使用 LC-ICP-MS/MS 快速分析葡萄酒 中的砷形态

前言 ：砷 (As) 天然存在于环境中，但人类活动也会造成某些地区的砷含量增加。 人为砷来源包括采矿、冶炼和发电等工业过程，以及农业农药和木材防腐 剂等[1]。一旦发生砷污染，其在环境中可存在数十年。例如，在 20 世纪 70 年代禁止了含砷农用化学品的广泛使用，但在一些土壤中，砷suan铅含量仍然很高。土壤和水中的砷可被农作物吸收。以葡萄酒为例，砷 含量也会受到酿酒过程的影响。 砷在食品和饮料中以多种形式存在，每种形式的毒性各不相同。砷的无机 形式 (iAs) 包括 As(III)和 As(V)，这些形式的毒性高，被归类为 1 类致癌物质。相比之下，砷甜菜碱 (AB) 是新鲜海鲜中含 量高的 As 形式，对人体基本上无毒。由于不同形态 As 毒性的差异以及 iAs 潜在的健康威胁，因此很有必要测定食品中各 种形态砷的含量，而不仅仅是总 As 浓度。美国食品药 品监督管理局 (FDA) 对苹果汁中的 iAs 规定了 10 µg/kg (ppb) 的行动限值[2]，但美国目前尚未颁布葡萄酒中 As 含量的控制法规。加拿大（酒商质量联盟 (VQA)，安 大略省）和欧洲（葡萄与葡萄酒组织 (OIV)）分别 将葡萄酒中总砷的高可接受限值规定为 100 µg/L 和 200 µg/L (ppb)[3, 4]。

食品砷污染是公众关注的焦点。因此，非常需要快速可 靠的筛查方法来准确测定食品和饮料中的 iAs 含量，以 满足现有和未来的法规要求。其中，有用且可靠的一 种方法是，使用高效液相色谱 (HPLC) 对不同形态的砷 进行分离，然后采用电感耦合等离子体质谱 (ICP-MS) 进行定量分析[5]。 本文所述的方法基于先前由 Jackson 开发的 As 形态分 析方法，该方法将 HPLC 与串联四极杆 ICP-MS (ICPMS/MS) 联用[6]。本研究也采用 HPLC-ICP-MS/MS。然 而，与分别分析 iAs 形态不同，在分析之前先用过氧化 氢将 As(III) 氧化为 As(V)[7, 8]。本方法通过转化 As(III) 并 以 As(V) 的形式分析所有无机形态，能够在 2 分钟内 将一甲基胂酸 (MMA) 和二甲基胂酸 (DMA) 与 iAs（呈 As(V) 形态）分离。本方法的分析时间比当前用于 As 形 态分析的 FDA 方法快 10 倍[9]。 在本研究中，在 ICP-MS/MS 碰撞/反应池 (CRC) 中采用 氧气作为反应气体，以解决对 75As 的光谱干扰，同时保 持出色的灵敏度。结果证明，新方法具有出色的准确性 和重现性。由两个参与实验室分析同一种葡萄酒基质， 对本方法进行了进一步验证。

 实验部分 标准品 As (III) 和 As (V) 标准品购自 Spex Cer tiprep (Christiansburg, VA; Metuchen, NJ, USA)。MMA 和 DMA 标准品购自 Chem Service (West Chester, PA, USA)。AB 标准品同样购自 Chem Service，将其用作 流动注射标记物（内标）进行柱后注射。对于 DMA、 MMA 和总 iAs（As (III) 和 As (V) 总和），制备浓度为 0.1、0.5、1.0、5.0、10 和 20 µg/L (ppb) 的校准标样。样品 在验证 (V) 研究中使用五种不同的加利福尼亚葡萄酒。 每种葡萄酒分别代表五种主要形式的葡萄酒之一：红葡 萄酒、白葡萄酒、玫瑰红葡萄酒、起泡酒和餐后甜酒。 在商品市场菜篮子 (MB) 研究中，对另外五种加利福尼 亚葡萄酒进行了分析。表 1 列出了所有样品的葡萄酒 类型、栽培品种、种植产地、年份和酒精含量的详细 信息。

 样品前处理 以 1:1 的比例将 H2O2 加入所有样品中，将 As(III) 氧化 为 As(V)。用去离子水进一步稀释每个样品，使总稀释 倍数为 5 或 6（两个稀释倍数之间的结果没有差异）。 然后使每个样品通过 0.45 µm 针头过滤器，以除去所有 颗粒物。所有 As 形态按以下三种浓度加标至样品 V-1、 V-4、V-5（均为一式两份）：5、10、30 µg/kg。 仪器 将配备 Hamilton PRP-X100 5 µm 50 × 2.1 mm 色谱 柱的 Agilent 1260 HPLC 与 Agilent 8800 串联四极杆 ICP-MS (ICP-MS/MS) 联用。流动相为 40 mmol/L 碳 酸铵（(NH4)2CO3，痕量金属级 99.999%，购自 Sigma Aldrich），其中含 3% v/v 甲醇（Optima LC/MS 级， 购自 Fisher Chemical），并用氢氧化铵（Optima 级， Fisher Scientific）将 pH 调节至 9.0。ICP-MS/MS 配备标准样品引入系统，该系统包括带内径 2.5 mm 中心管 的石英炬管、石英雾化室、玻璃同心雾化器和镍接口 锥。按照 FDA EAM §4.10 和 4.11.15 进行峰积分[9]。仪 器操作条件汇总于表 2 中。

结论：本简报介绍了一种简单、稳定且快速的 HPLC-ICP-MS/MS 方法，该方法可在两分钟内完成对毒性高的无机 As 形态（As(III) 和 As(V)）的总浓度以及两种有机 As 形 态的测量。在样品前处理期间，用 H2O2 将 As (III) 氧 化成 As (V)，能够以 As (V) 形式测定总 iAs，从而更 快速地分离葡萄酒样品中的目标组分。窄径色谱柱和 0.5 mL/min 流速提供了出色的灵敏度，从而能够使用 更低的进样量。与目前用于测定葡萄酒中砷的 FDA 方 法相比，本方法的样品运行时间加快了 10 倍，并改善 了检测限和定量限。