CN107860851A - 一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法，其中，制备方法包括以下步骤：以高分辨质谱方法和HPLC‑ICP‑MS法分析三价砷化合物原料中三价砷化合物的纯度；当三价砷化合物原料中不含其他形态的砷元素化合物时，配制三价砷化合物溶液，在其中加入硫脲和抗坏血酸，得到三价砷化合物预处理溶液；将蒸馏纯化的MOS级盐酸溶液加入三价砷化合物预处理溶液中，得到三价砷化合物稳定溶液；在高纯氮保护下，封装得到标准物质；对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。该标准物质稳定性良好，满足其作为三价砷元素形态分析的标准物质，避免长期不用只能丢弃，从而造成的资源浪费和环境污染。

Description

一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法
技术领域
本发明涉及元素形态分析领域，尤其涉及一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法。
背景技术
为保证食品质量安全以及环境监测，我国制定了《GB2762—2005食品中污染物限量》规定甲基汞、无机砷、亚硝酸盐等在各类食品基体中的限量标准，也制定了《GB5749生活饮用水卫生标准》也规定了铬(六价)、溴酸盐、亚氯酸盐、氯酸盐等常规指标。因此，无机砷作为重要指标，成为当前环境、食品分析的一大热点。通常情况下利用HPLC-ICP-MS (HighPerformance Liquid Chromatography–Inductively Coupled Plasma-MassSpectrometry，高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱仪)分离检测样品中砷的形态分布，将所得谱图与砷的形态标准品的谱图作保留时间和峰面积的对照,即可得到定性与定量的信息，再计算样品中总砷含量。具体计算如下所示。
样品中各种砷元素形态以μg/L表示，按照下式计算：
式中：
X1—原始样品中各种砷元素形态的含量(μg/L)；
c1—稀释后测试溶液中各种砷元素形态的含量(μg/L)；
c0—空白试验中各种砷元素形态的含量(μg/L)；
V1—稀释用样品滤液的体积(mL)；
V2—稀释后式样体积(mL)。
由于砷元素具有多种不同形态，且不同形态毒性不同，在进行安全性评估的时候，如果仅仅依靠砷的总量做出结论显然是不准确和不科学的。我们需要将各种形态的砷化物按其毒性作加权平均才能得到合理的结果，这就需要分析方法的建立与相应标准物质的研制工作。
砷元素形态原料中经常会混有其他价态的砷，如果用此类原料制备标准物质，该标准物质配成混标时，会对其他形态砷的检测造成干扰。因此，制备之前必须对原料进行纯化。由于砷元素形态不稳定，尤其是三价砷和五价砷，相互之间极易转化，这使得三价砷标准物质稳定性达不到要求。此外，标准物质作为储备液，其浓度都比较大，在实际检测中，需要进行逐级稀释，稀释后的溶液又极不稳定，稀释后如果不能全部使用，只能丢弃，从而造成资源的浪费和环境的污染。
发明内容
本发明提供了一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法，以解决现有的砷元素标准物质不稳定，尤其是三价砷和五价砷相互之间极易转化，难以储备的问题。
第一方面，本发明提供了一种用于三价砷元素形态分析的标准物质的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100，取三价砷化合物原料，以高分辨质谱方法和HPLC-ICP-MS法分析三价砷化合物原料中三价砷化合物的纯度；步骤S200，判断三价砷化合物原料中是否含有除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物；步骤S300，当三价砷化合物原料中不含除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物时，以三价砷化合物原料配制三价砷化合物溶液，在三价砷化合物溶液中加入硫脲和抗坏血酸，搅拌后静置1h，得到三价砷化合物预处理溶液；步骤S400，将蒸馏纯化的MOS级盐酸溶液加入三价砷化合物预处理溶液中，搅拌均匀，得到三价砷化合物稳定溶液；步骤S500，在高纯氮保护下，将所述三价砷化合物稳定溶液在安瓿瓶封装，得到标准物质；步骤S600，对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。
可选地，还包括步骤S700，当三价砷化合物原料中含有除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物，通过制备型高效液相色谱对三价砷化合物原料进行纯化，得到纯化三价砷化合物原料，将纯化三价砷化合物原料作为三价砷化合物原料。
