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快速溶剂萃取-离子色谱法同时测定三价铬和六价铬

车金水 胡忠阳 叶明立

赛默飞（中国）有限公司

关键词：快速溶剂萃取；离子色谱；三价铬；六价铬

Key words：Accelerated Solvent Extraction; Ion Chromatography; Trivalent Chromium; Hexavalent Chromium

引言

铬元素在自然界主要以三价铬Cr（Ⅲ）和六价铬Cr（Ⅵ）的形式存在。三价铬是人体的一种必需微量元素，在正常食品补给剂量下，三价铬是无毒的，但较高剂量的三价铬仍表现出细胞毒性反应。而六价铬由于其氧化性和对皮肤的高渗透性，毒害很大，被确认有致癌作用[1]。六价铬化合物广泛应用于制革、冶金、纺织品生产、印染及镀铬等行业。目前各行业均对六价铬进行限量，如2009年欧洲玩具指令（2009/48/EC）中规定了三价铬和六价铬在各种玩具中的限量，三价铬和六价铬的限量最低达到了9.4 mg/Kg和0.005 mg/Kg。

由于三价铬和六价铬一定条件下可以相互转化，并且三价铬六价铬都具有一定毒性，因此同时检测三价铬和六价铬的含量更具有重要意义。戴安公司TN24报道了三价铬和六价铬同时检测的方法：对三价铬和六价铬分别进行柱前和柱后衍生，采用紫外检测器于335 nm和530 nm对三价铬和六价铬进行检测[2]。本方法对TN24方法进行改进，在检测三价铬时，不泵入柱后衍生剂，降低背景噪音，提高三价铬的检出限；同时采用快速溶剂萃取ASE对三价铬和六价铬同时萃取，并达到对三价铬进行柱前衍生的目的，萃取液可以直接进行离子色谱分析，达到简单，快速检测的目的。该方法已成功的用于测定土壤、固体废弃物、皮革、纺织品、塑料及橡胶等样品中的三价铬及六价铬，具有良好的灵敏度及加标回收率。

样品前处理：

土壤样品于50 ℃烘箱烘干，采用粉碎机粉碎；固体废弃物采用粉石机磨碎成细小颗粒；皮革样品，纺织品样品用剪刀剪成0.2 cm×0.2 cm大小的碎片；塑料样品和橡胶冷冻粉碎。取样品10 g，加入石英砂适量，混合均匀，转至底层垫有玻璃纤维素膜的萃取池（Zr, 66 mL）中，快速溶剂萃取，用萃取液定容至100 mL，过0.45 µm滤膜，待IC分析。

ASE条件

仪器：ASE350

萃取溶剂：2 mmo l / L PDCA、2 mmo l / L K I、100 mmol/L NH4AC、2.8 mmol/L LiOH。

温度：100 ℃

静态萃取时间：5 min

循环次数：2次

冲洗体积：60%

吹扫时间：90 s

萃取池：Zr 66 mL

总时间消耗：18 min

离子色谱条件

仪器：Dionex ICS1600；Dionex AXP pump；Dionex VWD3000；Dionex 375 µL编结反应管

色谱柱：IonPac CS5A（4 mm×250 mm）分析柱，IonPac CG5A（4 mm×50 mm）保护柱

淋洗液：2 mmol/L PDCA、2 mmol/L KI、100 mmol/L NH4AC、2.8 mmol/L LiOH。

衍生试剂：2 mmol/L DPC、10%甲醇（V:V）、2.5%硫酸（V:V）。

淋洗液流速：1 mL/min；

柱后衍生泵开启时间：6 min

衍生液流速：0.5 mL/min

检测器波长：335 nm（0-6 min），530 nm（6-11 min）

进样量：250 µL

结果与讨论

离子色谱条件选择

根据TN24，柱后淋洗液全程与柱后衍生试剂进行混合，使得背景噪音升高，三价铬的检测灵敏度降低。据报道的，三价铬的检出限为23.3 µg/L。本方法为提高三价铬的检出限，采用在检测三价铬的时候，不泵入柱后衍生试剂，而在检测六价铬的时候，泵入柱后衍生试剂对六价铬进行衍生。为使六价铬检测时柱后衍生试剂与柱后淋洗液混合均与且压力稳定，需要使三价铬和六价铬保留时间间隔拉长。在TN24中，采用2 mM PDCA，2 mM Na2HPO4，10 mM NaI，50 mM CH3CO2NH4和2.8 mM LiOH作为淋洗液。其中KI主要起淋洗作用，本实验适当

