摘要：本文以水產(chǎn)品中砷污染現(xiàn)狀、生物體內(nèi)富集轉(zhuǎn)化規(guī)律研究近況及常見砷形態(tài)分析方法發(fā)展為主線，討論砷形態(tài)分析在砷污染問題上的迫切性，總結砷在原核生物、真核生物、哺乳動物和高等植物中的富集及解毒機制的研究進展，簡述了不同砷形態(tài)分析方法的發(fā)展、應用及其優(yōu)缺點。砷的存在形態(tài)決定了水產(chǎn)品中砷污染的毒性，單用砷的總含量評價砷對環(huán)境和生物的污染不能真實反映砷污染，應評估其具體的形態(tài)和毒性效果。

　　早期主要用色譜和原子光譜聯(lián)用分析砷，隨著檢測技術的更新，目前食品安全國家標準中已采用高效液相色譜串聯(lián)原子熒光光譜法和高效液相色譜串聯(lián)電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定總砷及無機砷的含量。結合國際上最新的研究進展，討論砷形態(tài)分析方法在環(huán)境毒理學等研究中的重要作用。

　　關鍵詞：砷形態(tài)分析;砷毒性;氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法

　　砷(俗稱砒)是環(huán)境中最常見有毒物質(zhì)。2017年世界衛(wèi)生組織國際癌癥研究機構(IARC)將砷和無機砷化合物列為一類致癌物。水產(chǎn)品中砷化合物主要為亞砷酸鹽、砷酸鹽、一甲基砷酸(MMA)、二甲基砷酸(DMA)、砷甜菜堿(AsB)和砷膽堿(AsC)。不同形態(tài)砷的毒性不同，無機態(tài)的亞砷酸鹽和砷酸鹽毒性較大，為公認的致癌物質(zhì)，有機態(tài)的一甲基砷化物和二甲基砷酸毒性較小，但亦為明確的致癌物，砷甜菜堿和砷膽堿常被認為是無毒[1]。

　　受設備及方法的限制，通常檢測的多為總砷的含量。近年來對不同形態(tài)砷的生物毒性效應的研究表明，此前被認為是無毒或低毒的有機形態(tài)砷，生物毒性不容忽視，而且在生物體內(nèi)不同形態(tài)的砷也可以相互轉(zhuǎn)化。結合砷的總量分析和形態(tài)分析，開展砷毒性機制和風險評估的研究受到廣泛關注。經(jīng)過多年的發(fā)展研究，該研究領域已經(jīng)涵蓋砷的毒性、污染現(xiàn)狀、富集轉(zhuǎn)化規(guī)律，并建立了一系列靈敏、準確的砷形態(tài)分析方法。

　　1砷的毒性研究

　　廣泛存在于環(huán)境中的砷的毒性因形態(tài)和化合物溶解度不同差別很大。大部分有機砷的毒性較弱，單質(zhì)砷在環(huán)境中的溶解度低，毒性也不大，但是，無機砷化合物的毒性較為劇烈，已引起廣泛關注[2]。1980年IARC已肯定攝入無機砷可引發(fā)皮膚癌，對肝臟、生殖系統(tǒng)和機體酶系統(tǒng)都有不同程度的毒性作用。三價砷As(Ⅲ)和五價砷As(Ⅴ)的毒性高，痕量即使鼠在96h內(nèi)半致死性中毒;而一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA)具有中等毒性，砷甜菜堿基本無毒性[3,4]。

　　據(jù)報道，直接接觸有毒砷化物可以產(chǎn)生急性炎癥、出血和壞死，進入機體后可使細胞內(nèi)酶失活，干擾新陳代謝，最終導致細胞凋亡;DMA的細胞毒性與砷酸鹽和亞砷酸鹽的毒性相似，而MMA的細胞毒性很弱[5]。砷甜菜堿是目前為止發(fā)現(xiàn)的海洋動物體內(nèi)最主要的砷形態(tài)，通常占可提取砷的80%，濃度約為1~300μg·kg-1。研究表明，砷甜菜堿具有較高的生物可利用性，海洋動物體內(nèi)砷主要以此形態(tài)存在[6]。

