砷是普遍存在的环境污染元素。砷进入土壤后，一部分随雨水进入地表水或者地下水，另一部分被植物吸收，通过食物链危害人体健康。《全国土壤污染调查公报》显示，砷是污染我国耕地土壤的主要重金属元素之一，且不同地区分布差异明显（7.99~33.2µg·g−1），说明我国土壤砷污染形势不容小觑。砷主要有6种存在形态，其毒性截然不同。其中，有机砷几乎无毒或具有较小毒性，而无机砷中亚砷酸根 [As（Ⅲ）]和砷酸根 [As（V）]均是已知致癌物。砷形态很大程度决定了其在土壤中的毒性、生物有效性及迁移性。因此，测定土壤总砷已无法全面、深入地评价砷的危害性，明确土壤中砷形态才能更准确地了解其毒性以及在土壤中的迁移转换规律。

     目前，砷形态检测方法主要有高效液相色谱-氢化物发生-原子荧光光谱法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、离子色谱-电感耦合等离子体质谱法和高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法（HPLC-ICP-MS）。HPLC-ICP-MS具有高灵敏度和宽线性范围的特性，能够满足低含量砷形态样品的检测要求，但是存在土壤提取步骤繁琐、砷形态种类覆盖不全、分析时间较长等问题。因此，本文在以往的研究基础上，通过快速、简单的超声水浴法高效提取土壤中6种砷形态，并采用HPLC-ICP-MS测定提取液中砷形态的含量，以期为评估砷制剂使用对生态环境的影响提供高效、可靠的技术支撑。

1、 试验方法

     土壤样品经自然风干，过200目筛，于 60℃烘4h。称取土壤样品加入体积比1∶1的磷酸和抗坏血酸的混合溶液，于常温、100W条件下超声6h，用水将提取液定容，用0.22μm聚醚砜膜过滤，滤液用HPLC-ICP-MS测定。同时进行空白试验。

2、 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

     目前砷形态分析常采用Hamilton PRP-X100色谱柱或 Dionex IonPac AS7色谱柱（记作“AS7 色谱柱”），6种砷形态的分离时间分别为10min 和8min，分析周期较长，不利于大批量样本分析。因此，试验对色谱柱进行了优化。以Dioncx IonPac AG7 色谱柱（记作“AG7 色谱柱”）作分析柱时，由于柱长较短，且填料与AS7色谱柱的相似，6种砷形态的分离时间仅为5min。试验进一步采用AS7和AG7色谱柱作固定相且均以AG7色谱柱为保护柱，按照试验方法对5.0μg·L−1的加标土壤样品平行测定 6次，采用双因素方差分析（置信度 95%）比较两种色谱柱下 6种砷形态的测定结果，结果见图1。

     由图1可知，两种色谱柱下6种砷形态的测定值基本一致，没有显著性差异，说明AG7色谱柱作分析柱时，和AS7色谱柱一样能够准确地分析6种砷形态含量。从节约时间等角度考虑，试验选择两根AG7色谱柱分别作分析柱和保护柱对6种砷形态进行分离。

2.2 流动相和流量的选择

     流动相B中碳酸铵浓度越大，保留时间靠后的砷形态出峰越快，当流动相B中碳酸铵浓度为100mmol·L−1时，6种砷形态的峰形均较好。结合文献的研究结果，试验选择采用100mmol·L−1碳酸铵溶液作流动相B。

     试验比较了流动相流量分别为1.0，1.3，1.6mL·min−1时对各砷形态分离效果的影响。结果显示，以上流量下6种砷形态基本都能分开，其中较难分离的砷形态 As（Ⅲ）和DMA的分离度分别为1.9，1.7，1.2。综合考虑分离度和保留时间，试验选择的流动相流量为1.3mL·min−1。