具体地，步骤S300中，三价砷化合物溶液中三价砷的物质的量浓度为50-200mmol/mL；每1000mL三价砷化合物溶液中，加入硫脲的物质的量为0.01-0.02mol，抗坏血酸的物质的量为0.02-0.04mol。
具体地，步骤S400中，MOS级盐酸溶液的体积分数为1-5％；三价砷化合物稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.1-0.4mmol/mL。
可选地，步骤S300中，三价砷化合物溶液中三价砷的物质的量浓度为100mmol/mL；每1000mL三价砷化合物溶液中，加入硫脲的物质的量为0.013mol，抗坏血酸的物质的量为0.028mol；步骤S400中，MOS级盐酸溶液的体积分数为2％；三价砷化合物稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.2mmol/mL。
可选地，步骤S600，采用HPLC-ICP-MS与LC-AFS(Liquid Chromatography-AtomicFluorescence Spectrometry，液相色谱-原子荧光光谱法)两种方法对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。
具体地，步骤S600包括：步骤S610，将国家一级标准物质三价砷，制备浓度为10ng/mL、 20ng/mL、30ng/mL、40ng/mL和50ng/mL的系列溶液；步骤S620，随机取15瓶标准物质，将其浓度均稀释至40ng/mL；步骤S630，将HPLC-ICP-MS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液为流动相；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液注入HPLC-ICP-MS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线；步骤S640，将稀释后标准物质注入HPLC-ICP-MS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到标准物质中的三价砷浓度值；步骤S650，将LC-AFS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液作为流动相，20g/L的硼氢化钾溶液作为还原剂，体积浓度5％的盐酸为载液；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液分别注入LC-AFS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线；步骤S660，将稀释后标准物质注入 LC-AFS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到标准物质中的三价砷浓度值；步骤S670，将HPLC-ICP-MS和LC-AFS两种方法得到的两组三价砷浓度值数据，通过格布拉斯法、t- 检验法和F-检验法进行检验，得到三价砷浓度定值。
优选地，还包括：步骤800，采用HPLC-ICP-MS方法对标准物质进行均匀性检验。
优选地，还包括：步骤900，采用HPLC-ICP-MS方法对标准物质进行三价砷元素形态稳定性检验。
可选地，三价砷化合物原料为亚砷酸钠、三氯化砷或三氧化二砷。
第二方面，本发明还提供了一种由第一方面制备方法制备得到的用于三价砷元素形态分析的标准物质。
本发明具有以下有益效果：
1、在三价砷化合物溶液中加入硫脲和抗坏血酸对其进行预处理，以硫脲的还原性初步预防三价砷转化为五价砷；抗坏血酸具有还原性的同时还能提供酸性环境，防止三价砷向五价砷的转化，保证得到的三价砷化合物预处理溶液中三价砷的纯度。
2、在三价砷化合物预处理溶液中增加H+的浓度防止三价砷被氧化，为其提供一个稳定的存在环境，得到三价砷化合物稳定溶液，进而得到稳定的标准物质。
3、本发明提供的制备方法通过LC-AFS和HPLC-ICP-MS两种方法对标准物质中三价砷浓度进行联合定值，以这两种不同原理的方法进行定值，数值准确、可溯源，是一种便捷、准确的方法。
4、以高分辨质谱方法和HPLC-ICP-MS法分析三价砷化合物原料中三价砷化合物的纯度，对三价砷化合物原料进行筛选纯化，保证其中三价砷化合物的纯度，为后续操作进行铺垫，有利于保证最终得到的标准物质的质量。