　　隨著砷形態(tài)檢測技術的發(fā)展，最近在淡水動物(如魚)體內(nèi)檢出了低濃度的砷甜菜堿。水生生物體內(nèi)也發(fā)現(xiàn)了砷膽堿，但濃度低于砷甜菜堿。體外試驗發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉對小鼠骨髓細胞有較強的細胞毒性;AsB明顯增強骨髓細胞活性;小鼠骨髓細胞培養(yǎng)72h后，AsB提高了骨髓中大型成熟細胞數(shù)。

　　然而，迄今在克隆實驗中并未發(fā)現(xiàn)AsB引起骨髓細胞增殖[5,7]，也沒有胚胎毒性[8]，鼠口服砷甜菜堿的急性LD50大于10g·kg-1[9]。金亞平等[10]等研究發(fā)現(xiàn)，接觸25μmol·L-1的As(Ⅲ)或100μmol·L-1的As(Ⅴ)對原代培養(yǎng)的Wister大鼠腦組織星型膠質(zhì)細胞即可產(chǎn)生明顯的毒性損傷;相同條件下MMA和DMA對原代培養(yǎng)星型膠質(zhì)細胞無明顯的直接毒性作用。秦志峰等[11]研究了亞砷酸鈉對人淋巴細胞遺傳物質(zhì)的影響，發(fā)現(xiàn)不同濃度的亞砷酸鈉對人淋巴細胞微核率、染色體畸變率和姊妹染色體互換率的影響顯著高于對照組。砷的甲基化代謝物(尤其是DMA)也具有細胞毒性[12]。

　　DMA染毒后可使小鼠骨髓細胞有絲分裂指數(shù)明顯上升，DNA單鏈斷裂。體外試驗證實，損傷DNA的主要物質(zhì)是DMA的進一步代謝產(chǎn)物二甲基胂化物。它與分子氧反應形成活性氧參與DNA的損傷形成。DMA能誘導巨核細胞凋亡，不能被抗氧化酶(超氧化物歧化酶SOD)和過氧化氫酶(CAT)阻斷，而谷胱甘肽(GSH)卻能增強DMA的細胞毒性。

　　2水產(chǎn)品中砷的污染現(xiàn)狀

　　目前，水產(chǎn)品中砷化合物的污染較為常見。Dabeka等[13]采集了加拿大6個城市的食品，分析發(fā)現(xiàn)砷的濃度范圍在0.1~4830μg·kg-1。魚類砷平均含量最高，為1662μg·kg-1，肉和家禽為24.3μg·kg-1，面包和谷物為24.5μg·kg-1，脂肪和油為19μg·kg-1。加拿大人平均每日攝入總砷量為38.1μg，1~4歲組為14.9μg，20~39歲男性為59.2μg。Han等[14]評估臺灣主要海產(chǎn)品食用風險時發(fā)現(xiàn)，牡蠣Ostreagigas的銅、鋅、砷含量在各種海產(chǎn)品中最高。用139g·d-1的牡蠣個體最大的消費率計算目標的危害商數(shù)有機砷為1.61。

　　無機砷可能導致終生致癌風險，馬群島居民消費牡蠣的無機砷風險估算為5.10×10-4，長期食用牡蠣對一些高危人群可能是危險的。當牡蠣體內(nèi)砷的殘留水平在5.6~7.6μg·kg-1(濕重)時即達到衛(wèi)生防護標準上限。黃宏瑜等[15]研究珠海市近海水域海、淡水水產(chǎn)品重金屬污染狀況時發(fā)現(xiàn)，淡水魚有毒元素含量較低，甲殼類和貝類砷含量超標率高。

　　采用高效液相色譜串聯(lián)電感耦合等離子體質(zhì)譜法可測出鯖Pneu-matophorusjaponicus和鯡Clupeapallasi中痕量的DMA;高效液相色譜串聯(lián)配有氫化物發(fā)生器的原子熒光法也可檢出中國對蝦Penaeusorientalis的DMA含量，但在鱈Gadusmacrocephalus、褐牙鲆Paralichthysolivaceus、黑線鱈Melanogrammusae-glefinus、鰈Pleuronectidae等通過上述兩種技術均未檢測到[16,17]。

　　國內(nèi)學者廣泛研究了水產(chǎn)品中總砷和不同形態(tài)砷的含量。覃東立等[18]對東北三省9個市縣45家漁場的鯉Cyprinuscarpio、草魚Ctenopharyngodonidellus和鯽Carassiusauratus共計177個樣品的分析發(fā)現(xiàn)，砷元素在不同魚類肌肉中殘留量變化在nd~0.534mg·kg-1(濕重)之間，平均含量為0.084mg·kg-1(濕重)，低于限量標準。

