《Journal of Hazardous Materials》：Simultaneous preconcentration and penta-elemental speciation analysis of Cr, As, Cd, Hg, and Pb by online solid-phase extraction and high-performance liquid chromatography–inductively coupled plasma mass spectrometry
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同步分析铬、砷、镉、汞、铅五种重金属形态的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术，结合在线固相萃取前处理，实现快速（10分钟分离+2分钟富集）、灵敏（0.02-3.2 ng/L）、经济环保的多元素形态分析。
Pingxiu Zeng|Zhenzhen Ma|Hongmei Hu|Meiying Ye|Yuanchao Wang|Heyong Cheng
材料、化学与化学工程学院，教育部有机硅化学与材料技术重点实验室，杭州师范大学，中国杭州 311121
摘要
常见共存金属（类金属）——尤其是Cr、As、Cd、Hg和Pb——的特异性毒性、代谢特性和生物可利用性要求对其形态进行分析。由于这些物质在化学形式、浓度（从皮克到毫克/升）、相互作用以及样品基质方面的复杂性，多元素形态分析方法比传统的单元素形态分析方法更为适用。然而，目前的多元素形态分析方法主要仅适用于两种金属（类金属）。本文开发了一种高效、灵敏、经济且环保的方法，利用高效液相色谱结合电感耦合等离子体质谱和在线固相萃取（SPE）预浓缩技术，同时分析Cr、As、Cd、Hg和Pb五种金属的形态。食品样品使用0.1 M HNO3和5 mM L-半胱氨酸（Cys）的混合液进行提取，该提取剂因具有良好的提取效率、低噪声和最小的色谱干扰而被选中。所提出的方法分析时间短（分离10分钟，富集2分钟），线性优异（R2 > 0.995），检测限低（无SPE模式下为0.02–0.12 μg L?1；在线SPE模式下为0.02–3.2 ng L?1
引言
由于金属（类金属）及其化合物在人类活动中的广泛使用（例如废水处理[1]、[2]、[3]），它们对生态系统和环境的污染不可避免，成为全球健康问题[4]。其中，铬、砷、镉、汞和铅是五种在食品、医药和环境样品中被严格禁止的金属（类金属），因为它们对人体具有非必需性和急性/慢性毒性[5]、[6]、[7]、[8]、[9]。众所周知，金属（类金属）的迁移性、生物可利用性、毒性和代谢与其化学形式密切相关[10]。例如，皮肤膜对四乙基铅和二甲基汞的渗透性很高，其毒性高于无机形式[8]、[9]。考虑到这些金属（类金属）在实际样品中以多种化学形式共存，高效、灵敏、经济且环保的多元素形态分析方法对于同时定量非常必要（本研究的目的），因为多元素形态分析具有高通量特点，能够分析大量不稳定的样品并研究金属-金属（类金属）之间的相互作用[11]。虽然非色谱方法可能适用于特定的金属（类金属）种类[12]，但由于色谱与原子光谱检测的结合具有高效和多功能的分离能力，因此更常用于多元素形态分析。对于元素形态分析，气相色谱受到非挥发性和热不稳定金属（类金属）化合物的挥发性衍生化的限制[13]，而毛细管电泳则受限于复杂的接口设计[14]。相比之下，高效液相色谱（HPLC）与原子光谱检测天然兼容[15]、[16]，使其成为多元素形态分析的理想选择[11]。除了色谱技术外，高灵敏度和元素特异性检测对于形态分析至关重要。与现有的原子光谱技术（如原子吸收/发射/荧光光谱）相比，电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）因其高灵敏度、宽线性范围和多元素检测能力而成为目前最受欢迎的元素特异性检测方法[17]。因此，HPLC与ICP-MS的结合（HPLC-ICP-MS）是多元素形态分析的成熟且主要的选择[11]。尽管自1992年首个专门用于Hg和Pb形态分析的方法以来已经开发出许多HPLC-ICP-MS方法[18]，但大多数方法仅适用于两种金属（类金属）（绝大多数涉及As和Se[11]，以及其他组合如As和Hg[19]、[20]、[21]，Hg和Pb[18]、[22]，Cr和As[23]，Cd和Pb[24]，Sn和Pb[25]、[26]）。针对三种或四种金属（类金属）的HPLC-ICP-MS方法很少：只有三种方法同时分析三种金属（Hg、As和Pb[27]，Hg、Pb和V[28]以及As、Se和Cr[29]），两种方法同时分析四种金属（Cr、Mo、W和V[30]，以及Cr、Cd、Hg和Pb[31]）。据我们所知，目前尚无方法能够同时分析五种或更多金属（类金属）。在这项工作中，我们提出了一种利用HPLC-ICP-MS同时定量Cr、As、Cd、Hg和Pb多种化学形态的方法。鉴于这五种金属（类金属）及其化合物在结构和物理化学性质上的显著差异，我们仔细选择了流动相以实现快速基线分离。在线固相萃取（SPE）被用于在HPLC-ICP-MS测量前预先浓缩这些金属（类金属）物种，从而进一步降低检测限。我们还通过验证认证参考物质，将该方法应用于四个河水样本和三个鱼类样本。方法片段
化学试剂
1000 mg L?1的As(III)标准储备液购自Sigma-Aldrich（美国密苏里州圣路易斯）。五种1000 mg L?1的Cr(III)、Cr(VI)、Cd(II)和Hg(II)无机溶液（溶于5% HNO3）从国家标准物质中心（北京）获得。三种1000 mg L?1的As(V)、单甲基砷酸盐（MMA）和二甲基砷酸盐（DMA）标准储备液（以砷酸盐形式）分别用超纯水制备。HPLC分离条件的优化
从绿色分析化学的角度来看，开发多元素HPLC-ICP-MS方法是可取的，但由于金属（类金属）数量的增加，该方法仍然具有挑战性。砷的形态分析通常采用含TBAH的流动相进行反相色谱[16]。我们首先使用4 mM TBAH（pH 5.0）在AQ-C18柱上对五种金属（类金属，共13种化学形式）进行HPLC分离。结论
在这项工作中，我们开发了一种利用在线SPE-HPLC-ICP-MS同时分析Cr、As、Cd、Hg和Pb五种金属形态的方法。该方法效率很高，样品处理量为6 h?1?1?1?1）水平。与传统单元素方法相比，该方法在分析效率方面具有显著优势。
环境影响
本研究提出了一种绿色且高效的方法，用于量化环境水和食品中重要的持久性污染物——无机/有机化合物Cr、As、Cd、Hg和Pb。通过最大化分析的金属（类金属）种类、使用水相、简化实验设置以及缩短分析时间，该方法符合可持续分析实践，显示出比以往方法明显的优越性。更重要的是，同时进行的预浓缩确保了极低的检测限。作者贡献声明
Pingxiu Zeng：撰写——初稿、方法设计、数据管理。Zhenzhen Ma：方法设计、数据管理。Hongmei Hu：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、项目管理、方法设计、概念构思。Heyong Cheng：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、可视化、监督、项目管理、资金获取、概念构思。Meiying Ye：撰写——审稿与编辑、可视化、概念构思。Yuanchao Wang：撰写——审稿与利益冲突声明
作者声明没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。致谢
感谢中国国家自然科学基金项目编号22376048和21976048的财政支持。