5、本发明提供的标准物质稳定性良好，可保持一年的时间内浓度不变，同时其三价砷的纯度足以满足其作为三价砷元素形态分析的标准物质，避免长期不用只能丢弃，从而造成的资源浪费和环境污染。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本发明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的用于三价砷元素形态分析的标准物质的制备方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种用于三价砷元素形态分析的标准物质及其制备方法，以解决现有的砷元素标准物质不稳定，尤其是三价砷和五价砷相互之间极易转化，难以储备的问题。参见图1所示的流程图，为本发明提供的用于三价砷元素形态分析的标准物质的制备方法的流程图。下面将结合图1，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一
一种用于三价砷元素形态分析的标准物质的制备方法，包括以下步骤：
步骤S100，取三价砷化合物原料，可选择亚砷酸钠、三氯化砷或三氧化二砷，本实施例选择亚砷酸钠，以高分辨质谱方法和HPLC-ICP-MS法分析亚砷酸钠原料中亚砷酸钠的纯度，具体地，以高分辨质谱方法确认亚砷酸钠原料的形态结构，以HPLC-ICP-MS法分析所述亚砷酸钠原料中亚砷酸钠的纯度。
步骤S200，判断亚砷酸钠原料中是否含有除亚砷酸钠以外的其他形态的砷元素化合物；具体地，根据步骤S100中以高分辨质谱方法确认亚砷酸钠原料的形态结构，判断所述亚砷酸钠原料中是否含有其他有机砷化合物杂质；以HPLC-ICP-MS法分析所述亚砷酸钠原料中亚砷酸钠的纯度，判断所述亚砷酸钠原料中是否含有除亚砷酸钠以外的其他形态的无机砷元素化合物。
步骤S300，当亚砷酸钠原料中不含除亚砷酸钠以外的其他形态的砷元素化合物时，即亚砷酸钠原料中既不含其他有机砷化合物杂质也不含有无机砷元素化合物杂质。需要注意的是，本发明中所描述的“不含”并非绝对意义上的没有，只是在仪器检测精度维度上的“不含”。以亚砷酸钠原料配制亚砷酸钠溶液，在亚砷酸钠溶液中加入硫脲和抗坏血酸，搅拌后静置1h，得到亚砷酸钠预处理溶液。
其中，亚砷酸钠溶液中三价砷的物质的量浓度为100mmol/mL，亚砷酸钠溶液的体积为1000mL，加入硫脲的物质的量为0.013mol，抗坏血酸的物质的量为0.028mol。以硫脲的还原性初步预防三价砷转化为五价砷，抗坏血酸具有还原性的同时还能提供酸性环境，防止三价砷向五价砷的转化，保证得到的亚砷酸钠预处理溶液中三价砷的纯度。
根据具体检测要求，可调整亚砷酸钠溶液中各组分浓度。一般地，三价砷化合物溶液中三价砷的物质的量浓度为50-200mmol/mL；每1000mL三价砷化合物溶液中，加入硫脲的物质的量为0.01-0.02mol，抗坏血酸的物质的量为0.02-0.04mol。
步骤S700，当亚砷酸钠原料中含有除亚砷酸钠以外的其他形态的砷元素化合物，通过制备型高效液相色谱对亚砷酸钠原料进行纯化，得到纯化亚砷酸钠原料，将纯化亚砷酸钠原料作为亚砷酸钠原料。即当亚砷酸钠原料中含有除亚砷酸钠以外的其他形态的砷元素化合物时，需要对亚砷酸钠原料进行纯化后，在此进入步骤S100，对纯化后得到的亚砷酸钠原料进行检测，如此循坏，直到亚砷酸钠原料中不含有除亚砷酸钠以外的其他形态的砷元素化合物，进入步骤S400。以此来保证亚砷酸钠原料中亚砷酸钠的纯度，为后续操作进行铺垫，有利于保证最终得到的标准物质的质量。
步骤S400，将蒸馏纯化的MOS级盐酸溶液加入亚砷酸钠预处理溶液中，搅拌均匀，得到亚砷酸钠稳定溶液。其中，MOS级盐酸溶液的体积分数在1-5％范围内可调整，本实施例中，选择MOS级盐酸溶液的体积分数为2％；亚砷酸钠稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.2mmol/mL。在亚砷酸钠预处理溶液中增加H+的浓度可促进下列反应向右进行，防止三价砷被氧化，为其提供一个稳定的存在环境，得到亚砷酸钠稳定溶液，进而得到稳定的标准物质。
H3ASO4+2H++2e＝H3ASO3+H2O。
根据步骤S300中亚砷酸钠溶液和亚砷酸钠预处理溶液中各组分浓度的调整，本步骤中，三价砷化合物稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.1-0.4mmol/mL。
步骤S500，为防止三价砷转化，确保其稳定存在于亚砷酸钠稳定溶液中，在高纯氮保护下，将亚砷酸钠稳定溶液在安瓿瓶封装，得到标准物质。
步骤S600，对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。一方面，可采用现有技术提供的定值方法，即采用核磁共振方法和HPLC-ICP-MS方法确定砷化合物的形态及纯度；采用HPLC-IDMS(High Performance Liquid Chromatography-Isotope Dilution-MassSpectrometry,高效液相色谱-同位素稀释质谱法)、ICP-MS(Inductively CoupledPlasma-Mass Spectrometr,电感耦和等离子体质谱法)、ICP-AES(Inductively CoupledPlasma-Atomic Emission Spectrometry,电感耦合等离子体发射光谱法)和原子荧光光谱法对标准物质的三价砷浓度进行定值。由于需要5种方法联合，分别对砷形态、砷化合物纯度以及标准物质中三价砷浓度进行测定，定值过程非常繁琐、复杂。
