堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法對皮革中六價鉻測定的適用性

李沁陽，陳占光，周誠，黃彥杰，唐余玲，周建飛，2＊

（1.四川大學(xué)制革清潔技術(shù)國家工程研究中心，四川 成都 610065；2.四川大學(xué)皮革化學(xué)與工程教育部重點實驗室，四川 成都 610065；3.中國皮革協(xié)會，北京 100000）

Cr(VI)和Cr(III)是鉻在自然界中的主要存在價態(tài)，在復(fù)雜的外界條件下，兩者常常相互轉(zhuǎn)化[1]。六價鉻是鉻中毒的主要誘因，其毒性約為三價鉻的100倍，其可從皮膚、呼吸道、眼及消化道對人體造成危害[2，3]，并干擾人體內(nèi)重要的酶體系，具有致癌和誘發(fā)基因突變的作用[4-7]。皮革加工過程中使用堿式硫酸鉻作為鉻鞣劑，是皮革中鉻的直接來源。而皮革中六價鉻的產(chǎn)生可能是在實際生產(chǎn)中，使用有氧化劑殘余的化學(xué)品并在一定的溫度和濕度下，可能導(dǎo)致皮革中的少量的三價鉻被氧化為六價鉻[8，9]。

目前，六價鉻含量的測定方法主要有二苯碳酰二肼分光光度法、液相色譜法、原子吸收光譜法等進(jìn)行測定[10-17]。而皮革中六價鉻含量主要采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法《皮革和毛皮化學(xué)試驗六價鉻含量的測定：分光光度法（GB/T 22807-2019）》進(jìn)行測定，該方法先采用pH值在7.5~8.0之間的磷酸鹽緩沖液萃取試樣中的可溶性六價鉻，再依靠二苯碳酰二肼分光光度法測定六價鉻含量。然而環(huán)境領(lǐng)域?qū)τ诠腆w廢棄物中六價鉻的測定方法主要采用《土壤和沉積物六價鉻的測定堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法（HJ 1082-2019）》，為了進(jìn)一步拓展皮革中六價鉻的測試方法，本文選取了三家典型制革企業(yè)的皮革樣品，圍繞堿提取-原子吸收法開展了實驗并對結(jié)果進(jìn)行分析，以探究其對測定皮革中六價鉻的適用性。

1 實驗部分

1.1 主要材料與設(shè)備

皮革樣品，取自國內(nèi)三家典型牛皮制革廠；二苯碳酰二肼、Na2CO3，分析純，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；MgCl2，分析純，福晨（天津）化學(xué)試劑有限公司；KH2PO4、CH3COOH，分析純，成都金山化學(xué)試劑有限公司；K2Cr2O7，分析純，重慶吉元化學(xué)有限公司；NaOH、H3PO4、K2HPO4·3H2O，分析純，成都市科隆化學(xué)品有限公司；HNO3，優(yōu)級純，成都市科隆化學(xué)品有限公司。

Vario TOC總有機碳分析儀，德國Elementar；UV-1800BPC紫外可見分光光度計，中國上海美譜達(dá)儀器有限公司；ICE3000原子吸收光譜儀，美國Thermo Fisher Scientific；RET basic加熱磁力攪拌器、ETS-D5接觸式電子溫度計，德國IKA。

1.2 試驗方法

1.2.1 堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法測定皮革中的六價鉻

參考《土壤和沉積物六價鉻的測定堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法（HJ 1082-2019）》，稱取定量皮粉置于燒杯中，加入堿性提取液、MgCl2及磷酸氫二鉀-磷酸二氫鉀緩沖溶液，用聚乙烯薄膜封口后攪拌并加熱提取。提取完全后冷卻至室溫，經(jīng)濾膜抽濾后用硝酸調(diào)整pH至7.5±0.5，如出現(xiàn)沉淀，則再次抽濾、調(diào)pH，轉(zhuǎn)移濾液至容量瓶定容，待測。

