食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑三氯化鉻中六價鉻含量測定方法研究-分光光度法

趙琴 褚佳玥 張益萍

（上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)技術(shù)研究院，上海 200233）

三價鉻是人體中碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂肪正常代謝所需要的一種微量元素，與胰島素的功能密切相關(guān)。研究表明，2型糖尿病、心血管疾病及神經(jīng)系統(tǒng)紊亂與三價鉻的缺乏有密切關(guān)系[1-13]。在供糖尿病、心血管病、硬化癥、風(fēng)濕及肥胖癥患者食用的特殊膳食食品中，經(jīng)常添加微量三價鉻元素，以達(dá)到預(yù)防或治療的作用。我國于2012 年頒布食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)GB 14880-2012《食品安全標(biāo)準(zhǔn) 食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑使用標(biāo)準(zhǔn)》，其中規(guī)定允許特殊膳食用食品中補(bǔ)充鉻元素，并且明確其化合物來源為氯化鉻和硫酸鉻[14]。

氯化鉻又名六水合三氯化鉻，分子式CrCl3·6H2O，分子量266.44，深綠色結(jié)晶粉末，易溶于水。目前主流生產(chǎn)工藝為：以三氧化鉻及鹽酸為原料進(jìn)行反應(yīng)后，經(jīng)還原劑還原制得氯化鉻。從生產(chǎn)工藝可以看出，氯化鉻原料中鉻的價態(tài)為正六價，后期經(jīng)還原劑還原為三價鉻。六價鉻與三價鉻相比雖然只是價態(tài)不同，但在人體中的作用大不相同，其毒性已經(jīng)達(dá)到了劇毒的水平，對人體危害極大[15-20]，需要嚴(yán)格對其含量進(jìn)行控制。美國食品化學(xué)法典FCC 10 中規(guī)定，三氯化鉻中六價鉻限量標(biāo)準(zhǔn)為不高于250 mg/kg[21]。如果營養(yǎng)強(qiáng)化劑氯化鉻生產(chǎn)工藝控制不嚴(yán)格，其中六價鉻含量超標(biāo)，可能會對人體產(chǎn)生極大的危害，尤其是對食用特殊膳食食品的患者。因此，三氯化鉻產(chǎn)品中六價鉻含量的檢測尤為重要。

目前，六價鉻含量的檢測方法包括分光光度法[22-25]，大型儀器法如HPLC-ICP-MS、IC-ICP-MS[25-30]等。其中大型儀器法檢測三氯化鉻中六價鉻含量，雖然抗干擾能力強(qiáng)，檢出限低，但其儀器成本在數(shù)百萬左右，而且儀器使用者需要經(jīng)過專業(yè)的培訓(xùn)，對檢驗(yàn)技術(shù)人員要求較高，給企業(yè)帶來了巨大的成本壓力。分光光度法測定六價鉻含量，成本較低，但相較于大型儀器法，抗干擾能力較弱，主要應(yīng)用于水質(zhì)檢測中。三氯化鉻呈深綠色，水溶液帶有較深的顏色，給分光光度法的應(yīng)用帶來一定困難。

本研究利用在酸性條件下，二苯碳酰二肼可以和三氯化鉻中的六價鉻發(fā)生專一性反應(yīng)，生成絡(luò)合物，此絡(luò)合物在540 nm 處具有最大吸收峰，符合朗博比爾定律，據(jù)此測定六價鉻含量。分別采用抗壞血酸還原法及空白試劑對照兩種方法消除三氯化鉻干擾，建立了六水合三氯化鉻中六價鉻含量的經(jīng)濟(jì)、可靠的測定方法。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

硫酸（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；鹽酸（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；丙酮（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；抗壞血酸（分析純，國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司）；二苯碳酰二肼（分析純，Sigma-Aldrich）；六價鉻標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 μg/mL，上海市計(jì)量測試技術(shù)研究院）。

1.2 儀器與設(shè)備

AL204 電子天平（瑞士梅特勒托利多）；Evolution 220紫外分光光度計(jì)（德國Thermo Fisher）。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

三氯化鉻為深綠色結(jié)晶粉末，其水溶液呈綠色，需要進(jìn)行空白扣除以避免本底的干擾。在空白的選擇上，本文考查了兩種方法：抗壞血酸還原法和空白試劑對照法?？箟难徇€原法，利用抗壞血酸的還原性將六價鉻還原為三價鉻，使其中六價鉻不顯色，排除空白溶液中六價鉻的干擾。空白試劑對照法，采用不加顯色劑的方法進(jìn)行空白對照。

1.3.1 抗壞血酸還原法

稱取0.4 g 樣品（精確至0.000 1 g），置于200 mL 容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，搖勻。吸取兩份50 mL 溶液于兩個100 mL 容量瓶中，其中一份作為空白溶液。標(biāo)準(zhǔn)管與空白管中各加入2 mL 硫酸溶液（體積比為1:1），加入1 mL鹽酸溶液（體積比為1:1）。空白管中加入1 mL 抗壞血酸溶液（1%水溶液），搖勻后靜置10 min。于樣品管與空白管各加入1 mL 顯色劑（2 g/L 二苯碳酰二肼丙酮溶液），定容至100 mL，搖勻后放置20 min，在分光光度計(jì)上，用3 cm 比色皿，于540 nm 波長處，以空白管校零，測量樣品溶液的吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，計(jì)算三氯化鉻中六價鉻含量。