另一方面，本发明还提供了一种新的定值方法，即采用HPLC-ICP-MS与LC-AFS两种方法对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。具体地，包括以下步骤：
步骤S610，将国家一级标准物质三价砷，制备浓度为10ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mL和50ng/mL的系列溶液。
步骤S620，随机取15瓶标准物质，将其浓度均稀释至40ng/mL。
步骤S630，将HPLC-ICP-MS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液为流动相；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液注入HPLC-ICP-MS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线。
步骤S640，将稀释后标准物质注入HPLC-ICP-MS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到标准物质中的三价砷浓度值。
步骤S650，将LC-AFS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液作为流动相，20g/L的硼氢化钾溶液作为还原剂，体积浓度5％的盐酸为载液；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液分别注入LC-AFS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线。
步骤S660，将稀释后标准物质注入LC-AFS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到标准物质中的三价砷浓度值。
步骤S670，将HPLC-ICP-MS和LC-AFS两种方法得到的两组三价砷浓度值数据，通过格布拉斯法、t-检验法和F-检验法进行检验，得到三价砷浓度定值。
步骤800，采用HPLC-ICP-MS方法对标准物质进行均匀性检验。具体地，取11瓶步骤S501得到的标准物质，以常规HPLC-ICP-MS方法对其进行检测，发现本发明制备的标准物质均匀性良好，可作为三价砷元素形态分析的标准物质。检验结果如图1所示。
表1本发明提供的标准物质的均匀性检验结果
步骤900，采用HPLC-ICP-MS方法对标准物质进行三价砷元素形态稳定性检验。将本发明的标准物质与以水为基体的三价砷储备溶液分别储存在4℃环境中，定期测定其三价砷的浓度值。由数据可知，本标准物质稳定性良好，在一年的时间内本发明的标准物质可以保持浓度不变，而普通的三价砷的储备溶液在前两个月内，随着三价砷向五价砷的转化，导致其三价砷的浓度会降低很多。
表2本发明提供的标准物质的稳定性检验结果
以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。根据具体实验过程中的需求，可调整三价砷化合物的种类，三价砷化合物中各组分的浓度，MOS级盐酸溶液的浓度，各种变化均可参考实施例一，在此不详细阐述。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本发明的其它实施方案。本发明旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本发明并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本发明的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种用于三价砷元素形态分析的标准物质的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S100，取三价砷化合物原料，以高分辨质谱方法和HPLC-ICP-MS法分析所述三价砷化合物原料中三价砷化合物的纯度；
步骤S200，判断所述三价砷化合物原料中是否含有除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物；