1.2.2 磷酸提取-分光光度法測定皮革中的六價鉻

參考《皮革和毛皮化學(xué)試驗六價鉻含量的測定：分光光度法（GB/T 22807-2019）》，移取定量緩沖液于錐形瓶中，向其中充入氮氣。將一定量的皮粉快速加入到錐形瓶中，蓋好磨口塞后在室溫（18~26℃）下振蕩萃?。?80±5）min，振蕩頻率為（100±10）次/min。

萃取結(jié)束后用濾紙過濾并檢查溶液pH是否在7.0~8.0之間，如果超出范圍則減少皮粉質(zhì)量重新萃取，范圍內(nèi)則待測。

1.2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的制備

分別移取定量已知濃度的六價鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液于燒杯中，按照步驟1.2.1，制備工作曲線溶液，各質(zhì)量濃度為0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L。以空白試樣調(diào)儀器零點，按濃度由低到高順序依次測定其吸光度。以六價鉻濃度為橫坐標(biāo)，吸光度為縱坐標(biāo)，建立工作曲線。

2 結(jié)果與討論

2.1 六價鉻測定方法的對比分析

為考察堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法對測定皮革樣品中六價鉻的適用性，以皮革領(lǐng)域現(xiàn)行國標(biāo)GB/T 22807-2019分光光度法作為參考，對國內(nèi)3家典型皮革廠的皮革樣品中六價鉻含量進(jìn)行測定，結(jié)果如圖1(a)所示。從圖中可以看出，采用國標(biāo)法磷酸提取-分光光度法測定，幾乎檢測不出六價鉻。然而采用堿提取-原子吸收法的測定結(jié)果明顯偏高，3家皮革廠皮革樣品的六價鉻含量均在140.00 mg/kg左右。這可能是因為堿溶液提取法所采用的強堿性條件，在此條件下，皮革樣品會大量水解[18]，使得部分原本牢固結(jié)合在膠原纖維的三價鉻解離出來，導(dǎo)致提取液中總鉻濃度提高。同時，在堿性條件下，三價鉻在空氣氛圍下極易被氧化成六價鉻，導(dǎo)致樣品的六價鉻含量偏高[19]。此外，原子吸收法從原理上測定的也是溶液中的總鉻濃度，并不具備選擇性測定六價鉻濃度的能力，從而導(dǎo)致測定結(jié)果較高。

圖1 不同測定方法下皮革樣品中六價鉻含量(a)，提取液TOC濃度(b)，提取液TN濃度(c)，分光光度法測定皮革樣品中六價鉻含量(d)Fig.1 The content of hexavalent chromium in leather(a),TOC concentration of extraction solution(b),TN concentration of extraction solution(c)under different determination methods,and the content of hexavalent chromium in leather measured by colorimetric method(d)

為了驗證強堿條件下皮革樣品是否出現(xiàn)水解，導(dǎo)致溶液中總鉻濃度偏高的情況，分別測定了堿溶液提取法和磷酸鹽緩沖浸提液中的TOC與TN濃度，結(jié)果如圖1(b)和1(c)所示。從圖中可以看出，采用堿溶液提取法提取的溶液TOC與TN濃度較高，TOC濃度在6.27~6.70 g/L之間，TN濃度在3.00 g/L左右。然而，采用磷酸鹽緩沖浸提的溶液TOC與TN濃度均較低，前者在0.17~0.29 g/L，TN濃度則低于0.10 g/L，證實堿溶液提取法導(dǎo)致皮革樣品水解，說明該方法不適用于皮革樣品中六價鉻的提取。同時，對比了堿提取-分光光度法、磷酸提取-分光光度法對溶液中六價鉻濃度的測定，結(jié)果如圖1(d)所示。從圖中可以看出，堿提取-分光光度法測定的三家皮革樣品中六價鉻含量分別為60.33、44.70、23.68 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于堿提取-原子吸收法的測試結(jié)果，表明原子吸收法測定的為總鉻含量。此外，堿提取-分光光度法測定的六價鉻含量高于磷酸提取-分光光度法，主要是由于堿提取過程中，在強堿高溫消解的環(huán)境下，溶液中的三價鉻與空氣中的氧氣不斷接觸，導(dǎo)致部分三價鉻氧化為六價鉻。

