植物樣品中痕量砷的形態(tài)分析研究進(jìn)展

1、文章編號 :1006-446X (2006 04-0007-07植物樣品中痕量砷的形態(tài)分析研究進(jìn)展盧 伢 鄧天龍(成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院 , 四川 成都 610059摘 要 :介紹了近十年來國內(nèi)外植物樣品中包括藥用植物中砷的形態(tài)分析研究進(jìn)展。 由于植物中的砷含量甚低 , 其主要的檢測手段是 :氫化物電感耦合等離子體原子吸收光譜法 (HG-AAS 、 高效液相色譜 -等離子體質(zhì)譜法 (HP LC -ICP -MS 、關(guān)鍵詞 :砷 ; 形態(tài)分析 ; 植物中圖分類號 :O 65515 :A, 而與其總含量或總濃度似無緊密的關(guān)系 1。 砷是一種有毒 、 致癌 的非金屬元素 。 由于人類的活動

2、, 造成砷通過水體 、 土壤 、 植物系統(tǒng) , 經(jīng)由藥材 、 食物鏈進(jìn)入人 體 , 直接危及人類健康 2。 砷的毒性依賴于它存在的化學(xué)形態(tài) , 而了解植物中砷的化學(xué)形態(tài)有利 于人們進(jìn)一步了解砷的生物化學(xué)行為 、 解毒機(jī)理以及砷在吸收和轉(zhuǎn)運過程中的變化 。 目前是基于 砷的形態(tài) , 研究砷從土壤到根 、 從根到葉的遷移 、 傳遞和轉(zhuǎn)化機(jī)制 3。 因而以區(qū)分和確定不同存 在形態(tài)為目的的分析方法成為分析化學(xué)研究領(lǐng)域的一個熱點 4。 本文歸納總結(jié)了近年來有關(guān)植物 樣品中砷的形態(tài)分析方法研究進(jìn)展 。1 樣品的預(yù)處理砷的形態(tài)分析是指分離 、 鑒定以及測定砷化合物的各個形態(tài)的含量的分析方法 。 在采樣 、

3、存 儲以及預(yù)處理過程中植物樣品中砷的形態(tài)易發(fā)生轉(zhuǎn)化 , 故需甚為注意 。 很多文獻(xiàn)已報道在植物中 砷的形態(tài)主要以 As ( 和 As ( 存在 , 而 As ( 很容易被氧化成 As ( 。樣品中 As ( 和 As ( 的質(zhì)量濃度如果在 015110g/L 之間 , 溫度在 4 的條件下 , 可儲藏 21d , 在 29d 以后部 分砷的形態(tài)才發(fā)生變化 5。 一些研究也表明 , 在 -20 是保存化學(xué)形態(tài)的最佳溫度 6。為了避免 樣品的損失 、 形態(tài)的變化以及砷化合物的提取不完全 , 在制備植物樣品之前制訂一個詳細(xì)的計劃 是至關(guān)重要的 6。 由于植物樣品的復(fù)雜性 , 所以不同的植物樣品需要區(qū)

4、別對待 。 隨著分離技術(shù)的 提高 , 目前已知的在環(huán)境和生物樣品中的砷形態(tài)如表 1。2 形態(tài)分析方法由于植物樣品中的砷含量很低 , 所以需要高靈敏度的檢測儀器 。 原子光譜在砷的形態(tài)分析中 具有很好的靈敏度 。 根據(jù)國內(nèi)外文獻(xiàn)的報道 , 對于植物樣品包括藥用植物中砷的形態(tài)的檢測手段收稿日期 :2005-12-29基金項目 :國家自然科學(xué)基金項目 (40103009 、 四川省教育廳重點項目 (2004A146 、 教育部留學(xué)回國人員基金項目 (2004527 作者簡介 :盧伢 (1981 , 女 , 分析化學(xué)專業(yè)碩士研究生。通訊作者 :鄧天龍 , E 2mail :dtl cdut 1edu

5、1cn 7主要有 :氫化物電感耦合等離子體原子吸收光譜法 (HG -ICP -AAS 、高效液相色譜 -等離子體 質(zhì)譜法 (HP LC -ICP -MS 、 氫化物原子熒光光譜法 (HG-AFS 。表 1 環(huán)境和生物樣品中常見砷的形態(tài) 8名 稱 縮 寫 化學(xué)式Arsenite (arsenous acid As As (OH 3Arsenate (arsenic acid As AsO (OH 3M onomethylars onic acid M M A CH 3AsO (OH 2M onomethylars onous acid M M A CH 3As (OH 2Dimethylarsi

