砷离子印迹固相萃取技术在海产品中无机砷含量测定中的应用.pdf

CEREAL&FOODINDUSTRYVol.30,2023,No.4粮食与食品工业Cereal and Food Industry标准与检测砷离子印迹固相萃取技术在海产品中无机砷含量测定中的应用周楠，平文卉，管彬彬1.*，石1.南通市食品药品监督检验中心2.南通市疾病预防与控制中心摘要：本试验建立了砷离子印迹一电感耦合质谱法（ICP-MS)测定海产中无机砷含量的方法，研究了砷离子印迹聚合物的最佳吸附条件及吸附性能，并从标准曲线线性相关性、检出限、回收率和精密度考察方法的可行性。结果表明：该方法在0 2 0 0 ng/mL浓度范围内线性良好，线性相关系数为1.0，该方法的检出限为在0.2 5g/kg，回收率范围92.6%110.6%，测量精密度为4.4%9.5%。该方法灵敏度高，重现性好，适用于水产品中无机砷定量检测。关键词：水产品；离子印迹；电感耦合等离子质谱法；无机砷中图分类号：TS201Application of arsenic ion imprinting solid phase extractionin the detection of inorganic arsenic in seafood敏，周易枚1（南通226000)（南通2226000)文献标识码：A文章编号：16 7 2-50 2 6(2 0 2 3)0 4-0 6 8-0 3Zhou Nan,Ping Wenhui?,Guan Binbin,*,Shi Min,Zhou Yimeil1.Nantong Municipal Center for Food and Drug Supervision and Inspection(Nantong 226000)2.Nantong Municipal Center for Disease Control and Prevention(Nantong 226000,)Abstract:In this experiment,a method for the determination of inorganic arsenic in seafoodby arsenic ion imprinting inductively coupled mass spectrometry(ICP-MS)was established.The optimal adsorption conditions and performance of arsenic ion imprinted polymers were stud-ied.The feasibility of the method was evaluated from the linear correlation of standard curves,detection limits,recovery rates,and precision.The results show that the method has a good line-arity within the concentration range of 0-200 ng/mL,with a linear correlation coefficient of 1.0,and a detection limit of 0.25 g/kg for this method,the recovery range is 92.6%to 110.6%,and themeasurement precision is 4.4%to 9.5%.The method has high sensitivity and good reproducibili-ty,and is suitable for the quantitative detection of inorganic arsenic in aquatic products.Key words:marine products;ion imprinting;inductively coupled plasma mass spectrometry;inorganic arsenic水体砷污染已经在许多国家和地区起环境方面收稿日期：2 0 2 3-0 3-0 9基金项目：江苏省南通市科技项目（JC2021075;JC2021072）。作者简介：周楠，女，198 8 年出生，工程师，主要从事食品安全研究检验工作。*通讯作者：管彬彬，女，198 9年出生，高级工程师，主要从事食品及化妆品质量检验工作。68的权威部门的重视，我国的砷污染状况也不容乐观1-3 。农药生产工业、染料制造工业以及金属冶炼业排废进入河流及海洋，对污染水域的生态环境造成严重影响，并通过水域中水产生物食物链富集，粮食与食品工业Cereal and Food Industry造成水产品的砷污染4-5，食用被污染水产品后，引起砷中毒，诱发多种癌症甚至导致死亡6-8 。