第一章 绪论
1.1砷形态化合物的研究
砷是自然界中普遍存在的一种元素，常以硫化物的形式存在，包括有雄黄（As4S4）、雌黄（As2S3）、砷黄铁矿（FeAsS）等。目前已经发现 30 多种砷形态化合物，主要分为无机砷和有机砷两类，其中无机砷包括三价砷（AsⅢ）和五价砷（AsⅤ）；无机砷与有机官能团结合后形成有机砷化合物，主要包括一甲基砷酸（MMA）、二甲基砷酸（DMA）、砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）及三甲基砷氧化物（TMAO）等。常见的砷形态化合物见表 1-1。
砷的毒性与其化合物的毒理性息息相关，常见的砷中毒是由无机砷氧化物及其含氧酸造成的。以砷形态化合物的半致死量 LD50计，毒性强弱依次为：AsⅢ、AsⅤ，一甲基亚砷酸（MMAⅢ）、二甲基亚砷酸（DMAⅢ），一甲基砷酸（MMAⅤ）、二甲基砷酸（DMAⅤ），砷甜菜碱（AsB）、砷胆碱（AsC）、砷糖等。由此可见无机砷（AsⅢ、AsⅤ）毒性最强，已被国际癌症研究机构（IARC）认定为一级致癌物质，摄入过量可诱发皮肤色素沉淀、肺癌、肝癌等症状及心血管疾病和神经系统疾病。MMAⅢ和 DMAⅢ的毒性与无机砷相当，有研究发现它们具有酶抑制及DNA 损害作用，目前在环境中尚未发现，通常作为人体内无机砷的代谢产物，在人体尿液中被检出。MMAⅤ、DMAⅤ也是明确的致癌物质，毒性较前两种低，长期摄入会增大癌症的发病率。AsB、AsC 及砷糖通常被认为是无毒的，摄入后在体内转化为 DMAⅤ由尿样排出。因此，分析食品中的砷元素，应同时分析砷的形态，以各砷形态化合物的含量作为指标评价环境食品的安全性，比用砷的总量作为评价指标更具有实际价值。
砷化合物广泛存在于食品和环境中，陆地植物从环境中吸收砷，将土壤、水、空气中的砷化合物吸收到体内代谢富集；陆地动物通过环境及饲料摄入砷化合物，部分饲料添加剂中含有洛克沙砷、阿散酸等砷化合物，被动物摄入后在体内代谢可转化为有毒砷化合物，通过粪便排出体外污染环境；海洋性植物海带、海藻、紫菜等从海水中大量富集砷化合物，砷含量极高，但大部分为 AsC 或砷糖，食用后对人体危害较小；海洋性动物如鱼、虾等也可以从水中吸收砷化合物，体内的砷含量较高，主要为 AsB，对人类和环境几乎没有危害。受地域自身或环境污染的影响，环境中的水、土壤、岩石中也存在不同形态的砷化合物。由于不同样本基质中砷化合物存在形式各异，所以要求建立不同的分析方法用于食品及环境中砷化合物的研究。
1.2 碘和溴形态化合物的研究及检测方法概述
1.2.1 碘、溴化合物的研究
碘在元素周期表中排第五十三位，主要形态为碘酸盐（IO3-）、 碘化物（I-）、甲基碘以及可溶性总有机碘等。环境中较常见的是碘酸盐(IO3-)和碘离子（I-）。碘的摄入量关系着人体健康，碘摄入过高或长期缺碘的人群快速补碘后，可出现高碘性甲状腺肿；碘摄入量不足会导致地方性甲状腺肿、地方性克汀病(即呆小病)等。尿碘是监测人体内碘含量是否合格的指标，正常人群的尿碘含量为每天 100-300 μg•L-1。一直以来总碘量受到广泛关注，但是缺乏对不同形态碘对人体作用的研究。一些专家通过动物模型研究了高碘对机体的损伤，发现碘对机体的伤害程度不仅与摄入碘的量有关，还与碘的形态有关，高剂量的碘酸钾对机体损伤较大，而高剂量的碘化钾无损害或损伤较小。溴是自然界中的痕量元素，常见形式为溴酸根离子(BrO3-)和溴离子(Br-)，其中溴离子对动物体无害；而溴酸盐是致癌性物质，在自然界中较少存在，但 Br-参与臭氧消毒时容易产生 BrO3-。有研究认为长期饮用含 0.5 μg•L-1BrO3-的水时，致癌率为 1/105；并且随着溴酸根浓度增大，致癌率成比例增大。美国环保总局(EPA) 规定饮用水中溴酸盐的限量为 10 μg•L-1。目前我国各项饮用水和矿泉水水质标准中规定使用臭氧消毒的水中溴酸盐含量小于 10 μg•L-1。水是人体摄入碘、溴的主要来源之一，对其中碘和溴的总量分析是不完善的，只有对碘、溴形态进行分析才能说明饮用水的安全性，同时也可以为研究溴、碘在人体内的作用机制提供可靠数据。
第二章 大米中砷形态化合物的研究
砷形态化合物的毒性依赖于存在形式及浓度，无机砷毒性远高于有机砷，由于不同形态的砷化合物的毒性差异较大，所以采取灵敏度高的分析技术分析食物中砷化合物受到了极大关注。大米作物在自然生长时，通过根吸收富集土壤和水中的砷，经过一系列的生长作用富集砷化合物，大米组织中砷含量的富集程度与地区污染有关，且大米颗粒中砷含量较根、茎、叶部位高。由于大米中砷化合物为自然生长富集，且植物组织复杂，对其中的砷形态进行提取既要保证提取完全，又要防止前处理手段破坏砷形态化合物。1988 年 FAO/WHO 提出暂定正常成年人每日无机砷可耐受摄入量（PTDI）为 0.135 mg•d-1。
由于我国的特殊饮食习惯，大米是国民饮食的主要部分，而砷化合物特殊的毒理性，使得以总砷作为评价指标已不能客观反映大米的安全性。我国于 2005 年对大米中无机砷含量进行了限定为 0.15 mg•kg-1，以正常人体重63 kg 计算，需一天食用 800g 大米才能达到 FAO 的限量，相当于正常人每日摄入一斤多米饭，所以我国所制定的标准比欧美地区严格，也符合中国的国情。2009年我国公布了国家标准方法食品中无机砷含量测定的新方法（HPLC-ICP-MS 法），此标准以超声提取对植物性固体样本、动物性固体样本及液体样本中砷化合物萃取。但是在基础工作中发现，此方法对大米中砷含量的测定仍存在一定的问题，所以本实验针对大米中砷形态化合物的分析建立了一种准确可行的方法。HPLC-ICP-MS 具有良好的的分离度、准确度及高的灵敏度等优点，已成为目前用于元素形态分析的主要技术。本实验以 HPLC-ICP-MS 作为分析手段，0.15mol•L-1的硝酸（v/v，1%）加热提取，分析了大米中四种砷形态化合物，所建方法快速、准确、便捷，已申报 2011 年食品安全国家标准大米中无机砷含量测定方法。