2.2 氣體環(huán)境的影響

為驗證三價鉻的氧化問題，在堿溶液提取皮革六價鉻的過程中引入了氮氣進(jìn)行保護(hù)，再分別采用原子吸收法和分光光度法測定樣品中六價鉻的含量，結(jié)果如圖2(a)和2(b)所示。從圖中可以看出，在氮氣氛圍下，兩種定量分析方法所測定的六價鉻含量都顯著下降，表明氮氣氛圍的保護(hù)作用，能有效抑制三價鉻轉(zhuǎn)化為六價鉻，但由于堿提取過程中采用強堿高溫消解，仍有少量的三價鉻轉(zhuǎn)化為六價鉻。

圖2 不同氣體氛圍下堿提取-原子吸收法測定皮革樣品中六價鉻含量(a)及堿提取-分光光度法測定皮革樣品中六價鉻含量(b)Fig.2 The content of hexavalent chromium in leather measured by alkaline digestion/flame atomic absorption spectrometry(a)and alkaline digestion-colorimetric method(b)in different atmospheres

2.3 MgCl2用量的影響

根據(jù)HJ 1082-2019的編制說明，堿提取-原子吸收法參考了美國EPA Method 3060A標(biāo)準(zhǔn)，方法使用了MgCl2及磷酸鹽緩沖溶液消除三價鉻的干擾，一方面MgCl2和磷酸鹽緩沖溶液可以有效抑制三價鉻的溶出，另一方面Mg2+可以抑制三價鉻和六價鉻的氧化還原反應(yīng)?，F(xiàn)堿提取-原子吸收法對皮革樣品中六價鉻含量的測定結(jié)果偏高，為考察Mg-Cl2的保護(hù)作用及效果，探究了在堿提取過程中加入不同用量的MgCl2對六價鉻含量測定的影響，分別采用原子吸收法和分光光度法進(jìn)行了測定，其結(jié)果如表1所示。從表中可以看出，隨著MgCl2用量的增加，堿提取-原子吸收法所檢測出的六價鉻含量由247.81~292.48 mg/kg的范圍逐漸降低至1.20~5.40 mg/kg之間，證實了MgCl2對三價鉻的干擾能起到有效的抑制作用；同時，堿提取-分光光度法的檢測結(jié)果也逐漸降低至1.00 mg/kg以下，說明MgCl2能有效抑制三價鉻的氧化。兩者皆證明了堿溶液提取法中添加400 mg MgCl2的保護(hù)措施不足以排除三價鉻帶來的干擾。另外，在MgCl2用量為5.00~20.00 g的范圍里，堿提取-原子吸收法皆能檢測出明顯的六價鉻含量，這是因為部分三價鉻與水解的膠原多肽結(jié)合后形成鉻-有機物絡(luò)合物[20-23]，難以被MgCl2屏蔽，說明MgCl2并不能完全去除皮革樣品水解帶來的三價鉻。

表1 不同MgCl2用量下堿提取液的六價鉻測定結(jié)果Tab.1 Determination results of hexavalent chromium under different MgCl2 dosage

3 結(jié)論

本文為拓展皮革樣品中六價鉻的測定方法，探究了堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法對皮革中六價鉻測定的適用性。與國家標(biāo)準(zhǔn)方法相比，堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法中采用堿溶液提取法預(yù)處理皮革樣品，導(dǎo)致提取液中總鉻和六價鉻濃度均偏高。此外，火焰原子吸收分光光度法不能有效區(qū)別測定三價鉻和六價鉻濃度，導(dǎo)致六價鉻含量測定結(jié)果偏高。因此，堿溶液提取-火焰原子吸收分光光度法不適用于皮革樣品中六價鉻含量的測定。