砷的形态分析技术

砷的形态分析技术

摘要:砷的毒性与其形态有着直接的关系，对砷的形态的进行分析十分必要。本文阐述对不同含砷的环境样品中的形态，包括砷的分离技术与检测技术以及其联用技术。同时，对砷的形态分析技术的发展进行了展望。

关键词：砷，形态分析，联用技术

0 引言

砷是自然界中常见的有毒致癌性元素之一，其原子序数为33。砷的生物毒性不仅与其含量有关，更大程度上还与其存在形态有关。不同形态的砷化合物性质往往不同，毒性差异很大。因此在评价环境、食品安全时只检测总砷量而不探明其形态是不科学的，砷形态分析是现代生命分析化学的一个重要研究课题。

常见的砷化合物有：亚砷酸(As(Ⅲ) )、砷酸( As(Ⅴ) )、一甲基砷酸( MMA )、二甲基砷酸(DMA)、砷甜菜碱和砷胆碱，此外还有砷糖、砷酯类化合物等。其中，无机砷的毒性大于有机砷，砷与有机基团结合越多，毒性越小。它们的毒性排序为：As(Ⅲ) > As(Ⅴ) > MMA > DMA，而砷胆碱和砷甜菜碱普遍认为是无毒的。

由于砷的毒性、致癌性、迁移性质和生物效应均取决于它的化学形态，并且各砷形态随着所处环境的不同处于动态互变之中，所以测定总砷含量无法准确表示出砷的暴露水平及砷对环境、生态的影响。因此，对砷的各种存在形态分别进行分析测定十分必要。所谓砷的形态分析是指分离、富集、鉴定和测定各种砷化合物的分析方法。对环境样品中的砷含量进行细致的分析，不同化合价态和化合物质进行检测，计量出其在样品中的所占比例。

1 样品前处理技术

环境样品中有多种不同形态的砷化合物, 由于基体复杂、含量低，一般的检测器难以同时进行识别，所以需要在样品分析之前对不同形态砷化合物进行有效的分离。目前对于砷的分离方法主要有氢化物发生法(HG)、色谱法、毛细管电泳法(CE)、溶剂萃取法、离子交换法等。

1.1 氢化物发生法(HG)

氢化物发生法是利用As(Ⅲ)容易生成易挥发的AsH3来测定As(Ⅲ)的含量，它可以大大降低基体的背景干扰，该法在砷形态分离中应用较多。近年来，常将

氢化物发生法与原子吸收光谱、原子荧光光谱、色谱联用进行砷的形态分析。

武铄，虞锐鹏等采用液相色谱－氢化物发生原子荧光LC—HG/AFS联用技术测定了啤酒中砷的形态。该实验优化了氢化物发生的实验条件，当以10％的盐酸为载流3.5％的KBH4为还原剂，流量为500mL/min的氩气作为载气时，取得了较好的信号强度。

顾婕，施伟华等以20 g /L的K2S2 O8溶液作氧化剂，紫外催化氧化消解，可使有机砷完全转化为无机态的As(V)，并在10%的盐酸载流、20 g / L KBH4 + 5 g/ L KOH、溶液为还原剂的条件下，实现了氢化发生原子荧光检测。

1.2 色谱法

色谱法是通过调节缓冲溶液的pH值使不同形态的砷化物带若干数目的电荷，然后采用不同的色谱方法进行分离，是可以同时分离无机与有机砷化物的方法。该法是目前砷形态分析中应用最为广泛的分离方法，源于其操作简单快捷而且可以和检测技术联用实现在线分析等优点。

在砷的形态分析中，液相色谱相比于气相色谱更具优势。因为其一样品不需衍生，经过简单的处理就可以投入使用；其二，液相色谱可以选择较多的固定相和流动相作为分离介质，可根据所分析形态的性质选择适当的色谱体系。目前是分离能力强、重视性高的高效液相色谱( HPLC) 应用最为广泛。

顾婕，施伟华等用IC Anion PW阴离子交换色谱分离As(Ⅲ) ，As(Ⅴ) ，MMA和DMA，在pH6.0，1mmol/L KH2PO4、15 mmol/L KH2PO4作流动相，梯度洗脱条件下实现了4种砷形态的分离。

1.3 毛细管电泳法(CE)