　　值得關注的是，不同種類的魚體肌肉中As含量不同，其中含量較高的已超出國家水產(chǎn)品質(zhì)量安全標準。遠洋漁業(yè)公司提供的南極磷蝦油中總砷含量較高，多以AsB形態(tài)賦存;廣州市貨貝Monetariamoneta、金線魚Nemipterusvirgatus和魷Ommastrephesbartrami及汕頭市養(yǎng)殖蝦中均檢出As(Ⅴ)，潛在食用風險需引起重視。近幾年，對砷的存在形態(tài)決定其生物毒性和化學毒性的認識不斷加深，用砷的總含量來評價砷對環(huán)境和生物的污染不能如實反映砷的污染現(xiàn)狀，應對其進行具體的形態(tài)分析和毒性效果評估。

　　3砷在生物體內(nèi)的富集與轉(zhuǎn)化研究

　　目前廣泛研究了不同生物，包括原核生物如細菌、真核生物如酵母、哺乳動物和高等植物對砷的富集以及相應的解毒機制。三價和五價砷化合物均可從消化道和呼吸道進入體內(nèi)，被腸道和肺部吸收。機體消化系統(tǒng)和酶系統(tǒng)對其富集轉(zhuǎn)化后，毒性較強的五價砷化合物先被還原成三價砷化合物，然后經(jīng)過甲基化逐漸聚集在腎臟和腸道緩慢排出。形成的甲基化砷化合物一般毒性和活性較低，無機砷化合物更容易由尿排出，還有一部分則以膽汁和汗液的形式排出體外。在此過程中，五價砷化合物還原是機體砷代謝的第一步，一般三價砷毒性高于五價砷，因此，這一步常被看作是機體砷化物的致毒過程[22]。

　　砷的毒性及其致癌風險也與此關系密切。機體內(nèi)砷化合物的代謝過程中產(chǎn)生的氧自由基能夠激發(fā)層疊的毒性效應[23]，砷的富集轉(zhuǎn)化規(guī)律、解毒機理和砷化物毒性鈍化技術的研究值得廣泛關注。砷進入植物體內(nèi)后，也有相應的解毒機制。五價砷通過與磷酸鹽相似的離子通道從細胞中排出，而三價砷則可直接排出，排出速率與細胞膜上質(zhì)子梯度相關[24]。

　　研究證實，淡水綠藻可以迅速將體內(nèi)五價砷轉(zhuǎn)化成二甲基砷化物和砷糖類等物質(zhì)[25]，這對水體中砷化物的降解有重要意義。急性毒性試驗發(fā)現(xiàn)，三價砷對大型水蚤Daphniamagna的24hEC50為2.7mg·L-1[26]。靜脈注射砷酸鹽和亞砷酸鹽后，用液相色譜串聯(lián)原子熒光法檢測給藥鼠、豚鼠和兔膽汁和尿液中砷及其代謝產(chǎn)物含量，未發(fā)現(xiàn)豚鼠進行無機砷甲基化;以砷酸鹽染毒時，砷化物大部分經(jīng)腎臟以尿液的形式排出體外;染毒試驗發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鹽的代謝途徑主要為膽汁，在2h代謝中以MMA形式排泄出所給劑量8%左右的污染物[27]。

　　大多數(shù)魚類包括一些淡水魚類，對砷化物具有一定的生物富集性。如在被砷污染的Txeoma湖底泥中，砷含量達到209ng·kg-1(干重)，生活在湖中的魚體內(nèi)平均砷含量達到34.0ng·kg-1(濕重)[28];Davis[29]等研究了底質(zhì)中的砷在魚體內(nèi)的生物富集規(guī)律，發(fā)現(xiàn)魚體內(nèi)的砷含量與底質(zhì)中砷含量密切相關。澳大利亞胭脂魚Myxocyprinusasiaticus各組織內(nèi)砷含量顯著不同，主要富集在肝臟，含量達到19.2ng·kg-1(干重)[30]。