第三章 鱼肉中砷形态化合物的研究...................................... 46-60
3.1 实验部分...................................... 46-48
3.1.1 实验仪器与设备...................................... 46
3.1.2 实验药品与试剂...................................... 46-47
3.1.3 标准储备液配置...................................... 47
3.1.4 电感耦合等离子体质谱条件...................................... 47
3.1.5 液相色谱条件 ......................................47
3.1.6 样品前处理...................................... 47
3.1.7 结果计算 ......................................47-48
3.2 结果与讨论...................................... 48-58
3.3 本章小结...................................... 58-60
第四章 碘、溴形态化合物的分析......................................60-78
4.1 饮用水中碘、溴形态分析...................................... 60-71
4.1.1 实验部分 ......................................60-62
4.1.2 结果与讨论 ......................................62-70
4.1.3 实验小结 ......................................70-71
4.2 ICP-MS 技术用于尿碘测定...................................... 71-78
4.2.1 实验部分 ......................................71-72
4.2.2 结果与讨论...................................... 72-76
4.2.3 本实验小结 ......................................76-78
第五章 结论与下一步计划...................................... 78-80
5.1 论文总结...................................... 78-79
5.2 论文的创新点 ......................................79
5.3 进一步的工作计划 ......................................79-80
结论
目前，元素形态分析已经成为元素分析的热点之一。高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术是元素形态分析的主流手段。食品中砷化合物的分析一直都是元素形态分析关注的重点之一，碘和溴的形态研究也逐渐成为元素形态分析的重要部分。本文主要进行了了以下两方面研究，并获得了预期的成果：
其一，建立了硝酸提取-HPLC- ICP-MS 联用技术测定大米中四种砷化合物的分析方法。优化了样品前处理和仪器检测条件，四种砷化合物的标准曲线线性范围为 0.5-400μg•L-1，相关系数均优于 0.9990，检出限为 0.06-0.08 μg•L-1。以回收率和标准参考物质考察方法的准确性，加标回收率分别为，AsⅢ：114.3%-118.2%，DMA：73.7%～85.4%，MMA：89.3%～91.1%，AsⅤ：73.7%～85.7%。AsⅢ回收率稍高，AsⅤ回收率稍低，这可能是由于无机砷之间的少量转化引起的，且这种现象与文献报道相符。大米标准参考物质(SRM1568a)的测定值符合参考值范围。以相对标准偏差评价方法的精密度，不同浓度形态砷化合物的 RSD 均低于 6 %。以所建方法测定了十份大米样本，实验结果表明，所测大米样本中的砷形态主要为 AsⅢ和 DMA或者 AsⅢ和 AsⅤ，各化合物含量与当地地理环境有关。本方法简便快速、准确性好，适用于大米样本中砷形态的测定。
其二，建立了超声提取-HPLC-ICP-MS 联用技术测定鱼肉样本中五种砷化合物的方法，优化了样品前处理和仪器检测条件。五种砷化合物标准曲线线性范围为 0.5-400 μg•L-1，线性相关系数均优于 0.9990，检出限为 0.04-0.08μg•L-1，各形态砷化合物的 RSD 均小于 5 %。五种砷化合物的回收率分别为：AsB：97.0%-111.0%，AsⅢ：94.8%-114.4%，DMA：80.0%-90.7%，MMA：80.0%-90.7%，AsⅤ：81.9% -95.0 %。以所建方法分析了鱼肉样本中砷形态化合物，鱼肉中砷化合物的主要形态为 AsB，个别样品含有 DMA 或者 AsⅢ，鱼肉中砷形态的分布及含量与鱼类的生长环境有关。