用 Agilent LC-ICP-MS/MS 对食品和尿液进行砷形态快速分析

Brian Jackson
地球科学副研究员
达特茅斯学院

Amir Liba
安捷伦 SPSD 应用化学家兼团队经理

无机砷 (iAs) 是一级致癌物，位居美国毒物与疾病登记署 (ATSDR) 2015 年公布的优先控制污染物列表之榜首，而且是全球范围内的主要健康杀手。

人体的主要暴露途径是通过水和食品摄入无机砷，主要的排出途径是通过尿液排出。由于砷 (As) 在环境中的形态（形式）多种多样，因此采用形态分析来定量这些不同的形态非常重要。As 的有机形式主要为砷甜菜碱 (AB)、砷胆碱 (AC) 和单甲基胂酸 (MMA) 和二甲基胂酸 (DMA)，其毒性均低于无机砷（As(III) 和 As(V)），因此法规主要关注的是无机砷而不是总砷的阈值限。

大量的样品和不断更新的法规要求

许多基于人体暴露的研究，需要测定成千上万的尿样，因而建立快速而可靠的常规方法非常重要。即将颁布的欧盟食品法规规定了稻米中无机砷的指定限量，精白米为 0.2 mg/kg，婴儿和幼儿的稻米制品为 0.1 mg/kg。新的法规增大了对无机砷高通量分析的需求，我们预计，美国不久也很可能出台类似的法规。

更快速的色谱分析的要求

砷形态分析的常用方法是：采用阴离子交换柱的液相/离子色谱 (LC/IC) 与碰撞/反应池 ICP-MS 联用。一般的分析时间为 10-20 min，具体取决于色谱方法和要分离的砷形态范围。例如，疾病预防与控制中心 (CDC) 目前所采用方法的分析时间为 17 min [1]。因此非常有必要缩短色谱运行时间，提高样品通量。

短色谱柱和高流速可实现快速色谱分析

在过去研究的方法开发基础上 [2]，我们在 Agilent 1260 Infinity 四元液相色谱上配置了一根较小的色谱柱（50 x 4.1 mm PRP-X100 柱，5 µm 孔径）并与 Agilent 8800 ICP-MS/MS 联用。ICP-MS/MS 以 MS/MS 模式测定砷，用 O₂ 作为反应池气体。为避免所有离子均进入反应池，第一个四极杆 Q1 设置为 75 amu，这样就仅允许砷和任何原位质量 (m/z 75) 的干扰物进入反应池。第二个四极杆 Q2 设置为 91 amu，这样就可检测反应产物离子 AsO⁺；砷与 O₂ 可发生定量反应，而一般的干扰物或双电荷离子不会与氧气反应。

图 1. 500 ng/L (ppt) 四种砷形态的等度分离。50 mM (NH₄)₂CO₃ 流速 1.5 mL/min。柱温 35 °C。As(V)* 为 As(V) 和 As(III) 氧化后的总和

图 2. 使用表 1 中的梯度条件分离尿液中浓度为 400 ng/L (ppt) 的六种加标砷形态。柱温 35 °C

食品样品：在 2 min 内实现完全分离

在我们的检测中，As(III) 在色谱分离前均已氧化为 As(V)。本方法对食品分析非常有用，因为稀酸萃取步骤有助于实现方法诱导的无机砷氧化态改变，而且，从法规要求上看，只需定量分析区别于其他形态的总无机砷（即，As(III) + As(V) 的总和）。

我们采用 50 mM (NH₄)₂CO₃（洗脱液 A），流速为 1.5 mL/min，对 AB、DMA、MMA 和 As(V)* 进行等度分离，这里 As(V)* 就是氧化后的总无机砷（图 1）。分离在 1.7 min 内完成，AsB、DMA、MMA 的仪器检出限约为 10 ng/L (ppt)，iAs 按 As(V) 计，检出限约为 50 ng/L。对于食品分析的质量控制，我们使用标定过 MMA、DMA 和 iAs 精确含量的 NIST SRM 1568b 米粉。1568b (n=3) 中 DMA、MMA 和总 iAs 的回收率分别为 104%、106%、96%，每种形态的三次重复进样所得 CV 均小于 10%。

尿液样品：在 3.5 min 内实现完全分离

对于尿液中的砷形态分析，我们采用了梯度分离（表 1），通过改变流速和洗脱液的强度来分离 AC、AB、As(III)、DMA、MMA 和 As(V)（图 2）。AB 与 AC 仅达到部分分离，但这些化合物随死体积洗脱，通常一起归为“未保留的有机砷”。实际分析中，我们并未在实验室中的任何尿液样品检测出 AC。

表 1. 尿样的梯度洗脱条件

升高温度可提高 As(III) 和 DMA 的分离度，但会增加 MMA 和 As(V) 的保留时间。As(V) 在 2.5 min 洗脱，随后需花费 1 min 的再平衡时间重新建立初始条件，所以总运行时间为 3.5 min，与运行时间为 17 min 的 CDC 方法相比用时更短。

新方法缩短色谱运行时间

本文中的方法与文献报道中的类似分离方法相比，分析速度加快了 4 到 7 倍，非常有助于提高砷形态分析的样品通量，从而有效应对法规变化和越来越严格的生物监测。

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参考文献

1. C. P. Verdon, K. L. Caldwell, M. R. Fresquez and R. L. Jones, Determination of Seven Arsenic Compounds in Urine by
   HPLC-ICPDRC-MS: A CDC Population Biomonitoring Method. Anal. Bioanal. Chem., 2009, 393(3), 939—947.
2. B. P. Jackson, Fast Ion Chromatography- ICP-QQQ for Arsenic Speciation. Journal of Analytical Atomic Spectrometry, 2015, 30, (6), 1405-1407.

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