砷（As）主要存在形式分为无机砷和有机砷，水体中无机砷污染物包括亚砷酸盐（）、砷酸盐（V），在水体中无机砷少部分会通过水产动物代谢会转化成砷脂类化合物、砷甜菜碱等，另外部分无机砷会被水产动植物富集体内。无机砷被国际癌症机构确认为I类致癌物，毒害性大，对人体健康造成严重威胁，而砷脂类化合物及生甜菜碱通常毒性较小9-11。因此对水体及水产品中进行总砷含量测定，并不能很好的分析评估其安全性，食品安全国家标准食品中污染物限量GB2762一2 0 2 2 中规定了水产动物的无机砷含量限值12 ，无机砷含量测定方法的研究就显得尤为必要。本试验新建立了一种测定无机砷含量的新方法，将水产品中的无机砷全部还原至As（I I I)，通过离子印迹材料填充成固相萃取柱分离富集样品中As(II),并用ICPM S进行测定。该方法回收率高，重现性好，且离子印迹固相萃取柱可反复多次使用，操作简单，具有很好的应用前景。1材料与方法1.1试剂与仪器盐酸、氢氧化钠、过硫酸铵，均为优级纯，国药集团；硝酸，优级纯，默克试剂公司；硫脲、乙醇、正已烷，均为分析纯，国药集团；三价砷溶液(10 0 5g/mL)、五价砷溶液（995 g/mL）,I n o r g a n i c Ve n t u r e s 公司；层析硅胶，优级纯，罗恩试剂公司；（甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPS）、-甲基丙烯酸（M A A）、亚砷酸钠，均为分析纯，北京化工厂；乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA），分析纯，阿达玛斯试剂公司；实验用水均为超纯水。Agilent7800型电感耦合等离子质谱仪，美国Agilent公司；MIKRO220R型离心机，德国Het-tich公司；Multiwave5000型微波消解仪，奥地利AntonPaar公司;HH1型数显恒温水浴锅，常州国华仪器公司；DZF6 0 50 型真空干燥箱，上海岛韩仪器公司。1.2方法1.2.1砷离子印迹聚合物的制备及固相萃取柱的填充制备根据文献方法13 ，取硅胶于7 0 中在1：1盐酸中活化12 h。称取10 g活化硅胶超声分散于已Vol.30,2023,No.4加-（甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷（MPS)的乙醇溶液中，将该体系置于50 恒温体系中。待反应12 h后，将溶液中产物（MPS-SiO,）经抽滤后真空干燥。取5gMPSSiO z 加人MAA（-甲基丙烯酸)水溶液中，通氮气以排出容器中的空气，不断搅拌，使MPSSiO 2 与水溶液充分混合，加人引发剂过硫酸铵，在7 0 且氮气的保护下进行接枝聚合反应2 4h。所得产物使用无水乙醇索氏提取24h，所得PMAA/SiO,（聚合甲基丙烯酸硅胶）真空干燥。取适量硝酸铁与PMAA/SiO，充分混合并用去离子水润湿，水浴蒸干，并在110 下供干，将硝酸铁负载到PMAA/SiO2上。而后与浓度为10 0 mg/L的亚砷酸钠溶液混合，调节pH至5，恒温振荡2 4h，并吸附模板离子达到饱和。分离吸附饱和的产物，以乙醇溶液为溶剂，调节pH至6,在与乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA），于7 0 磁力搅拌交联8 h。交联产物用去离子水反复洗涤，并用洗脱液HC1作为洗脱液洗脱模板离子，并对溶液中砷离子浓度进行测定，直至上清液中不存在为止，再用去离子水将聚合物反复洗涤，直至洗涤产物的滤液呈中性为止，真空干燥，研磨成粉，所得产物即为离子印迹聚合物（IP）。称取60mg离子印迹聚合物粉末，装入配置筛板的空柱套装中，均匀填充压实。1.2.2吸附pH值影响试验分别取2 0 0 ng/mLAs(III)溶液10 mL9份于50mL离心管中，分别调节pH210，称取6 0 mg离子印迹聚合物粉末，振荡10 min，离心后，测量溶液中As(III)的浓度。1.2.3干扰离子影响试验选取Cu2+、C d 2+、Pb 2+作为竞争金属离子对离子印迹聚合物的选择性识别性进行试验，溶液中每种离子浓度为2 0 0 ng/mL,As(III)的初始浓度也为200ng/mL，调节溶液pH至最佳吸附条件，加人离子印迹聚合物粉末6 0 mg，振荡10 min后离心，检测上清液中As(III)浓度，计算聚合物对As(III)回收率。1.2.4砷离子印迹聚合物固相萃取柱重复利用试验取6 0 mg离子印迹聚合物粉末填充成固相萃取柱，纯水活化后，取10 mL200ng/mLAs(III)溶液上样，纯水淋洗后，10 mL1mol/L的HCl洗脱，收集洗脱液，检测洗脱液中As（I I I)浓度，计算As69标准与检测(III)回收率。用纯水活化上述填充柱，重复上述步骤，计算回收率。记录重复使用次数与回收率。