6、nic acid DM A ( 2Dimethylarsinous acid DM A 2Dimethylarsinoyl ethanol (2T rimethylarsine oxide T M (CH 3 3AsOT 4(CH 3 4As +AsB (CH 3 3As +CH 2C OO 22AsB -2(CH 3 3As +CH 2CH 2C OO 2Arsenochline AsC (CH 3 3As +CH 2CH 2OHT rimethylarsine T M A (CH 3 3AsArsines AsH 3,MeAsH 2,Me 2AsH (CH 3 x AsH 3-x (x =

7、03E thylmethylarsines E t x AsMe 3-x (CH 3CH 2 x As , (CH 3 3-x (x =03Phenylars onic acid PAA C 6H 5AsO (OH 2211 氫化物電感耦合等離子體原子吸收光譜法 (HG-ICP -AAS 自 H O LAK 于 1969年首次將氫化物發(fā)生法用于原子吸收測定砷以來 ,HG -AAS 已成為最常見 的檢測方法 , 該法由于具有簡便 、 快速 、 靈敏和經(jīng)濟(jì)的特點 , 已作為檢測水果 、 蔬菜及環(huán)境中砷的標(biāo) 準(zhǔn)方法 。 在上世紀(jì) 80年代火焰原子吸收光譜用來作為高效液相色譜的檢測器測砷的形態(tài) 。但是

8、 由于其靈敏度低和背景值很高 , 不能單獨用來檢測砷的含量 。根據(jù) BRAM AN 及其相關(guān)報導(dǎo) 9關(guān)于 砷的形態(tài)分析方法的氫化物發(fā)生法 , 其原理是不同的砷化物在不同的條件下被硼氫化鈉選擇性地 還原 , 生成相應(yīng)的砷化氫及其有機(jī)衍生物 , 從而實現(xiàn)不同形態(tài)砷的測定 。 As ( 在 pH 49時被硼 氫化鈉還原成砷化氫 , As ( 在 pH 12時被氰基硼氫化鈉還原成 As ( , 然后在同樣的 pH 條 件下再被硼氫化鈉還原成砷化氫 。 CH 3AsO (OH 2和 (CH 3 2AsO (OH 在 pH 12時分別被硼氫化鈉 還原成 CH 3AsH 2和 (CH 3 2AsH 。 產(chǎn)生

9、的氣態(tài)砷化物在液氮下被吸附柱捕集 , 然后在不同溫度下分 別將其加熱氣化后分離 、 測定 , 砷化氫的沸點為 -55 , 甲基砷化氫的沸點為 2 , 而二甲基砷 化氫的沸點為 55 。楊莉麗等 10用氫化物發(fā)生 (HG -原子吸收光譜法 (AAS 測定中藥中的三價砷及五價砷 。在 pH 516610時 , As ( 與硼氫化鉀作用生成氣態(tài)氫化物 , 而 As ( 不發(fā)生反應(yīng) ; 在 2m ol/L 鹽 酸溶液中 , 用硫脲和抗壞血酸還原 As ( 為 As ( , 同法測總砷 , 用差減法求得 As ( 含量 。 方法檢出限為 715g/L , RS D 為 1145%?；厥章蕿?8912%1

10、1416%。利用本法成功地對六種中 成藥中的無機(jī)砷進(jìn)行了形態(tài)分析 。李巧等 11采用樹脂吸附分離技術(shù) , 用 732#樹脂選擇性吸附 DM A , 717#樹脂選擇性吸附 As ( +M M A , 用石墨爐原子吸收法 (G F -AAS 測定中藥黃芩中砷化合物的形態(tài) , 測得 As ( 、 8As ( 、 M M A 、 DM A 以及總砷的回收率為 9913%。劉志紅等 12采用離子交換樹脂吸附分離技 術(shù) , 對植物浸取液中各形態(tài)砷化合物進(jìn)行分離 , 用石墨爐原子吸收法 (G F -AAS 測定蕨 、大白 菜 、 生菜 、 鬼什草和椰菜中的 As ( 、 As ( 、 M M A 、 DM

