石墨爐原子吸收光譜法測定奶粉中的六價鉻

黃 鋒，曹建國，楊平華

（云南省昭通市疾病預(yù)防控制中心，云南 昭通 657000）

實驗室與分析

石墨爐原子吸收光譜法測定奶粉中的六價鉻

黃 鋒，曹建國，楊平華

（云南省昭通市疾病預(yù)防控制中心，云南 昭通 657000）

基于Cr(Ⅲ)與噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）生成的絡(luò)合物在石墨爐中的揮發(fā)性，建立一種前處理簡單、靈敏度高的測定奶粉中六價鉻的分析方法。對樣品的消化方式、Cr(Ⅲ)與TTA絡(luò)合的酸度、試劑的加入量、超聲波水浴的溫度和時間、靜置時間與石墨爐揮發(fā)Cr(Ⅲ)的原子化條件進(jìn)行探討。結(jié)果表明，Cr(Ⅵ)在0.002～0.010mg·L-1濃度內(nèi)呈良好線性關(guān)系(r=0.9995)。奶粉樣品中Cr(Ⅵ)不同加入量的平均回收率為78%～93%，其相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.8%～9.4%，檢出限為0.4 mg·L-1。方法具有分析速度快、靈敏度高、干擾少、操作簡便等特點，應(yīng)用于奶粉中六價鉻的測定獲得了滿意的結(jié)果。

石墨爐原子吸收光譜法；Cr( TTA)3揮發(fā)；六價鉻；奶粉

食品中的微量元素與人體健康密切相關(guān)。鉻是人體必需的微量元素，對人體具有一定的生理功能，它作為胰島素的強化劑，可激活胰島素，參與機體糖、脂肪、蛋白質(zhì)的代謝，能增強膽固醇的分解和排泄，防止動脈硬化，促進(jìn)氨基酸的轉(zhuǎn)運和蛋白質(zhì)的合成，促進(jìn)人體的生長發(fā)育，增強RNA的合成等[1]。鉻缺乏可能使脂肪代謝紊亂誘發(fā)動脈硬化和冠心病[2]，長期缺乏可引起糖尿病[3-4]。而六價鉻會對呼吸道、消化道有刺激作用，長期攝入對呼吸道、消化道有致癌、誘變作用，引起扁平上皮癌、肺癌等疾病[5-8]，過量攝入還會致人死亡。由于鉻在食物中已經(jīng)能滿足人體的需要，所以一般不必?fù)?dān)心其缺乏，而是要防止通過食物過量進(jìn)入人體而造成健康的危害。因此只有分別測定出食品中的三價鉻和六價鉻，才能對其營養(yǎng)與安全做出正確的評價。

目前測定六價鉻的分析方法主要有原子吸收光譜法（AAS）[9-10]、光度法[11]、高效液相色譜法（HPLC）[12]、電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法（ICP-AES）[13]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）[14]等。這些方法多數(shù)都是在試樣前處理階段分離三價鉻和六價鉻，分離操作繁瑣，且易引起樣品丟失或污染。

R. Moshier[15]對乙酰丙酮化合物（ACAC）、三氟乙酰丙酮（TFA）和六氟乙酰丙酮（HFA）的揮發(fā)性進(jìn)行了詳細(xì)報道，而Y. An[16]提出了利用Cr(TFA)3在石墨爐內(nèi)揮發(fā)分離三價鉻而直接測定六價鉻的方法。本實驗基于Cr(Ⅲ)與噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）生成的絡(luò)合物在石墨爐中的揮發(fā)性，建立一種奶粉中六價鉻形態(tài)分析的新分析方法。

1 材料與方法

1.1 主要儀器與試劑

ZEEnit 700石墨爐原子吸收光譜儀（附MPE-60自動進(jìn)樣器），單元素空心陰極燈，熱解涂層石墨管。馬弗爐、旋渦混合器，ECH-1型電子溫控加熱板，HF-2001型電子天平。

1 mg·mL-1Cr（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，0.15 mol·L-1噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）乙醇溶液，濃鹽酸（優(yōu)級純）。

1 mg·mL-1Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液：稱取0.093 g K2Cr2O7（99.8%，分析純），以去離子水溶解并定容至25mL容量瓶中。

硝酸鈀溶液：稱取0.3g鈀（99.999%）用1mL優(yōu)級純硝酸溶解，后用去離子水稀釋至100 mL。

緩沖溶液：0.1 mol·L-1乙酸鈉和0.1 mol·L-1乙酸混合，調(diào)pH值至5.5。

1.2 儀器工作參數(shù)