自上世纪80年代以来，毛细管电泳法(CE)快速发展并成为应用范围十分广泛的一种分离技术。电泳和色谱技术的双重优点, 以毛细管为分离通道, 以高压直流电场为驱动力, 以样品的多种特性( 电荷大小、等电点、极性、亲和行为、各组分之间淌度、相分配特性等)为依据的液相分离分析技术，因而CE具有分辨率高、速度快，柱效很高等特点。对同一元素的不同形态, 只要有结构或电荷上的差别, 即可用CE 进行分离。但是CE的检测器灵敏度有些欠缺, 对常用的UV检测器，由于各砷化物的吸收系数小，其检出限仅为mg/L水平，这对于只有ug/L浓度的实际血样、尿样和环境样品来说是远不够的。因此一定程度上限制了其在形态分析中的应用。但是人们通过衍生化，使CE与HG-ICP-MS、HG-ICP-AES或与激光诱导荧光检测器( LIF)联用，使CE在形态分析中的灵敏度得以提高。

张景红，李红玉等建立一种中药复杂体系中砷形态的分离分析方法, 确定雄黄炮制液中砷的形态种类和含量。该实验以常规炮制雄黄为对照, 采用毛细管电

泳法测定了3种雄黄微生物炮制液中(As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMAV和DMAV的含量, 其优化条件为：BGE：PDC /10mmol/L和CTAOH/1mmol/L。在电压25 kV, 温度25℃, pH 11.0, 紫外检测波长设定在216nm的分离条件下，实现了雄黄炮制液中4种形态砷的完全分离。

侯晋等在不同pH值的缓冲溶液中，用毛细管电泳法进行化妆品中砷的形态分析，测定波长为197 nm采用磷酸盐缓冲溶液，化妆品中As(Ⅲ)二甲基胂(DMA)对氨苯基胂酸(ANA)一甲基胂(MMA)和As(Ⅲ)等5种形态的砷可通过毛细管电泳法得到有效分离。

1.4 溶剂萃取法

溶剂萃取法是利用不同形态的砷对某种溶剂的亲和力不同而达到分离的方法。该方法对不同的砷化物需要更换溶剂，虽操作繁杂，且只能分离少数砷形态，但对设备要求低。吴军姜平等方法采用快速溶剂萃取(ASE)、超声溶剂提取( SON) 和盐酸浸提(HCl)3种不同的前处理方法在亚砷酸钠高、中、低剂量组大鼠肝脏中,提取组织中的砷形态，结果快速溶剂萃取法提取大鼠肝脏砷形态提取效率最高, 超声溶剂提取效率次之, 盐酸浸提法提取效果最差，但都具有较好的分离效果。初步建立了As(Ⅲ)、二甲基砷酸( DMA) 2种砷形态的萃取分离分析方法。

1.5 离子交换法

离子交换法早期曾被认为是形态分离较好的方法之一，由于价格便宜、操作简单、选择性好，至今在砷形态分离中仍有研究者使用。杨莉丽等用717型阴离子交换树脂分离水中的As(III)和As(V)，对树脂的吸附能力及其选择性进行研究，不仅优化了分离体系，还结合氢化物原子荧光光谱法进行检测，同时建立了水样中不同价态砷的分离测定方法。唐艳梅，黎其万等采用适合酸度结合超声提取无机砷，732#、717#离子交换树脂对4种砷直接进行了成功分离，其中运用碘化钾在酸性条件下将As(Ⅴ)还原成As(Ⅲ)，有效实现无机砷与有机砷的分离，改善了原来用树脂无法分离As(Ⅴ)与一甲基砷酸(MMA)。

2检测技术

对于分离后的各种形态的砷，需要使用检测仪器测定各形态砷在样品中的含量。早期多用光度法来测定砷，近些年来随着高效检测技术的发展，现在常用的检测技术包括吸光光度法、原子吸收光谱法(AAS)、原子发射光谱法(AES)、原子荧光光谱法(AFS)、电感耦合等离子体发射光谱法(IC P－AES)、电感耦合等离子体质谱法(IC P－MS)等。这些方法根据元素特征进行检测,具有高选择性、强抗干扰能力等优点，常用于环境样品、生物样品或人体中砷化合物的测定。