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食物中重金属的毒性检测

2020.2.21

被重金属污染的食物和水危及人类和动物。在水稻的突出例子中，铬，汞甚至砷等元素根据氧化状态具有不同的毒性。这里的物种分析是完美识别各自状态的有效方法。

重金属污染食物和饮用水的危险无处不在，需要不断的控制。尽管各种不同的金属都参与了重要的身体过程，但过量摄入相同的元素可能对健康有害，甚至会导致各种类型的癌症。为保护人口，某些重金属的最大限量在欧盟法规1881/2006 中规定。2015年6月，法规2015/1006修订了大米中的砷限制。自2018年以来，所有欧盟成员国都被要求为米制品中的无机砷设定新的最高限量。

食物中有毒的砷的危险

砷毒在历史，电影和电视中明显存在。无机砷的摄入明确证实了肺癌，皮肤癌和膀胱癌风险的严重增加。一方面，饮用水本身可能被砷污染，另一方面，地壳中的植物可以从土壤和水中吸收砷，从而将其储存起来。因此，在当今全球化的世界中，受砷污染的食品即使在无砷地区也能够到达其他人群。特别是稻米能够吸收比其他谷物品种多10倍的砷，过去已证明其产生的最高水平为20至900μg/ kg 。

砷的氧化状态和键形式

元素的毒性由其不同的氧化态和键合形式决定。除了无机砷，大米还含有有机砷化合物。无机砷比有机砷化合物毒性更大。另外，可以区分毒性更强的砷(III)和砷(V)。因此，各个元素状态的清晰定性和定量确定至关重要。

与LC-ICPMS分离化学性质

氧化态的区别以及化学状态称为物种分析。可靠和令人印象深刻的调查方法是选择性HPLC技术与高灵敏度ICPMS技术(电感耦合等离子体质谱法)的耦合。复杂的样品通过色谱分离成各个组分，并通过ICPMS分析其含砷量。在下面的步骤中，记录色谱图，其中检测发生在砷特定的质荷比75。

图2：来自惰性Shimadzu Prominence HPLC和ICPMS-2030的在线LC-ICPMS系统用于直接物种分析。

本文利用Shimadzu ICPMS-2030与岛津HPLC(Prominence，惰性液相色谱系统)的在线组合，展示了对水稻中有机和无机砷的高度敏感和准确的物种分析。该LC-ICPMS系统(见图2)可以通过单一软件界面方便地进行控制，因此可以对高度复杂的样品进行舒适且无故障的检测。

样品制备和测量条件

测试了两种认证的大米样品：白米(认证的标准物质：NMIJ CRM 7503-a)和糙米(认证的标准物质：NMIJ CRM 7532-a)。

为了分析，将每种样品0.5g加入到2ml 0.15摩尔硝酸中，在100℃下搅拌并加热6小时。随后，用蒸馏水将溶液补足至10g，并以3000rpm离心20分钟。用微孔过滤器(0.45μm孔径)过滤上清液并用流动相稀释两次。

通过与Shimadzu ICPMS-2030在线耦合的惰性Prominence HPLC系统测量大米样品。可以通过标准添加试剂盒将内标添加到样品以及校准标样中。通过校准曲线法进行无机砷物质(As(III)和As(V))以及二甲基砷酸(DMAA)的定量。表2总结了HPLC和ICPMS的各个测量设置。

结果：大米中的砷物种

表1：来自惰性Prominence HPLC和ICPMS-2030的Shimadzu LC-ICPMS系统的测量条件

表2：使用Shimadzu LC-ICPMS系统收集的两份认证大米样品中砷浓度的比较。

经鉴定的大米样品的分析结果列于表1中。可以看出，两种水稻品种都以砷(III)为主。这里还有糙米显示砷污染显着增加。将收集的数据与认证材料的参考值进行比较时，可以看到明确的一致意见。无机砷的总量和水稻中二甲基砷酸的测定浓度都与参考值一致。另外，RSD值(相对标准偏差)为1.1〜2.6%的重复性良好。图3显示了无机物质以及二甲基砷酸的色谱图。

图3 LC-ICPMS记录的砷物种分析色谱图