基于ASE提取IC—ICP—MS聯(lián)用測(cè)定茶葉中CrⅢ和CrⅥ的研究

章劍揚(yáng)　王國(guó)慶　馬桂岑

摘要：采用加速溶劑萃?。ˋSE）-離子色譜（IC）-電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）法測(cè)定，建立了茶葉中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的分析方法。樣品使用0.04 mol/L EDTA二鈉鹽和硝酸銨溶液（pH為7.0～7.5）在80 ℃和1 600 psi壓力下提取，C18固相萃?。⊿PE）凈化。以0.075 mol/L的硝酸銨作為流動(dòng)相，AG7色譜柱分離后用ICP-MS測(cè)定。結(jié)果表明，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）在0～10.0 μg/L線性關(guān)系良好，檢出限均達(dá)到0.03 μg/L。以實(shí)際茶葉樣品為基體，在1.0 μg/L濃度水平下，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的加標(biāo)回收率分別為86.2%～89.2%、78.8%～79.4%，RSD<4%（n=7）。該方法具有自動(dòng)化程度高和同時(shí)測(cè)定2種價(jià)態(tài)的優(yōu)點(diǎn)，適合批量、準(zhǔn)確測(cè)定茶葉中2種價(jià)態(tài)鉻的含量。

關(guān)鍵詞：加速溶劑萃取；離子色譜；電感耦合等離子體質(zhì)譜；茶葉；鉻

中圖分類號(hào)：S571.1；O657.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：0439-8114（2017）11-2120-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.032

Abstract： A method for determination and analysis of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） in tea was established by IC-ICP-MS）. The samples were extracted with 0.04 mol/L EDTA disodium salt and ammonium nitrate solution（pH=7.0～7.5） under pressure at 80 ℃ and 1 600 psi， then were purified with solid phase extraction（SPE） with C18. With 0.075 mol/L ammonium nitrate solution as mobile phase， the AG7-HC ion chromatographic column was separated and detected by ICP-MS. The results showed good linear relationships（r2=1.0） were obtained between Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） in the range of 0～10.0 mg/L and the detection limit were all 0.03 mg/L. With practical tea samples as matrix， the recoveries of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） were in the range of 78.8%～89.2% at concentration of 1.0 μg/L， and the relative standard deviations（RSDs） were less than 4.0%（n=7）. The results indicated the method had advantages of high degree automation and simultaneous determination of 2 valence states， which was suitable for the batch and accurate determination of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） contents in tea.

Key words： accelerated solvent extraction； ion chromatography； inductively coupled plasma mass spectrometry； tea； chromium

鉻在自然界中分布甚廣而稀散，幾乎存在于所有物質(zhì)之中。鉻可以形成從-2到+6多種價(jià)態(tài)化合物，最常見的是Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）[1]。對(duì)于鉻而言，Cr（Ⅲ）是人體必需的元素，參與人體多種生理活動(dòng)，而Cr（Ⅵ）則有劇毒[2，3]。NY659-2003標(biāo)準(zhǔn)中茶葉的總鉻限量為5.0 mg/kg[4]，但這并不能反映飲茶中鉻對(duì)人體的潛在危害，需要對(duì)三價(jià)和六價(jià)鉻的含量做進(jìn)一步的測(cè)定[5，6]。

由于受到提取液pH的影響，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）同時(shí)提取和測(cè)定具有一定難度，低pH環(huán)境由于提高了氧化還原電位，可能會(huì)導(dǎo)致Cr（Ⅵ）被還原為 Cr（Ⅲ），高pH則可能會(huì)導(dǎo)致Cr（Ⅲ）沉淀為Cr（OH）3。鉻的不同形態(tài)對(duì)環(huán)境和人體健康有著明顯不同的影響，因此對(duì)鉻不同形態(tài)進(jìn)行分析在環(huán)境科學(xué)、醫(yī)藥學(xué)、食品科學(xué)方面具有十分重要的意義[7]。

單一的儀器檢測(cè)技術(shù)很難同時(shí)完成精確測(cè)定Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），采用聯(lián)用技術(shù)是當(dāng)前元素形態(tài)分析的重要手段[8-13]。加速溶劑萃?。ˋccelerated solvent extraction，ASE）法是一種基于高壓條件下，降低溶劑黏度，增加物質(zhì)溶解度和溶質(zhì)擴(kuò)散效率， 提高萃取效率的快速萃取固體或半固體樣品的前處理方法[14]，ASE已在環(huán)境、藥物、食品、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[15]。