1.2.5样品中无机砷含量的测定称取约1.0 g水产动物湿样，置于50 mL塑料离心管中，加人2 0 mL0.15mol/L硝酸溶液，放置过夜。于9 0 恒温箱中热浸提2.5h，每0.5h振摇1min。提取完毕，取出冷却至室温，8 0 0 0 r/min离心15min，上层清液置于离心管中，用0.5mol/L氢氧化钠调节pH至7，8 0 0 0 r/min离心5min,取上层清液加人10 mL正已烷，振摇1min后，8000r/min离心15min，弃取上层正已烷，按此过程重复1次（去除样品中的油脂），向下层清液中加入2 mL硫脲（10%）溶液（将样品溶液中无机砷全部还原至三价砷AsO2-），混匀，6 0 水浴中放置30min，酸碱液调节pH至6。将6 0 mgIIP聚合物填充成柱，用纯水活化，将上述制得清液缓慢过柱，用2 0 mL纯水淋洗，10 mL1mol/L盐酸进行洗脱，收集洗脱液，洗脱液中加人5mL硝酸，消解完全后赶酸，将消化液转移至2 5mL容量瓶中定容至刻度,待 ICP-MS测定。1.2.6样品加标试验称取9 份1.0 g空白样品，进行三水平加标(50g/kg，2 0 0 g/kg，40 0 g/kg），每个加标浓度平行加标测定3 次（n=3）。2结果与讨论2.1pH值对吸附效果的影响溶液的pH值是影响吸附效果的重要因素14。本文研究了不同pH条件下，离子印迹聚合物（IIP)粉末对As(（I I I)的吸附率。从图1可以看出随着pH增加,IIP对于As(III)的吸附率先增长后降低的趋势。在pH为6 时达到As（I I I)吸附率达到90%以上，随后随着pH升高As(III)吸附率逐步降低，因此选择pH值6 为IP聚合物吸附条件。2.2其他离子对于As(III)离子印迹聚合物吸附影响试验考查了聚合物在其他干扰离子 Cu(II)、C d(II)、Pb(I I)存在条件下，对As(III)吸附效果的影响，同时也考查了As(III)离子印迹聚合物吸附特异性。As(III)在离子印迹聚合物上吸附率为9 3%，Cu(II)为 5.0%,Cd(II)为 2.3%,Pb(II)为 7.0%,证明了砷离子印迹聚合物在其他离子存在的下对周楠等：砷离子印迹固相萃取技术在海产品中无机砷含量测定中的应用1009080%/率州70F60F504012345678910pH值图1pH值对离子印迹聚合物吸附As(III)的影响As(III)的吸附不受影响，且吸附存在特异性，这主要由于As(III)离子印迹聚合物以AsO,-为模板离子，当pH为6 时，溶液中As（I)存在形式为AsO,-13,由于印迹聚合物分子中孔位与AsO,2-尺寸相符，且存在共价键及非共价键等作用力。10080F%/*州6040200Cu(II)图2 砷离子印迹柱对于 Cu(II)、Cd(I I）、Pb(I I)、A s(III)的富集效果2.3重复使用次数对As(III)在IIP离子印迹固相萃取柱上回收率影响将吸附过的As(III)的IIP离子印迹柱用HCl重新再生，重新上样、淋洗、洗脱，取洗脱液溶液用ICP-MS进行As(III)测定，计算As(III)回收率，重复10 次。由图3 可知，当IIP印迹柱使用2 次、4次、6 次、8 次、10 次后，As（I I I）回收率分别为95%、92%、8 7%，8 5%、8 2%，随着重复使用次数的增加,IIP印迹固相萃取柱回收率逐步下降，当重复使用10 次后，回收率仍在8 2%以上，说明IIP印迹聚合物是结构与性能稳定，离子印迹材料孔位与AsO,-之间作用力稳定，重复使用性好。使用10次后离子印迹材料对于As(III)的吸附量根据吸附浓度和回收率计算为2 7.3 mg/kg。Cd(II)Pb(II)As(II)70粮食与食品工业Cereal and Food Industry100r80F%/率期60402002图3 砷离子印迹柱使用次数对吸附率的影响2.4电感耦合等离子质谱仪测定As(III)离子线性方程、线性范围及检出限ICP-MS测As元素的标准曲线为y=0.028X-6.17410-5,相关系数R=1.0000,检出限(DL）=0.0 0 9 9 3 3 n g/m L。以1.0 g样品取样量，定容体积2 5mL计，离子印迹-ICP-MS测砷检出限为0.2 5g/kg。电感耦合等离子质谱仪测定砷元素标准曲线数据见表1。无机碑样品名称本底值/（g/kg）加标量/（g/kg）测定值/（g/kg）鲳鱼加标162.7鲳鱼加标262.7鲳鱼加标362.73结论本试验通过离子印迹材料对AsO,-的特异性吸附，将样品中的无机砷从复杂的样品基质中分离并富集，避免了液相色谱一原子荧光法不同形态化合物在色谱分析中色谱峰漂移或分离度较小导致的定性困难及样品中部分杂质引人造成色谱柱污染、柱效降低等问题。本方法可应用于海产品中无机砷含量的定量分析，具有准确度高、稳定性好等优点，具有很好的应用前景。