步骤S300，当所述三价砷化合物原料中不含除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物时，以所述三价砷化合物原料配制三价砷化合物溶液，在三价砷化合物溶液中加入硫脲和抗坏血酸，搅拌后静置1h，得到三价砷化合物预处理溶液；
步骤S400，将蒸馏纯化的MOS级盐酸溶液加入所述三价砷化合物预处理溶液中，搅拌均匀，得到三价砷化合物稳定溶液；
步骤S500，在高纯氮保护下，将所述三价砷化合物稳定溶液在安瓿瓶封装，得到标准物质；
步骤S600，对所述标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤S700，当所述三价砷化合物原料中含有除三价砷化合物以外的其他形态的砷元素化合物，通过制备型高效液相色谱对所述三价砷化合物原料进行纯化，得到纯化三价砷化合物原料，将所述纯化三价砷化合物原料作为三价砷化合物原料。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S300中，所述三价砷化合物溶液中三价砷的物质的量浓度为50-200mmol/mL；每1000mL所述三价砷化合物溶液中，加入硫脲的物质的量为0.01-0.02mol，抗坏血酸的物质的量为0.02-0.04mol。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤S400中，所述MOS级盐酸溶液的体积分数为1-5％；所述三价砷化合物稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.1-0.4mmol/mL。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤S300中，所述三价砷化合物溶液中三价砷的物质的量浓度为100mmol/mL；每1000mL所述三价砷化合物溶液中，加入硫脲的物质的量为0.013mol，抗坏血酸的物质的量为0.028mol；
步骤S400中，所述MOS级盐酸溶液的体积分数为2％；所述三价砷化合物稳定溶液中三价砷的物质的量浓度为0.2mmol/mL。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤S600中，采用HPLC-ICP-MS与LC-AFS两种方法对标准物质中三价砷的浓度进行联合定值。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，步骤S600包括：
步骤S610，将国家一级标准物质三价砷，制备浓度为10ng/mL、20ng/mL、30ng/mL、40ng/mL和50ng/mL的系列溶液；
步骤S620，随机取15瓶所述标准物质，将其浓度均稀释至40ng/mL；
步骤S630，将HPLC-ICP-MS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液为流动相；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液注入HPLC-ICP-MS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线；
步骤S640，将稀释后标准物质注入HPLC-ICP-MS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到所述标准物质中的三价砷浓度值；
步骤S650，将LC-AFS开机，以0.5mmol/L的磷酸氢二钠和的磷酸二氢钾混合溶液作为流动相，20g/L的硼氢化钾溶液作为还原剂，体积浓度5％的盐酸为载液；待仪器稳定后，将三价砷国家标准物质系列溶液分别注入LC-AFS仪器，确定出峰的保留时间及峰面积，并做出标准曲线；
步骤S660，将稀释后标准物质注入LC-AFS仪器，观察其保留时间，记录相应保留时间所对应的峰面积，采用外标法计算得到稀释后标准物质中的三价砷浓度值，进而得到所述标准物质中的三价砷浓度值；
步骤S670，将HPLC-ICP-MS和LC-AFS两种方法得到的两组三价砷浓度值数据，通过格布拉斯法、t-检验法和F-检验法进行检验，得到三价砷浓度定值。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，还包括：
步骤800，采用HPLC-ICP-MS方法对所述标准物质进行均匀性检验。
步骤900，采用HPLC-ICP-MS方法对所述标准物质进行三价砷元素形态稳定性检验。
9.根据权利要求1至8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述三价砷化合物原料为亚砷酸钠、三氯化砷或三氧化二砷。
10.一种由权利要求1至8任一项所述的制备方法制备得到的用于三价砷元素形态分析的标准物质。
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