摘要：本文以水產品中砷污染現狀、生物體內富集轉化規律研究近況及常見砷形態分析方法發展為主線，討論砷形態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，簡述了不同砷形態分析方法的發展、應用及其優缺點。砷的存在形態決定了水產品中砷污染的毒性，單用砷的總含量評價砷對環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和毒性效果。

　　早期主要用色譜和原子光譜聯用分析砷，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原子熒光光譜法和高效液相色譜串聯電感耦合等離子體質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，討論砷形態分析方法在環境毒理學等研究中的重要作用。

　　關鍵詞：砷形態分析;砷毒性;氫化物發生-原子熒光光譜法

　　砷(俗稱砒)是環境中最常見有毒物質。2017年世界衛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)。不同形態砷的毒性不同，無機態的亞砷酸鹽和砷酸鹽毒性較大，為公認的致癌物質，有機態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砷，生物毒性不容忽視，而且在生物體內不同形態的砷也可以相互轉化。結合砷的總量分析和形態分析，開展砷毒性機制和風險評估的研究受到廣泛關注。經過多年的發展研究，該研究領域已經涵蓋砷的毒性、污染現狀、富集轉化規律，并建立了一系列靈敏、準確的砷形態分析方法。

　　1砷的毒性研究

　　廣泛存在于環境中的砷的毒性因形態和化合物溶解度不同差別很大。大部分有機砷的毒性較弱，單質砷在環境中的溶解度低，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皮膚癌，對肝臟、生殖系統和機體酶系統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]。

　　據報道，直接接觸有毒砷化物可以產生急性炎癥、出血和壞死，進入機體后可使細胞內酶失活，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現的海洋動物體內最主要的砷形態，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，海洋動物體內砷主要以此形態存在[6]。

　　隨著砷形態檢測技術的發展，最近在淡水動物(如魚)體內檢出了低濃度的砷甜菜堿。水生生物體內也發現了砷膽堿，但濃度低于砷甜菜堿。體外試驗發現，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72h后，AsB提高了骨髓中大型成熟細胞數。

　　然而，迄今在克隆實驗中并未發現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]等研究發現，接觸25μmol·L-1的As(Ⅲ)或100μmol·L-1的As(Ⅴ)對原代培養的Wister大鼠腦組織星型膠質細胞即可產生明顯的毒性損傷;相同條件下MMA和DMA對原代培養星型膠質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的影響，發現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明顯上升，DNA單鏈斷裂。體外試驗證實，損傷DNA的主要物質是DMA的進一步代謝產物二甲基胂化物。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水產品中砷的污染現狀

　　目前，水產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，分析發現砷的濃度范圍在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]評估臺灣主要海產品食用風險時發現，牡蠣Ostreagigas的銅、鋅、砷含量在各種海產品中最高。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。當牡蠣體內砷的殘留水平在5.6~7.6μg·kg-1(濕重)時即達到衛生防護標準上限。黃宏瑜等[15]研究珠海市近海水域海、淡水水產品重金屬污染狀況時發現，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電感耦合等離子體質譜法可測出鯖Pneu-matophorusjaponicus和鯡Clupeapallasi中痕量的DMA;高效液相色譜串聯配有氫化物發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]。

　　國內學者廣泛研究了水產品中總砷和不同形態砷的含量。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個樣品的分析發現，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品質量安全標準。遠洋漁業公司提供的南極磷蝦油中總砷含量較高，多以AsB形態賦存;廣州市貨貝Monetariamoneta、金線魚Nemipterusvirgatus和魷Ommastrephesbartrami及汕頭市養殖蝦中均檢出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境和生物的污染不能如實反映砷的污染現狀，應對其進行具體的形態分析和毒性效果評估。

　　3砷在生物體內的富集與轉化研究

　　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，被腸道和肺部吸收。機體消化系統和酶系統對其富集轉化后，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。機體內砷化合物的代謝過程中產生的氧自由基能夠激發層疊的毒性效應[23]，砷的富集轉化規律、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子梯度相關[24]。

　　研究證實，淡水綠藻可以迅速將體內五價砷轉化成二甲基砷化物和砷糖類等物質[25]，這對水體中砷化物的降解有重要意義。急性毒性試驗發現，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物含量，未發現豚鼠進行無機砷甲基化;以砷酸鹽染毒時，砷化物大部分經腎臟以尿液的形式排出體外;染毒試驗發現，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平均砷含量達到34.0ng·kg-1(濕重)[28];Davis[29]等研究了底質中的砷在魚體內的生物富集規律，發現魚體內的砷含量與底質中砷含量密切相關。澳大利亞胭脂魚Myxocyprinusasiaticus各組織內砷含量顯著不同，主要富集在肝臟，含量達到19.2ng·kg-1(干重)[30]。

　　Mormede等[31]研究了深海魚體內砷的富集規律，發現其累積和分布規律與魚的種類關系密切，且差異較顯著;對體內砷化合物毒性的研究發現，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，發現洛克沙胂在鯽各組織內的殘留多在第3d達到平穩水平，內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;轉入清水后，砷含量迅速下降，24h后即消除完全。

　　4不同形態砷的分析方法

　　目前，砷化物的形態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譜聯用技術[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、穩定性強，已應用于不同類型研究領域，發展較為成熟;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。液相色譜串聯原子吸收光譜法直接測定砷化物形態噪聲干擾大，檢出限高，但是，利用氫化物發生裝置將不同形態砷化物經硼氫化鉀還原為共價氣態氫化物可優化其靈敏度[37]。

　　研究表明[38-41]，高效液相色譜-氫化物生成-原子吸收聯用系統測定環境、地下水和食品中不同形態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。高效液相色譜串聯電感耦合等離子體質譜在砷形態分析中有明顯優勢，但儀器配備率較低和維護費用成本高，使其難以普及應用。

　　氫化物發生原子熒光光譜測定砷的檢出限低、穩定性好、耗時短、成本低廉，優于其他分析儀器。用不同前處理方式后可以用液相色譜串聯原子熒光法測定超痕量的砷形態。VanElteren等[42]采用HPLC-HG-AFS聯用系統，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原子熒光法在天然淡水樣品中的砷形態分析檢出限，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。

　　水產品中砷形態分析方法的研究主要集中在樣品砷形態提取效率和儀器條件優化等。Guo等[44]利用液相色譜串聯原子熒光法，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]采用液相色譜串聯原子熒光法分析市售海產品中四種形態砷化物含量。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，優化了萃取劑的濃度、提取時間和儀器條件，發現在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聯用系統可以滿足多形態砷化合物的分析，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]采用氫化物發生-原子熒光光譜法對砷化合物進行色譜分離研究，發現人體尿液中存在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化合物的有效手段，也可為研究砷在機體內相互轉化機制提供技術支持。高效液相色譜-氫化物發生-原子熒光光譜法是基于氫化物發生提高砷形態分析靈敏度的方法，對于基質復雜、不易產生氣態氫化物的砷形態化合物，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化合物，產生氣態氫化合物，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

　　砷的形態研究在未知砷形態化合物的鑒定、篩查、砷的富集轉化規律和與機體酶系統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展方向。以不同形態的砷含量評價水產品中砷的環境健康效應比用砷總量評價更科學。研究魚體內砷的富集規律與形態轉化機制，可為水產品中砷限量標準的修訂和水產品質量安全提供基礎數據，為推測砷的生物地球化學循環與人體健康關系、砷在生物體內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據支撐和理論參考。

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