11、 A , 砷的回收率為 86%93%。就原子吸收法測定砷而言 , 通常采用氫化物發(fā)生法和石墨爐法 。 盡管石墨爐法靈敏度高 , 但 存在嚴(yán)重的基體干擾 , 且易揮發(fā)損失 , 常需要加入適當(dāng)?shù)幕w改進(jìn)劑以提高砷的灰化溫度 , 消除 基體干擾 。 而傳統(tǒng)的間斷氫化物發(fā)生法分析進(jìn)度慢 、 樣品耗量大 、 干擾因素多 , 在進(jìn)樣速度和進(jìn) 樣體積上容易帶來誤差 , 并且操作繁瑣 。 近年在其基礎(chǔ)上發(fā)展了流動注射 -氫化物發(fā)生 -原子吸 收光譜法 (FI -HG-AAS 。 鄧世林等 13利用 FI -HG -AAS 測定中藥提取物中微量砷 , 砷的檢出 限為 0156g/L , 線性范圍 0163010

12、g/L , 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差小于 5%。 、快速 , 靈敏 度及自動化程度高 。212 高效液相色譜 2等離子體質(zhì)譜法 (HP HP LC 與 ICP -, HP LC 分離后在線引入 ICP 的 霧化系統(tǒng) 。 011110m L/min , 這與 ICP 常用的氣動式霧化 器 、 交叉流 ( 、 Babington 霧化器和同心 (concentric 霧化器的樣品導(dǎo)入流量是相匹 配的 , 而且 , HP LC 的柱后流出液壓力與 ICP -MS 的樣品導(dǎo)入系統(tǒng)都是在常壓下進(jìn)行的 14。電 感耦合等離子體質(zhì)譜與高效液相色譜聯(lián)用具有很高的靈敏度 、 多元素測定能力 、 很寬的動力學(xué)范 圍以及可進(jìn)行

13、同位素測定 。 HP LC -ICP -MS 在分析砷的形態(tài)中有很廣泛的應(yīng)用 。何小青等 15分別用三氧化二砷 (Aldrich , 991995% 、五氧化二砷 (Aldrich , 99199% 、一甲 基胂酸鈉 (Fluka , 9915% 和二甲基胂酸 (Fluka , 99% 配制 As ( 、 As ( 、 M M A 、 DM A 四種 形態(tài)的儲備液 (1mg/m L , 通過對流動相的組成 、質(zhì)量濃度 、 pH 值等色譜條件的優(yōu)化以及霧化 氣 、 輔助氣 、 等離子體氣流量等質(zhì)譜條件的優(yōu)化 , 建立了一種應(yīng)用反相離子對高效液相色譜 -電 感耦合等離子體質(zhì)譜 (HP LC -IC

14、P -MS 聯(lián)用技術(shù)進(jìn)行砷化合物形態(tài)分析的方法 。用 10mm ol/L 的 四丁基氫氧化銨 (T BAH 溶液作為流動相 , 并用丙二酸調(diào)節(jié) pH 值 (pH 616 , 成功地分離了 As ( 、 As ( 、 M M A 、 DM A 四種砷化合物 。劉桂華等 16通過 HP LC -ICP -MS 聯(lián)用技術(shù)初步探討了紫菜中砷的形態(tài) , 選用了純水萃取 , 再用甲醇稀釋 , 用陰離子交換色譜柱經(jīng) HP LC 分離 , 再用 ICP -MS 測定 , 實驗發(fā)現(xiàn)了 2個未知形 態(tài)色譜峰 。 S AVERWY NS 等 17亦發(fā)現(xiàn)了該未知峰 , 并指出砷的形態(tài)分析中 , 色譜分離條件的選擇 是

15、關(guān)鍵 , 作者分別用陰離子交換柱和陽離子交換柱 , 觀察不同的條件下標(biāo)準(zhǔn)品 As( 、 DM AA 、 M M AA 、 As ( 、 AsB 、 AsC 均為 100g L -1, T M AO 為 2g L -1的分離 , 發(fā)現(xiàn)選用陰離子交換 色譜柱分離的 As 的形態(tài)最多 , 并且樣品在陽離子交換色譜柱中并未檢測出 AsB 、 AsC 。 其它形態(tài) 5次測定重現(xiàn)性良好 (RS D 014%218% , 但仍未能確定和解釋該 2個未知砷形態(tài)的色譜峰 。 目前應(yīng)用最多的方法是以水 18-19或甲醇 -水混合液提取 , 高效液相色譜 -電感耦合等離子 體質(zhì)譜 (HP LC -ICP -MS 分