　　Mormede等[31]研究了深海魚體內(nèi)砷的富集規(guī)律，發(fā)現(xiàn)其累積和分布規(guī)律與魚的種類關系密切，且差異較顯著;對體內(nèi)砷化合物毒性的研究發(fā)現(xiàn)，亞砷酸鈉和砷酸鈉對青鳉Oryziaslatipes的LC50分別為14.6mg·L-1和30.3mg·L-1。機體內(nèi)砷化物的富集程度與亞砷酸鈉濃度呈正相關，只有少量的砷甲基化，更多的砷化物被機體代謝出體外[32]。

　　孫永學等[33]利用洛克沙胂脅迫鯽，進行富集試驗，發(fā)現(xiàn)洛克沙胂在鯽各組織內(nèi)的殘留多在第3d達到平穩(wěn)水平，內(nèi)臟中砷的殘留量最高達30.25mg·kg-1，15d后肌肉中砷的含量已低于0.5mg·kg-1;轉(zhuǎn)入清水后，砷含量迅速下降，24h后即消除完全。

　　4不同形態(tài)砷的分析方法

　　目前，砷化物的形態(tài)分析中大部分采用高效液相色譜與原子熒光光譜、原子吸收光譜和電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術[34-36]。在單元素定量分析中，原子吸收光譜法選擇性好、靈敏度高、穩(wěn)定性強，已應用于不同類型研究領域，發(fā)展較為成熟;原子吸收光譜往往需要借助色譜分離技術才能更好地分析元素砷。液相色譜串聯(lián)原子吸收光譜法直接測定砷化物形態(tài)噪聲干擾大，檢出限高，但是，利用氫化物發(fā)生裝置將不同形態(tài)砷化物經(jīng)硼氫化鉀還原為共價氣態(tài)氫化物可優(yōu)化其靈敏度[37]。

　　研究表明[38-41]，高效液相色譜-氫化物生成-原子吸收聯(lián)用系統(tǒng)測定環(huán)境、地下水和食品中不同形態(tài)砷化物可以滿足痕量分析需求。但是，隨著分析儀器的不斷發(fā)展和分析技術的更新，人們開始更多關注靈敏度更高、抗干擾能力更強、運行維護費用更低廉的儀器。高效液相色譜串聯(lián)電感耦合等離子體質(zhì)譜在砷形態(tài)分析中有明顯優(yōu)勢，但儀器配備率較低和維護費用成本高，使其難以普及應用。

　　氫化物發(fā)生原子熒光光譜測定砷的檢出限低、穩(wěn)定性好、耗時短、成本低廉，優(yōu)于其他分析儀器。用不同前處理方式后可以用液相色譜串聯(lián)原子熒光法測定超痕量的砷形態(tài)。VanElteren等[42]采用HPLC-HG-AFS聯(lián)用系統(tǒng)，基于選擇性共沉淀技術HPLC-HG-AFS，使礦泉水中As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的檢出限達0.05μg·L-1。Bohari等[43]利用氣-液分離裝置顯著提高了液相色譜串聯(lián)原子熒光法在天然淡水樣品中的砷形態(tài)分析檢出限，水樣中通常遇到的四種砷化物As(Ⅲ)、As(Ⅴ)、MMA和DMA檢出限達到0.05~0.07μg·L-1。

　　水產(chǎn)品中砷形態(tài)分析方法的研究主要集中在樣品砷形態(tài)提取效率和儀器條件優(yōu)化等。Guo等[44]利用液相色譜串聯(lián)原子熒光法，在超聲時間(60min)、超聲溫度(60℃)、鹽酸濃度(5mol/L)下提取新疆額爾齊斯河水域魚體中無機砷，As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的檢出限均為0.02mg·kg-1。

　　其中，白斑狗魚EsoxluciusAs(Ⅲ)含量為0.071mg·kg-1，鯉As(Ⅲ)含量為0.082mg·kg-1，河鱸PercafluviatilisAs(Ⅴ)含量為0.051mg·kg-1。Yang等[45]采用液相色譜串聯(lián)原子熒光法分析市售海產(chǎn)品中四種形態(tài)砷化物含量。結果表明，As(Ⅲ)的檢出限為0.02mg·kg-1，MMA、DMA和As(Ⅴ)的檢出限均為0.03mg·kg-1。所檢測的海產(chǎn)品中總砷含量很高，但多以毒性較弱的有機砷為主，無機砷含量很低。

