等角度考慮，試驗選擇兩根AG7色譜柱分別作分析柱和保護柱對6種砷形態進行分離。

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出峰越快，當流動相B中碳酸銨濃度為100mmol·L−1時，6種砷形態的峰形均較好。結合文獻的研究結果，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時對各砷形態分離效果的影響。結果顯示，以上流量下6種砷形態基本都能分開，其中較難分離的砷形態 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。

     在優化的色譜條件下，10µg·L−1混合標準溶液的色譜圖見圖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）在提取過程中轉化成As（V），并對抗壞血酸溶液的濃度進行了優化。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，結果見圖3。其中“0*”代表未經過超聲的對比組，其他步驟同抗壞血酸濃度為0的試驗組。

     由圖3可知：當以不含抗壞血酸的提取劑超聲處理時，As（Ⅲ）幾乎完全轉化成 As（V）；當抗壞血 酸 濃 度 在0.2~0.8mol·L−1時，R趨于穩定且接近0* 組的。為節省試劑和確定最優抗壞血酸濃度，試驗進一步考察了抗壞血酸濃度分別為 0.2，0.5mol·L−1時對加標樣品 [As（Ⅲ）和As（V）的加標量均為5µg·L−1] 中As（Ⅲ）和As（V）回收率的影響，結果見圖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抗壞血酸協同超聲處理樣品。

2.4 標準曲線和檢出限

     按照儀器工作條件測定混合標準溶液系列，以6種砷形態的質量濃度為橫坐標，其對應的峰面積為縱坐標繪制標準曲線，所得線性參數見表1。

    以3倍信噪比（S/N）計算檢出限（3S/N），結果見表1。

表1 線性參數和檢出限

     由表1可知，6種砷形態的檢出限為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行3個濃度水平的加標回收試驗，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準偏差（RSD），結果見表2。

表2 精密度和回收試驗結果（n=6）

     由表2可知，6種砷形態的回收率為92.0%~ 110%，測定值的RSD均小于5.0%，能夠滿足土壤中6種砷形態準確測定的要求。

2.6 方法對比

     文獻以Dionex IonPac AS7色譜柱為分析柱，6種砷形態在8min內完成分離，檢出限為0.05~0.15µg·L−1。文獻以 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種砷形態在 17.5min 內完成分離，檢出限為0.08~ 0.09µg·L−1，但是提取過程中As（Ⅲ）全部轉化成As（V）。相比上述文獻報道的土壤中砷形態的分析方法，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、 論文結論

     本文采用HPLC-ICP-MS測定土壤中6種砷形態的含量，方法具有分離時間短、靈敏度高、準確度好等特點，適用于土壤樣本中砷形態的快速測定。

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. 湖北醫藥學院 生物醫藥研究院；

2. 湖北醫藥學院 南水北調水源地環境與健康研究中心；

3. 湖北醫藥學院 公共衛生與健康學院；

4. 賽默飛世爾科技（中國）應用中心

來源：《理化檢驗-化學分冊》2024年第8期