Vol.30,2023,No.4表1电感耦合等离子质谱仪测定砷元素标准曲线数据As浓度Ge 内标响应值试验号/(ng/mL)1022310420550610046循环使用次数/次表2 加标鱼无机砷回收率和精密度无机砷无机砷118501091112682002482514804004494501 陈琴琴中国砷污染排放清单研究D南京：南京大学，2 0 13.2张玉玺，向小平，张英，等，云南阳宗海砷的分布与来源J.环境科学，2 0 12，3 3（11）：3 7 6 8-3 7 7 7.3吴万富，徐艳，史德强，等我国河流湖泊砷污染现状及除砷技术研究进展J.环境科学与技术，2 0 15，3 8(S1):190-197.4包稚群，丘克强关于我国砷污染现状与治理砷建议J云南冶金，2 0 19，48(3)：6 0-6 4.5张靖佳，单世平我国砷污染现状及生物修复技术的应用与展望J农业网络信息，2 0 16，（11）：6 46 7.71As响应值/CPS1.331 246.876 001.9811 934.4928 894.0458 506.30810/CPS21 491.8820 805.2621 010.0721 241.5520 757.4120 836.41715082002.5样品加标回收试验称取市售鱼3 份，每份1g，分别加五价砷50 g/kg,200g/kg,400 g/kg。每个加标水平3平行样，测定其无机砷含量，测得加标样品无机砷含量减去鱼中无机砷本底含值（未加标鲳鱼无机砷测量平均值)除以加标量得到加标回收率。由表2可知，测得回收率92.6%110.6%3 种水平加标回收率测量精密度为9.5%、5.6%、4.4%。样品加标回收率实验证明本方法对于水产品中无机砷测定准确度高，测量结果稳定。无机碑回收率/%110.692.696.6102.692.694.2104.396.696.888121.00116 010.82回收率平均值/%99.996.599.2参考文献21 018.9420 672.83回收率精密度RSD/%9.55.64.4标准与检测6 Borch T,Kretzschmar R,Kappler A,et al.Biogeo-chemical redox processes and their impact on contami-nant dynamics J.Environ Sci Technol,2010,44:1523.7李孝军，唐行忠水产品中砷污染的风险评估.现代农业科学，2 0 0 9(3)：3.8王一宏，颜崇淮.中国不同水产品砷污染特征分析J.微量元素与健康研究，2 0 2 2,3 9(6)：6 8-7 1.9 Hasegawa H,Papry R I,Ikeda E,et al.Freshwaterphytoplankton:biotransformation of inorganic arsenic tomethylarsenic and organoarsenicJJ.Scientific Reports,2019,9(1):12074.10 刘香丽，汪倩，宋超，等不同砷形态在水产品中周楠等：砷离子印迹固相萃取技术在海产品中无机砷含量测定中的应用的毒理及转化研究进展J农学学报，2 0 19，9（12)：33-38.11钟映雄，陈佳佳，汪思钧，等海产品中砷的形态及其毒性研究进展J食品与发酵工业，2 0 2 2，48（2 3）：337-343.12 G B2 7 6 2 一2 0 2 2，食品安全国家标准食品中污染物限S.13砷离子印迹聚合物的制备及性能表征D.北京：北京化工大学,2 0 13.14张梦圆，马晓国，黄仁峰，等砷（）离子印迹聚合物的制备及吸附性能研究J.环境科学学报，2 0 19，3 9(9):3010-3017.欢迎订阅粮食与食品工业CNKI中国期刊全文数据库收录期刊中国核心期刊（述选）数据库收录期刊粮食与食品工业杂志是集粮油基础理论、实际应用于一体的综合科技期刊，已成为米、面、油、食品、淀粉及深加工、仓储、检化验等行业发布新技术、新产品、新成果信息的良好载体，工程技术人员交流技术、切技艺的合适平台，是中国粮油学会食品分会、油脂分会和发酵面食分会会刊。主要设置专题综述、粮油工程、食品科技、生物工程、粮食流通技术、粮油建筑工程、粮油装备与自动控制、粮油市场、发酵面食、标准与检测、信息传递等栏目。国内外公开发行，双月15日出版，大16 K本。订阅方法：邮发代号：2 8 197，全国各邮局（所）均可订阅，每期定价8 元，全年定价48 元。现金订阅：直接通过邮局汇款至粮食与食品工业编辑部订阅，全年定价6 0 元（包括平邮邮费），本处常年办理订阅业务。银行汇款：帐户：无锡中粮工程科技有限公司联系方式：地址：无锡市惠河路18 6 号粮食与食品工业编辑部邮编：2 140 3 5电话：[phone]传真：[phone]E-mail:万方数据中国数字化期刊群收录期刊中文科技期刊数据库收录期刊开户行：江苏银行无锡城郊支行帐号：8 8 10 10 18 8 90 0 0 0 0 2 7 7欢迎订阅敬请赐稿双欢迎刊登广告72