使用HPLC-ICP-MS 对婴儿米粉中的无机砷进行形态分析

前言：大米是摄入无机砷 (iAs) 的主要来源 [1]。砷自然存在于环境中，而人类活动 也会引入砷，比如二十世纪七十年代之前，人们通过使用含砷农药引入了 砷。水稻能够从环境中有效富集砷，因为种植水稻的水淹地区有利于水稻 对砷化合物的吸收 [2,3]。 无机砷是一种已知的致癌物，长期暴露于低水平的砷中会增加患膀胱癌、 肺癌和皮肤癌以及 2 型糖尿病和心血管疾病的风险 [4]。与精白米相比，糙 米中的砷含量更高 [1,5,6]。美国大米样品中无机砷的浓度比世界其他地方的 更高，而美国销售的婴儿米粉的原料通常都是美国产大米 [2]。

本应用简报介绍了使用 FDA 元素分析手册 (EAM)：4.11 节高效液相色谱/电感耦合等离子体质谱 (HPLCICP-MS) 方法对婴儿米粉中的砷进行形态分析。等度阴离 子交换 HPLC 用于砷形态分离，ICP-MS 则作为砷形态检 测器，在 m/z 775 处对含砷的色谱峰进行监测。ICP-MS等离子体质谱仪采用了氦气碰撞反应池模式以消除可能共洗脱的不同 形态的氯造成的干扰。所有砷形态的检测限和定量限 （LOD 和 LOQ）均低于 15 µg/g，相对标准偏差 (%RSD) 均 低于 7%。该方法可以提供大米以及大米相关的婴儿米 粉中的砷浓度信息，这对于了解砷对婴儿的健康风险是 非常有必要的。

标准参比物质 (SRM) 在砷形态测定以及总砷测定时，使用 NIST（美国国家标 准技术研究院）标准参比物质 (SRM) 1568a 和 1568 米粉 作为质量控制物质（表 1）。NIST 1568 的总砷标准值为 410 ± 30 µg/kg，NIST 1568 的 As(III)、DMA 和 As(V) 分别 为 85 ± 17、285 ± 57 和 31 ± 6 µg/kg。 仪器 形态分析使用的仪器为 Agilent 1200 Infinity 液相色谱系 统，该系统由真空脱气单元、二元泵、自动进样器和 10 通阀（两通已堵塞）组成。另外使用一台外部泵 (LC20AD, Shimadzu) 用于内标添加。利用 1/16 × 0.0025 × 12 英 寸 Peek 管 (Upchurch Scientific) 将 HPLC 系统与 Agilent 7700x ICP-MS 连接起来，并配置 MicroMist 雾化器和 Scott 双通道雾化室。仪器运行条件见表 2。 标准溶液 按照 FDA 方法 (EAM 4.11) 对储备形态标样进行梯度稀 释，得到标准溶液（每天均需重新配制）。所有的砷储 备标准溶液 (As(III)、DMA、MMA、As(V)) 均为水溶液， 浓度为 1000 µg/mL。使用 ICP-MS 对 DMA 和 MMA 标样 的砷浓度进行验证。使用 ICP-MS 砷标样校准曲线测定 1 µg/g MMA 和 DMA 标样的总砷浓度。这些浓度用于对 储备标样浓度进行重新计算，得到的新浓度值用于后续 计算。 将 200 µg/mL 的储备溶液用流动相稀释至合适的浓度， 得到工作标样。所有的标准溶液均于 4 °C 下避光保存。 在实验的当天上午配制新鲜的混合标准溶液。形态分析 方法中使用的内标为 2 ng/g As(V) 的流动相溶液，柱后 进内标以监测并校正信号漂移。总量测定方法中使用的 内标为含 18% 异丙醇的铑/锗溶液（100 mg/L ICP-MS 内 标混合溶液）。

在流动相溶液中加入 0.2 ng/g As(III)、DMA、MMA 和 As(V)，用于测定 LOD 和 LOQ。在流动相中加入 5 ng/g As(III) 和砷甜菜碱 (AsB)，配制分辨率检查标准，用以 监测 AsB 与 As(III) 的分离。当大约 50% As(III) 转化成 As(V) 时，配制一个新的分辨率检查标准。 样品 婴儿米粉购自美国伊利诺伊州、加州、德克萨斯州以及 北达科它州不同地点的多个零售商店。31 种婴儿米粉 来自 7 家不同的生产商。表 3 列出了从婴儿米粉容器上 得到的信息。

样品前处理 对所有婴儿米粉进行总砷和砷形态分析。直接对容器中 的婴儿米粉进行分析，无需进一步干燥或均质化处理。 在总砷分析时，使用的是限热消解法，消解后的样品直 接进 ICP-MS 分析，无需 HPLC 分离。 总砷以及形态分析均使用限热消解法 [3]。本实验中所 有样品前处理均采用称重法。精确称取 1 g 婴儿米粉样 品置于预先称重的 50 mL 聚丙烯离心管（带顶盖）中。 向管中加入 10 g 0.28 M HNO3，然后旋转 10-30 秒。然后 将盖紧盖的管置于预热的限热消解系统中，95 °C 保持 90 分钟。

待样品冷却后，加入 6.7 g 去离子水。将米粉悬浮液以 3500 rpm 的速率离心 10 分钟。上清液通过连接在 3 mL 一次性注射器上的 0.45 µm 尼龙注射式过滤器。将最开 始通过过滤器的大约 1 mL 滤液舍弃到废液中，取 1 g 滤 液转移至 15 mL 去皮重的离心管中。向离心管中加入 2 g pH 校正溶液（向流动相中加入氢氧化铵，pH 调至 9.95 ± 0.05）。 使用 pH 校正溶液将最终方法空白和样品的 pH 调至 6-8.5。将得到的部分样品溶液转移至聚丙烯自动进样器 进样瓶，待 HPLC-ICP-MS 分析。

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结论 本研究证明了 FDA 元素分析手册 (EAM)：4.11 节的 HPLC-ICP-MS 方法可成功应用于婴儿米粉中砷形态分 析。灵敏度（LOD 和 LOQ）和精密度 (%RSD) 足以检测 低浓度的所有砷形态，包括比之前 FDA 关于婴儿米粉 研究中发现的 iAs 更低的浓度。本研究为大米以及大米 相关的婴儿米粉中的砷含量评估提供了大量非常必要的 新信息。