16、離檢測 , 加壓液體提取 (P LE , 時間雖短 (5min , 但效率過低 。雖然 可以通過升高提取溫度的方法提高提取率 , 但其他有機(jī)物的溶解度也隨溫度升高而增加 , 色澤變 深 , 干擾加大 19。近年來 , 高效液相色譜 (HP LC 與原子吸收光譜 、原子發(fā)射光譜 、原子熒光光譜和質(zhì)譜的 聯(lián)用分析技術(shù)逐漸應(yīng)用于痕量砷的形態(tài)分析和檢測上來 , HP LC 有它不容置疑的優(yōu)點 :對那些高 沸點 、 難揮發(fā)性的物質(zhì) , 不必進(jìn)行衍生而可直接進(jìn)樣 ; 另外 , HP LC 有更多的操作參數(shù)可選擇 , 其固定相和流動相都可獲得良好的分離效果 。 9213 氫化物原子熒光光譜法 (HG-AFS

17、 鄧天龍等 2詳細(xì)研究了砷的 HG-AFS 測定干擾的消除和還原劑的選擇 , 得出了還原劑以 KI 溶液的最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 0105%和最佳掩蔽劑 8-羥基喹啉最佳質(zhì)量分?jǐn)?shù)是 0101%, 用 HG -AFS 分析方法實現(xiàn)了對中藥川芎和腎蕨植株樣品中三價砷 As ( , 五價砷 As ( 和有機(jī)砷的測定 , 砷 的回收率約近 100%; 成功地建立了可靠的痕量和超痕量元素砷的 HG-AFS 分析方法 , 為植物樣 品中痕量和超痕量元素砷的化學(xué)形態(tài)測定奠定了基礎(chǔ) 。趙永紅等 21研究了土壤樣品中微量砷的形態(tài)分析 ; 其方法是 :土壤樣品依次用水 、磷酸二 氫鉀 、 鹽酸 、 氫氧化鈉作為提取劑 ,

18、 用控制酸度差減法測定提取液中 As ( 和總砷的含量 , As ( 的含量由兩者之差求得 , 并討論了提取時間 、 , 但 浸提步驟較為繁瑣 。, , 與傳統(tǒng)的溶 樣方法相比 , 、 , 還能消解傳統(tǒng)溶樣法 , 尤其是痕量分析和超痕量分析 。 而且 HG -AFS 法和 HG-HP LC -ICP -MS 相比 , 其分析成本低 , 僅是 ICP -AAS 的 2/15、 HP LC -ICP -MS 的 1/3022。214 其它檢測方法目前最常用的砷形態(tài)分析技術(shù)是氫化物電感耦合等離子體原子吸收光譜法 (HG -ICP -AAS 、 高效液相色譜 -等離子體質(zhì)譜法 (HP LC -ICP

19、-MS 、氫化物原子熒光光譜法 (HG -AFS , CE -ICP -MS 和 HG-ICP -AES 也開始受到重視 。陳世忠等 23應(yīng)用氫化物發(fā)生電感耦合等離子體發(fā) 射光譜法 (HG -ICP -AES 測定黃姜中總 As 檢出限 (D L 為 118ng/m L , 相對標(biāo)準(zhǔn)偏差 (RS D 313%, 回收率 90%108%。 陳樹榆等 24以 H NO 3為介質(zhì) , 采用自行研制的二級氣液分離器代替 易消耗的膜分離器 , 在優(yōu)化的實驗條件下 , 采用 HG-ICP -MS 測定砷 , 檢出限 01022ng/m L 。王 亮等 25應(yīng)用離子交換樹脂和溶劑萃取相結(jié)合的分離技術(shù) , 分