1.3.2 空白試劑對照法

稱取0.4 g 樣品（精確至0.000 1 g），置于200 mL 容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，搖勻。吸取兩份50 mL 溶液于兩個100 mL 容量瓶中，其中一份作為空白溶液。標(biāo)準(zhǔn)管與空白管中各加入2 mL 硫酸溶液（體積比為1:1），加入1 mL 鹽酸溶液（體積比為1:1）。在樣品容量瓶中加入1 mL 二苯碳酰二肼溶液（2 g/L），空白溶液中不加，兩個容量瓶分別定容至刻度，搖勻，放置20 min。在分光光度計(jì)上，用3 cm 比色皿，于540 nm 波長處，以空白管校零，測量樣品溶液的吸光度。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線回歸方程，計(jì)算三氯化鉻中六價鉻含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線線性

在標(biāo)準(zhǔn)管中各加入相當(dāng)于0 μg、1 μg、5 μg、10 μg、15 μg、20 μg、25 μg、30 μg 六價鉻的標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別加水至80 mL，加入2 mL 硫酸溶液（體積比為1:1），加入1 mL 鹽酸溶液（體積比為1:1），加入1 mL 顯色劑，定容至100 mL，搖勻后靜置20 min，以零管為空白測定各標(biāo)準(zhǔn)管吸光度。以六價鉻含量為橫坐標(biāo)，吸光度值為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，如圖1 所示，線性相關(guān)系數(shù)R2=0.999 2。

圖1 二苯碳酰二肼法測定六價鉻含量的標(biāo)準(zhǔn)曲線

2.2 兩種檢測方法比較

對同一陽性三氯化鉻樣品，按照1.3.1、1.3.2 小節(jié)中方法測定其中六價鉻含量，每種方法進(jìn)行7 組平行實(shí)驗(yàn)，檢測結(jié)果如表1 所示。由表1 數(shù)據(jù)可以看出，兩種方法檢測結(jié)果基本相同，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差相近，空白試劑對照法和抗壞血酸還原法均可消除樣品溶液本底干擾?？紤]到檢測方法便捷性，確定采用空白對照法作為檢測方法。

表1 抗壞血酸還原法與空白試劑對照法方法比較

2.3 加標(biāo)回收率

取一個未檢出六價鉻的三氯化鉻樣品（經(jīng)IC-ICP-MS 確認(rèn)，檢出限4 mg/kg），進(jìn)行三個水平的加標(biāo)，添加量相當(dāng)于樣品含量為20 mg/kg、60 mg/kg、200 mg/kg。每個水平進(jìn)行3組平行實(shí)驗(yàn)，結(jié)果如表2 所示。

表2 加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

由表2 結(jié)果可以看出，三個水平的加標(biāo)回收實(shí)驗(yàn)，三氯化鉻中六價鉻含量的測定，回收率均在90%以上。

2.4 樣品檢測數(shù)據(jù)

共收集了16 批次樣品，其中11 批次產(chǎn)品由生產(chǎn)企業(yè)提供，5 批次產(chǎn)品為市場購買。其中15 批次產(chǎn)品六價鉻含量均小于檢出限（10 mg/kg），1 批次產(chǎn)品檢出六價鉻，為生產(chǎn)企業(yè)提供，含量為16.2 mg/kg，小于FCC 10 限量值。測定結(jié)果如表3所示。

表3 三氯化鉻中六價鉻含量測定結(jié)果

2.5 實(shí)驗(yàn)室間數(shù)據(jù)比對

由三家實(shí)驗(yàn)室，采用分光光度法對三個不同批次的營養(yǎng)強(qiáng)化劑三氯化鉻樣品，進(jìn)行六價鉻含量測定。實(shí)驗(yàn)條件需按照：本文空白試劑對照法，每件樣品進(jìn)行7 組平行實(shí)驗(yàn)，計(jì)算其相對偏差。結(jié)果如表4 所示。

表4 三家實(shí)驗(yàn)室的氯化鉻中六價鉻含量數(shù)據(jù)對比（n=7）

由表4 可見，三家實(shí)驗(yàn)室測得的三個不同批次三氯化鉻樣品的六價鉻含量相對平均偏差為0.75%～1.72%，數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好，精密度高，說明本文方法適用于氯化鉻中六價鉻含量的檢測。

3 結(jié)論與討論

三價鉻是人體必需的微量元素，但六價鉻為劇毒物質(zhì)，因此需要對三氯化鉻中的六價鉻含量進(jìn)行監(jiān)控。本文建立了分光光度法測定食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑氯化鉻中六價鉻含量的檢測方法，利用二苯碳酰二肼與六價鉻進(jìn)行專一性反應(yīng)，生成的產(chǎn)物在540 nm 處具有最大吸收，經(jīng)空白扣除后，分光光度法定量。方法檢出限能夠滿足限量要求，線性相關(guān)系數(shù)0.999 2，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差RSD=3.53%（n=7），回收率達(dá)到90%以上。與大型儀器法相比，檢測成本及技術(shù)難度大幅下降，可以進(jìn)行廣泛推廣，作為食品營養(yǎng)強(qiáng)化劑三氯化鉻中六價鉻含量測定的可靠檢測方法。