本研究以EDTA二鈉鹽以及硝酸銨溶液為提取液，采用加速溶劑萃取技術(shù)（ASE）對(duì)茶葉中2種價(jià)態(tài)鉻進(jìn)行提取，經(jīng)過(guò)離子色譜（IC）分離后使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）分析測(cè)定，建立了茶葉中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的測(cè)定方法，初步明確茶葉中2種價(jià)態(tài)鉻的含量現(xiàn)狀。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Dionex ASE 200型快速溶劑萃取儀；Dionex ICS 3000型離子色譜儀；Thermo Fisher ICap Q型ICP-MS；Orion 3 Star pH計(jì)。

硝酸；氨水（Sigma，色譜純）；EDTA二鈉鹽（Sigma，色譜純）；六價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L，國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中心）；三價(jià)鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（1 000 mg/L），超純水（電阻率18.2 MΩ/cm）

1.2 溶液的配制

流動(dòng)相（0.075 mol/L NH4NO3）：1 L水中加入約4 mL硝酸和5 mL氨水，10%硝酸溶液或10%氨水調(diào)pH為7.1左右；提取溶液（0.04 mol/L EDTA）： 1 L流動(dòng)相中加入13.3 g EDTA二鈉鹽，用10%硝酸溶液或10%氨水溶液調(diào)節(jié)pH 7.1左右。Cr（Ⅲ）-EDTA標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 mg/L）：取0.05 mL Cr（Ⅲ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，加入0.38 g EDTA（2Na），去離子水稀釋50 mL，調(diào)pH為7.1，在70 ℃水浴下保持1 h。Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液（1 mg/L）：取0.05 mL Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)溶液，去離子水稀釋50 mL，調(diào)pH為7.1。

1.3 ASE提取條件及色譜條件

將茶葉粉碎至30目左右，過(guò)篩。精密稱取0.5 g粉碎后的茶葉樣品，與石英砂混勻（分別經(jīng)過(guò)10%NaOH和10%HNO3浸泡后，并用去離子水清洗至pH為中性），倒入墊有玻璃纖維素膜的鋯提取池中，在設(shè)定的條件下提取。將提取液定容至50 mL， 0.45 μm濾膜過(guò)濾，待測(cè)。ASE提取條件見表1，離子色譜參數(shù)見表2。

1.4 ICP-MS測(cè)定條件

由于ICP-MS在測(cè)定52Cr時(shí)會(huì)受到35Cl16O1H+或40Ar12C+等多原子離子的干擾，為降低背景，采用碰撞池和動(dòng)能歧視效應(yīng)KED模式測(cè)定，參數(shù)條件見表3。

2 結(jié)果與分析

2.1 ASE提取條件優(yōu)化

2.1.1 樣品池的選擇 將茶葉粉碎至30目左右，過(guò)篩。精密稱取0.5 g粉碎后的茶葉樣品，與石英砂混勻（分別經(jīng)過(guò)10%NaOH和10%HNO3浸泡后，并用去離子水清洗至pH為中性），倒入墊有玻璃纖維素膜的鋯和不銹鋼提取池中，在設(shè)定的條件下提取。將提取液定容至50 mL，0.45 μm濾膜過(guò)濾。結(jié)果表明，不銹鋼樣品池中Cr本底較高，且呈不規(guī)律狀態(tài)溶出，而鋯樣品池基本無(wú)污染，因此選擇鋯樣品池作為ASE提取樣品池。

2.1.2 ASE參數(shù)優(yōu)化 按照表4對(duì)添加價(jià)態(tài)鉻標(biāo)準(zhǔn)樣品1.0 mg/L的茶葉樣品進(jìn)行不同的處理，每組處理重復(fù)1次，得到各個(gè)處理的回收率，再采用數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行差異顯著性比較，從而得到溫度、靜態(tài)時(shí)間、壓力和循環(huán)次數(shù)等ASE最佳參數(shù)。將提取溫度、靜置時(shí)間、提取壓力和循環(huán)次數(shù)4個(gè)因素標(biāo)記為A、B、C、D，按照表1所示4個(gè)水平設(shè)計(jì)單因素試驗(yàn)，考察不同因素對(duì)提取效率的影響。結(jié)果表明，參數(shù)B、C、D同一條件下，因素A提取溫度對(duì)提取效率的影響明顯，且在A3后處于平穩(wěn)，該現(xiàn)象與鉻元素隨著溫度上升溶解度增加對(duì)應(yīng)；在確定因素A的最佳溫度為80 ℃后，進(jìn)一步分析因素B對(duì)提取效率的影響，結(jié)果說(shuō)明增加浸泡時(shí)間可增加溶出率，且在5 min后趨于平穩(wěn)，因此確定因素B為5 min；在確定因素A和B后，考察壓力對(duì)提取的影響，發(fā)現(xiàn)提取壓力越高，溶出率越高，且效果顯著，因此選擇1 600 psi；在此基礎(chǔ)上，分析了因素D對(duì)提取效率的影響，隨著循環(huán)次數(shù)的增加，提取效率D2條件下趨于穩(wěn)定，說(shuō)明適當(dāng)?shù)难h(huán)次數(shù)能將樣品內(nèi)鉻提取完全。因此選擇在80 ℃下靜態(tài)5 min，循環(huán)2次，即A3B3C4D2為本研究ASE最佳提取條件。