20、離了云南中草藥鬼針草中微量砷的 四種形態(tài)化合物 :無機(jī) As ( 、 As ( 和有機(jī)的 M M A 、 DM A 。采用電感耦合等離子體發(fā)射光譜 進(jìn)行測定 , 回收率達(dá) 9319%以上 。FI 在線預(yù)富集技術(shù)與 FAAS 、 ET AAS 、 ICP -AES 、 ICP -AFS 等聯(lián)用 , 被越來越多地應(yīng)用于環(huán) 境和生物樣品中的形態(tài)分析 。 HP LC -ICP -MS 是研究元素化學(xué)形態(tài)的常用方法 , 其優(yōu)點是靈敏 度高且快速 , 但需與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)相比較來確定未知物 , 與電噴霧質(zhì)譜 (ESI -MS 聯(lián)用從化合物撞擊 誘導(dǎo)解離得到碎片離子來判斷初始化合物的分子結(jié)構(gòu) 26。近年來植物修復(fù)

21、技術(shù)受到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注 , 黃澤春等 27通過同步輻射擴(kuò)展 X 射線吸收 精細(xì)結(jié)構(gòu) (SR EX AFS 研究超富集植物大葉井口邊草中砷的化學(xué)形態(tài)及其在植物體中的轉(zhuǎn)化 , 該 法是測定分子結(jié)構(gòu)的有力手段 , 它不需要預(yù)分離或化學(xué)預(yù)處理過程 , 不會破壞其化學(xué)形態(tài) , 可直 接對復(fù)雜的植物活體樣品進(jìn)行無損分析 , 得到植物體內(nèi)微量元素的氧化態(tài) 、 近邊原子和配位數(shù)等 化學(xué)形態(tài)信息 28。 齊文啟等 29比較了 FAAS 、 G FAAS 、 ICP -AES 、 ICP -MS 不同分析方法砷元素 的檢出限 , 高分辨 ICP -AES 及 ICP -MS 對于 As 的痕量分析是目前靈敏度

22、最高 、檢測限最低的 手段 。由于 HP LC -ICP -MS 和 CE -ICP -MS 均不能提供化合物的分子結(jié)構(gòu)信息 , 因此在缺少標(biāo)準(zhǔn) 的情況下電噴霧離子質(zhì)譜 (ESI -MS 是不可缺少的形態(tài)分析工具 。由于 ESI -MS 的靈敏度低 , 且易受試樣基體的干擾 , 因此分析物在分析前需分離 、純化 、富集 , 以保證分析結(jié)果的可靠 1性 30。毛細(xì)管電泳技術(shù)是最近 20年迅速發(fā)展起來的一種分離技術(shù) , 其應(yīng)用范圍十分廣泛 。 CE 具有 高分辨 、 高速度的優(yōu)點 , 柱效很高 , 每米理論塔板數(shù)為幾十萬甚至上百萬 。 對同一元素的不同形 態(tài) , 只要有結(jié)構(gòu)或電荷上的差別 , 即可

23、用 CE 進(jìn)行分離 。 但是 CE 的檢測器靈敏度有些欠缺 , 對 常用的 UV 檢測器 , 由于各砷化物的吸收系數(shù)小 , 其檢測限僅為 mg/L 水平 , 這對只有 ng/L 級質(zhì) 量濃度的植物樣品 、 生化樣品 (血樣 、 尿樣 而言是遠(yuǎn)不夠的 , 在一定程度上限制了其在形態(tài)分 析中的應(yīng)用 。 但是近幾年人們通過衍生化 , 或使 CE 與 HG -ICP -MS 、 HG -ICP -AES 或與激光 誘導(dǎo)熒光檢測器 (LIF 聯(lián)用 , 使 CE 在形態(tài)分析中的靈敏度得到極大的提高 31。4 結(jié) 語, 其毒性由大到 小依次為 AsH 3, As ( , (AA ( , , T M AA (

24、三甲基胂酸 , AsC (砷膽堿 (, , 無機(jī)砷的毒性最大 , 有機(jī) 砷的毒性較小 AsC 常被認(rèn)為是無毒的 。但是 , 近年來在人尿中檢測出了 T M AA 后 , 關(guān)于有機(jī)砷對人體的毒性問題有待深入研究 。 另一方面 , 鑒于植物樣品的復(fù)雜性 , 加之待測分析 物的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)缺乏 , 未知化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)鑒定仍存在障礙 , 選擇簡便 、 快速的分離富集技術(shù)以 及高靈敏性 、 高選擇性的檢測方法仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題 , 無疑將是今后植物樣品中砷不 同形態(tài)分析及其結(jié)構(gòu)測定研究的重點 。參考文獻(xiàn) :1單孝全 . 形態(tài)分析與生物可給予性 M.北京 :科學(xué)出版社 , 2001:485-491.

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