優(yōu)化后的儀器工作參數(shù)列于表1，石墨爐程序升溫程序列于表2。測定過程均采用塞曼扣背景校正。

表1 儀器工作參數(shù)Table1 Analytical parameters of the instrument

1.3 樣品分析

1.3.1 樣品處理

準(zhǔn)確稱取2.000g(精確至0.0001g)奶粉樣品于坩堝中，加3mL優(yōu)級純的HCl，浸泡過夜后將坩堝于電熱板上，小心蒸干，炭化至不冒煙為止，轉(zhuǎn)至馬弗爐，550℃恒溫1.5 h，取出冷卻加濃HCl，再灰化至白灰狀，取出后放冷。

表2 石墨爐程序升溫Table2 Heating procedure for graphite furnace

1.3.2 Cr(TTA)3螯合物合成

將灰化好的樣品用去離子水溶解于10mL容量瓶中，加入緩沖溶液3.0mL，調(diào)pH值至5.5，再加入0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液2.0mL，定容，超聲波水浴(50℃)20min后，取出靜置1h。

1.3.3 工作曲線繪制

于一系列10mL容量瓶中加入一定量的Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)溶液、2mL 0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液、5mL緩沖溶液，用去離子水定容，配成濃度為0、0.001、0.002、0.004、0.008、0.010 mg·L-1的標(biāo)準(zhǔn)系列，按表1、表2的儀器條件測定，繪制工作曲線。

1.3.4 樣品測定

將處理好的樣品按表1、2的儀器條件測定樣品中Cr(Ⅵ)的吸光度，由工作曲線求出濃度，換算成奶粉中Cr(Ⅵ)的含量。

2 結(jié)果與討論

2.1 消化方式的選擇

分別以硝酸、硝酸-高氯酸（1∶4）及550℃干灰化等消化方式來處理定量的Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液和樣品加Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按表1、表2的儀器條件測定，并根據(jù)工作曲線計算濃度，結(jié)果見表3。

由表3 可見，硝酸和硝酸-高氯酸消化方法都將Cr(Ⅲ)氧化成了Cr(Ⅵ)，引起了鉻價態(tài)的變化，而灰化法對Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)價態(tài)無影響，因此選擇550℃灰化作為樣品消化的方法。

2.2 酸度對Cr（TTA）3合成的影響

在Cr(Ⅲ) 溶液（10mg·L-1）中加入緩沖溶液和TTA乙醇溶液，調(diào)節(jié)一系列pH值為1.0～8.0，測定其揮發(fā)率。實驗表明pH值為5～6，Cr(TTA)3揮發(fā)率最大，因此本實驗選擇pH值為5.5。

表3 幾種樣品消化方式對測定結(jié)果的影響Table3 Effect of sample digestion on detection result

2.3 緩沖溶液用量的選擇

在Cr(Ⅲ)（10mg·L-1）溶 液 中（pH值 為5.5）加入不同體積(2.0～10.0mL)的緩沖溶液，測定Cr(Ⅲ)的吸光度。結(jié)果表明，緩沖溶液體積在3.0mL以上時，Cr(Ⅲ)完全揮發(fā)且趨于穩(wěn)定，因此緩沖溶液的用量選用3.5mL。

2.4 TTA用量的選擇

在Cr(Ⅲ)（10 mg·L-1）溶液中（pH值為5.5）加入緩沖溶液3.5mL，以及2.5mL不同濃度的TTA乙醇溶液（0.015～0.3 mol·L-1）。TTA濃度大于0.15 mol·L-1時，Cr(TTA)3完全揮發(fā)且趨于穩(wěn)定，因此本實驗選用TTA濃度為0.15 mol·L-1。

2.5 超聲波水浴溫度和時間的選擇

為了加速Cr(Ⅲ)和TTA的螯合反應(yīng)速度，在實驗最佳測定條件下，將Cr(Ⅲ) 標(biāo)準(zhǔn)溶液（10 mg·L-1）放入超聲波水浴中，溫度分別為30、40、50、60℃，時間分別為5、15、25 min。結(jié)果表明，在水浴溫度高于50℃、時間大于15 min時，Cr(TTA)3完全揮發(fā)且趨于穩(wěn)定。本實驗選擇超聲波水浴溫度和時間分別為50℃和15 min。

2.6 靜置時間的影響

在Cr(Ⅲ)（10 mg·L-1）溶液中（pH值為5.5），加入3.5 mL緩沖溶液和2.5mL 0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液，搖勻混合，放置不同時間（30～180 min）后，測定Cr(Ⅲ)吸光度。結(jié)果表明，隨著靜置時間的增加，Cr(Ⅲ)的揮發(fā)率也增加，靜置60min以后揮發(fā)率最大且趨于穩(wěn)定。本實驗選擇靜置時間為60min。