2.2 色譜分離條件優(yōu)化

2.2.1 硝酸銨的濃度 用IC進(jìn)行分離時(shí)，流動(dòng)相離子強(qiáng)度會(huì)直接影響保留時(shí)間和分離度，對(duì)不同濃度 （0.05～0.15 mol/L硝酸銨）的流動(dòng)相進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)表明，隨著硝酸銨濃度的增加，保留時(shí)間縮短，峰形有明顯改善，但Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）分離度變差。另外，流動(dòng)相離子濃度越大，ICP-MS的維護(hù)頻率越高。因此，綜合考慮分離度，峰性和大批量樣品分析的時(shí)間成本，流動(dòng)相條件選擇0.075 mol/L硝酸銨。

2.2.2 提取液中EDTA量?jī)?yōu)化 本方法中Cr（Ⅲ）是與EDTA絡(luò)合后保留在色譜柱上，由于茶葉提取過(guò)程中會(huì)溶解部分的Ca、Mg、Mn、Fe等陽(yáng)離子，這些離子也同樣與EDTA絡(luò)合，從而影響了Cr（Ⅲ）的峰形和測(cè)定精度。取等份的茶葉，分別用10、20、40和80 mmol/L的EDTA在上述ASE條件下提取，得到譜圖1。從Cr（Ⅲ）的峰圖得到10 mmol/L EDTA絡(luò)合下Cr（Ⅲ）峰出現(xiàn)分叉，而80 mmol/L EDTA絡(luò)合下的Cr（Ⅲ）峰高降低顯著，40 mmol/L EDTA可以較好地消除峰分叉，并且峰高降低影響較小，因此選擇40 mmol/L的EDTA作為本試驗(yàn)中的提取液濃度。

2.2.3 方法的準(zhǔn)確度和精密度 使用流動(dòng)相將 Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液稀釋，配制成0.1、0.5、1.0、5.0和10.0 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，在上述色譜條件下測(cè)定，得到如下工作曲線和譜圖（圖2至圖4）。為驗(yàn)證該方法的準(zhǔn)確度和精密度，選取紅茶和綠茶兩類樣品進(jìn)行加標(biāo)回收試驗(yàn)（表5、圖5），計(jì)算加標(biāo)回收率；同時(shí)進(jìn)行7次平行樣的獨(dú)立分析，計(jì)算方法精密度。從表5可見，方法的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)表差均不高于3.9%；在1.0 μg/L的加標(biāo)水平下，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的回收率分別為86.2%～89.2%、78.8%～79.4%。從圖6可以看出，0.1 μg/L混合標(biāo)準(zhǔn)溶液的峰高的信噪比S/N>10，得出在離子色譜進(jìn)樣量為100 μL，質(zhì)譜采用He碰撞池和動(dòng)能歧視效應(yīng)KED模式下，該方法對(duì)兩種價(jià)態(tài)Cr的檢出限均達(dá)到了0.03 μg/L，說(shuō)明兩種價(jià)態(tài)Cr的定量下限在0.1 μg/L以下，可以滿足實(shí)際樣品測(cè)定。

2.2.4 實(shí)際樣品測(cè)定 按照上述提取步驟和檢測(cè)方法對(duì)市售茶葉樣品分別抽取4個(gè)綠茶和4個(gè)紅茶進(jìn)行了測(cè)定（圖7和表6）。所測(cè)茶樣中有2個(gè)紅茶樣品和一個(gè)綠茶樣品中未檢到Cr（Ⅵ），并且在所測(cè)抽查樣品中Cr（Ⅵ）含量顯著低于Cr（Ⅲ）。

3 小結(jié)

研究采用ASE批量提取，將高靈敏度的ICP-MS與耐酸堿的IC聯(lián)用，建立了茶葉中超痕量鉻價(jià)態(tài)分析的方法。將所建立的方法用于實(shí)際分析并以加標(biāo)回收試驗(yàn)驗(yàn)證了其對(duì)不同茶類樣品的適用性，該方法操作簡(jiǎn)單，自動(dòng)化程度高，重復(fù)性好，靈敏度滿足日常檢測(cè)要求，可批量操作，為茶葉中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）分析測(cè)定提供了參考。

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