　　Shang等[46]利用高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法測定海藻食品中三價砷化合物的含量，優(yōu)化了萃取劑的濃度、提取時間和儀器條件，發(fā)現(xiàn)在0.10mg·kg-1和1.0mg·kg-1添加水平下As(Ⅲ)的平均回收率在92%以上，相對標準偏差小于4%，具有較高的精度。HPLC-HG-AFS聯(lián)用系統(tǒng)可以滿足多形態(tài)砷化合物的分析，還可靈敏地分析一些重要的砷代謝中間體。

　　利用離子對色譜50℃下恒溫分離，可以成功分析砷代謝中間產(chǎn)物一甲基亞砷酸MMA和二甲基亞砷酸DMA。Cullen等[47]采用氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法對砷化合物進行色譜分離研究，發(fā)現(xiàn)人體尿液中存在MMA。一般認為，MMA是砷的生物甲基化代謝的關鍵中間體，其中涉及由五價甲基氧化加成逐步還原成三價砷。

　　As(Ⅲ)、MMA、DMA和As(Ⅴ)在5min之前完全出峰，可作為快速定量檢測痕量砷形態(tài)化合物的有效手段，也可為研究砷在機體內(nèi)相互轉(zhuǎn)化機制提供技術支持。高效液相色譜-氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法是基于氫化物發(fā)生提高砷形態(tài)分析靈敏度的方法，對于基質(zhì)復雜、不易產(chǎn)生氣態(tài)氫化物的砷形態(tài)化合物，可采用在線消解裝置進行在線消解，將其降解為簡單砷形態(tài)化合物，產(chǎn)生氣態(tài)氫化合物，拓展原子熒光分析測定范圍，靈敏地分析砷膽堿、砷甜菜堿、四甲基砷離子和砷糖等復雜砷化合物[48-51]。

　　5展望

　　砷的形態(tài)研究在未知砷形態(tài)化合物的鑒定、篩查、砷的富集轉(zhuǎn)化規(guī)律和與機體酶系統(tǒng)相互作用的毒理學機制研究、脫砷技術的研究等方面都將成為今后的發(fā)展方向。以不同形態(tài)的砷含量評價水產(chǎn)品中砷的環(huán)境健康效應比用砷總量評價更科學。研究魚體內(nèi)砷的富集規(guī)律與形態(tài)轉(zhuǎn)化機制，可為水產(chǎn)品中砷限量標準的修訂和水產(chǎn)品質(zhì)量安全提供基礎數(shù)據(jù)，為推測砷的生物地球化學循環(huán)與人體健康關系、砷在生物體內(nèi)的吸收及代謝機制以及減少砷在水生生物中的積累，控制其在食物鏈中的傳遞提供數(shù)據(jù)支撐和理論參考。

　　參考文獻

　　[1]DangQH,NekrassovaO,ComptonRG.Analyticalmethodsforinorganicarsenicinwater:areview[J].Talanta,2004,64(2):269-277.

　　[2]劉桂華,汪麗.HPLC-ICP-MS在紫菜中砷形態(tài)分析的應用[J].分析測試學報,2002,21(4):88-90.

　　[3]陳靜,周黎明,曲剛蓮.HPLC聯(lián)用技術在環(huán)境砷形態(tài)分析上的應用[J].環(huán)境科學與技術,2003,26(2):60-62.

　　[4]SamantaG,ChowdhuryUK,MandalBK,etal.Highperformanceliquidchromatographyinductivelycoupledplasmamassspectrometryforspeciationofarseniccompoundsinurine[J].MicrochemicalJournal,2000,65(2):113-127.

　　[5]SakuraiT,KojimaC,OchiaiM,etal.Evaluationofinvivoacuteimmunotoxicityofamajororganicarseniccompoundarsenobetaineinseafood[J].InternationalImmunopharmacology,2004,4(2):179-184.

　　[6]FrancesconiKA,EdmondsJS.Arsenicspeciesinmarinesamples[J].CroaticaChemicaActa,1998,71(2):343-359.

　　環(huán)境方向評職投稿期刊：《環(huán)境科學與技術》(月刊)1978年創(chuàng)刊，是學術和技術類刊物，中文核心期刊，中國科技論文統(tǒng)計源期刊，中國科學引文數(shù)據(jù)庫來源期刊和中國學術期刊綜合評價數(shù)據(jù)庫來源期刊。刊登環(huán)境保護領域內(nèi)基礎研究和應用技術研究的科研成果。