     在优化的色谱条件下，10µg·L−1混合标准溶液的色谱图见图2。

2.3 抗坏血酸浓度的选择

     本文选择抗坏血酸作抗氧化剂，用于防止As（Ⅲ）在提取过程中转化成As（V），并对抗坏血酸溶液的浓度进行了优化。以含As（Ⅲ）和As（V）以及抗坏血酸浓度分别为0，0.2，0.5，0.8mol·L−1的 1.6mol·L−1磷酸溶液作为待测溶液，超声提取6h，定容后按照仪器工作条件测定，考察了抗坏血酸浓度对 As（Ⅲ）和As（V）测定值及其比值（R，单位%）的影响，结果见图3。其中“0*”代表未经过超声的对比组，其他步骤同抗坏血酸浓度为0的试验组。

     由图3可知：当以不含抗坏血酸的提取剂超声处理时，As（Ⅲ）几乎完全转化成 As（V）；当抗坏血 酸 浓 度 在0.2~0.8mol·L−1时，R趋于稳定且接近0* 组的。为节省试剂和确定最优抗坏血酸浓度，试验进一步考察了抗坏血酸浓度分别为 0.2，0.5mol·L−1时对加标样品 [As（Ⅲ）和As（V）的加标量均为5µg·L−1] 中As（Ⅲ）和As（V）回收率的影响，结果见图4。

    由图4可知：采用0.2mol·L−1抗坏血酸超声处理加标样品时，As（Ⅲ）的回收率低于80.0%；而以0.5mol·L−1 抗坏血酸超声处理加标样品时，As（Ⅲ）和As（V）的回收率都在95.0%以上。因此，试验采用0.5mol·L−1抗坏血酸协同超声处理样品。

2.4 标准曲线和检出限

     按照仪器工作条件测定混合标准溶液系列，以6种砷形态的质量浓度为横坐标，其对应的峰面积为纵坐标绘制标准曲线，所得线性参数见表1。

    以3倍信噪比（S/N）计算检出限（3S/N），结果见表1。

表1 线性参数和检出限

     由表1可知，6种砷形态的检出限为0.010~ 0.050 µg·L−1。

2. 5 精密度和回收试验

     按照试验方法对土壤样品进行3个浓度水平的加标回收试验，每个浓度水平平行测定6次，计算回收率和测定值的相对标准偏差（RSD），结果见表2。

表2 精密度和回收试验结果（n=6）

     由表2可知，6种砷形态的回收率为92.0%~ 110%，测定值的RSD均小于5.0%，能够满足土壤中6种砷形态准确测定的要求。

2.6 方法对比

     文献以Dionex IonPac AS7色谱柱为分析柱，6种砷形态在8min内完成分离，检出限为0.05~0.15µg·L−1。文献以 Hamilton PRP-X100色谱柱为分析柱，以 0.8mol·L−1磷酸溶液在常温条件下超声提取6h，提取率为98.12%，6种砷形态在 17.5min 内完成分离，检出限为0.08~ 0.09µg·L−1，但是提取过程中As（Ⅲ）全部转化成As（V）。相比上述文献报道的土壤中砷形态的分析方法，本工作在磷酸溶液中添加了抗坏血酸，能够防止As（Ⅲ）在提取过程中转化成 As（V），且提取方法简便、提取率高、分离时间短（5.0min）、检出限低（0.010~0.050µg·L− 1）。

2.7 样品分析

     按照试验方法分析土壤样品Y1~Y6，结果显示：6个样品中 As（Ⅲ）的测定值分别为0.11，0.09，0.12，0.15，0.13，0.07µg·g−1，As（V）的测定值分别为 4.86，4.15，3.46，6.72，3.44，8.61µg·g−1，而AsB、DMA、AsC和 MMA均未检出。

3、 论文结论

     本文采用HPLC-ICP-MS测定土壤中6种砷形态的含量，方法具有分离时间短、灵敏度高、准确度好等特点，适用于土壤样本中砷形态的快速测定。

作者：杨丽婷1，2，隆星星2，3，王艳萍4，郭怀兰2，3，张垚2，3

单位：1. 湖北医药学院 生物医药研究院；

2. 湖北医药学院 南水北调水源地环境与健康研究中心；

3. 湖北医药学院 公共卫生与健康学院；

4. 赛默飞世尔科技（中国）应用中心

来源：《理化检验-化学分册》2024年第8期