2.7 儀器的工作條件

升溫程序中鉻的干燥溫度從75℃升溫到90℃，再升溫到120℃，避免了溶液因暴沸崩濺而損失。載氣流速采用300mL·min-1，測定結(jié)果良好。采用峰面積積分，可消除信號的動力學(xué)影響，測量過程不受原子生成速率的限制，試驗中也顯示相關(guān)系數(shù)峰面積優(yōu)于峰高。因此，本文采用峰面積積分進(jìn)行測量。2.7.1 石墨爐預(yù)處理溫度和灰化溫度的選擇

為了達(dá)到更好的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分離效果，實驗最佳測定條件下，在石墨爐升溫階段的預(yù)處理和灰化兩個步驟中，改變溫度，分別測定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸光度，在100～700℃時，Cr(Ⅲ)吸光度逐漸下降，并在650℃以后趨于穩(wěn)定，而Cr(Ⅵ)在1500℃之前吸光度基本不變。本實驗選擇預(yù)處理溫度和灰化溫度分別為650℃和1450℃。

2.7.2 預(yù)處理時間的選擇

保持石墨爐預(yù)處理溫度650℃，改變預(yù)處理時間(40～90s)，結(jié)果表明Cr(Ⅲ)在60s以后揮發(fā)完全且趨于穩(wěn)定。本實驗選用預(yù)處理時間為60s。

2.7.3 基體改進(jìn)劑的影響

為了使Cr(TTA)3完全揮發(fā)，而Cr(Ⅵ)能保留下來，實驗比較了不加基體改進(jìn)劑和用PdCl2及鈀溶液作基體改進(jìn)劑。發(fā)現(xiàn)用鈀溶液作基體改進(jìn)劑比用PdCl2更能提高Cr(Ⅵ)的保留率，并分別對濃度為0、5、10、20 mg·L-1的鈀溶液進(jìn)行試驗，結(jié)果表明，鈀溶液濃度大于5 mg·L-1時，Cr(TTA)3完全揮發(fā)，且Cr(Ⅵ)能最大量地保留下來。因此選擇5 mg·L-1鈀溶液作基體改進(jìn)劑。

2.8 方法的最低檢出限及加標(biāo)回收率

采用本方法對試樣空白溶液進(jìn)行平行測定11次，以3倍標(biāo)準(zhǔn)偏差值計算鉻的檢出限為0.4mg·L-1。

根據(jù)以上確定的樣品前處理條件，對不含Cr(Ⅵ)的奶糖樣品和加標(biāo)樣品灰化處理，按照實驗方法進(jìn)行測定，根據(jù)GB 14961-94規(guī)定奶粉中鉻限量衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)為≤2.0mg·kg-1[17]，故選擇加標(biāo)量范圍為10～2000ng，不同加標(biāo)量的回收率見表4。奶粉中Cr(Ⅵ)）測定的平均回收率為78%～93%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差低于9.4%。

表4 在奶粉中添加Cr(Ⅵ)的回收率及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=10）Table4 Recoveries and relative standard deviations Cr(Ⅵ) in milk powder sample（n=10）

3 結(jié)論

采用干灰化分解試樣，為消除基體干擾，選用鈀溶液作為基體改進(jìn)劑，不經(jīng)分離富集，直接用石墨爐原子吸收光譜法測定奶粉樣品中的痕量鉻，得到了滿意的分析結(jié)果。該方法具有方法簡單、快速、準(zhǔn)確等特點，適合實驗室的檢驗要求。

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Determination of Cr(Ⅵ) in Milk Powders by Graphite Furnace Atomic Absorption Spectrometry

HUANG Feng, CAO Jian-guo, YANG Ping-hua
(Zhaotong Centers for Disease Prevention and Control, Zhaotong 657000, China)

A novel and highly sensitive determination method of Cr(Ⅵ) in milk powders was described based on the formation of a volatile complex Cr(Ⅲ) and thnoyltrif uroacetone. The manner of sample digestion，the reaction conditions of Cr(TTA)3complex, such as the acidity, sonication time and temperature, the amount of reagent added and the time required for the complexation reaction were investigated. The atomization conditions to volatilize Cr(Ⅲ ) in graphite furnace were discussed. The calibration coeff cient exceeds 0.9995 and the dynamic linear range was 0.001～0.010mg/L. The average recoveries of Cr(Ⅵ) in milk powders was 78% ～93% with the relative standard deviations between 3.8%～9.4%, the limit of detection was 0.4 mg/L.

graphite furnace atomic absorption spectrometry; volatilization of Cr(TTA)3; Cr(Ⅵ); milk powders

O 657.31

A

1671-9905(2014)05-0048-04

黃鋒(1979-)，男，漢族，湖南澧縣人，理學(xué)碩士，現(xiàn)主要從事理化檢驗及質(zhì)量管理工作。電話：18608705667，E-mail:huang426821@ sohu.com

2014-02-21