降低KI浓度，可使三价铬和六价铬保留时间间隔拉长。同时本实验采用NH4AC和LiOH调整pH值至6.70-6.80之间，以便于两种形态的铬的分离和检测。经过试验调整，本方法最终采用淋洗液为：2 mmol/L PDCA、2 mmol/L KI、100 mmol/L NH4AC、2.8 mmol/L LiOH。

比较柱后衍生液流速0.2 mL/min、0.3 mL/min、0.4 mL/min和0.5 mL/min，发现在六价铬在高浓度的情况下，流速对衍生影响不大，而当六价铬浓度较低时，较高流速的衍生液能够获得的更高的检测信号，本实验使用0.5 mL/min作为柱后衍生试剂的流速。同时比较反应管（375 µL和750 µL）和柱后反应温度（20℃、30℃和40℃）对六价铬衍生的影响，发现反应管的体积及反应温度对衍生无明显影响。所以本方法采用375 µL和30℃作为反应管的体积和柱后反应温度。

ASE条件优化

对三价铬和六价铬同时检测，六价铬采用柱后衍生，而三价铬需要柱前衍生，即在进样前就和衍生试剂DPCA生成稳定的络合物。在TN24中采用加热煮沸的方法将三价铬和DPCA进行衍生。本方法采用ASE对同时对三价铬和六价铬进行提取，在萃取液中加入衍生试剂，同时达到对三价铬柱前衍生的目的。据文献报道，嘧啶二羧酸铬（PDCA）在加热煮沸的情况下与Cr（Ⅲ）产生的络合物在335 nm处有紫外吸收。结合IC分析条件，采用IC淋洗液（2 mmol/L PDCA、2 mmol/L KI、100 mmol/L NH4AC、2.8 mmol/L LiOH）作为ASE的萃取剂，提取完成后冷却，用萃取液定容至指定体积即可直接分析，省去了调节pH等繁琐过程。其他ASE条件为：100℃作为提取温度，静态萃取时间为5 min，循环2次。

ASE萃取池选择

ASE具有不锈钢萃取池（SST）和锆合金萃取池（Zr）两种材质的萃取池，为考察不同材质萃取池中空白值大小，分别对不锈钢萃取池和锆合金萃取池做空白试验。当采用不锈钢萃取池做空白试验时，萃取液呈现出微红色，经检测检测，不锈钢萃取池中萃取出30 ng/ml左右的三价铬，未检测出六价铬（图1）。反复萃取，三

2 价铬含量呈无规律变化，不适合作为三价铬六价铬的萃取。而采用锆合金萃取池做空白实验时，未检测出三价铬及六价铬，反复萃取，均未检测出三价铬和六价铬。所以本实验需采用锆合金萃取池作为ASE的萃取池。

转化试验

为防止三价铬和六价铬在ASE萃取过程中发生相互转化，分别对三价铬和六价铬做转化试验。于空白样品中单独三价铬和六价铬标样，发现三价铬的加标回收率达到99%以上，而六价铬的加标回收也达到了97%。说明三价铬和六价铬在ASE萃取过程中未发生相互转化。

1

2

3.00 5.00 7.50 10.00 11.00-3.0

0.0

5.0

10.0

CrIII

3.00 5.00 7.50 10.00 11.00-3.0

0.0

2.5

5.0

7.5

CrVI

图1. 不锈钢萃取池和锆合金空白色谱图（1:不锈钢萃取池；2:锆合金萃取池）

图2. 三价铬转化实验色谱图

图3. 六价铬转化试验色谱图

线性、检出限及加标回收率

本方法对三价铬和六价铬的仪器检出限（S/N=3）分别为：5 ng/mL和0.5 ng/mL，分别在50 ng/mL-1000 ng/mL和5-100 ng/mL呈现良好的线性关系，现行方程分别为：Y=0.0038X-0.0021和Y=0.0568-0.0152，线性相关系数分别为：0.9997和0.9992。

准确称取样品10 g，加入一定量浓度的三价铬和六价铬混合标准溶液，按“1.3”节对样品进行处理，并按“1.4”节色谱条件进行测定，计算回收率，结果见表1，三价铬和六价铬的回收率范围分别为90.5%-98.3%和97.4%-101.2%，RSD分别为3.1%-4.5%和1.9%-3.1%。

NO. Cr（Ⅲ）Added Cr（Ⅳ） Added Cr（Ⅲ）Recovery RSD相对 Cr（Ⅳ）Recovery RSD相对

序号 Cr（Ⅲ）加标量 Cr（Ⅳ）加标量 Cr（Ⅲ）回收率 标准偏差 Cr（Ⅳ）回收率 标准偏差

ng/mL ng/mL % % % %

1 50.0 5.0 90.5 4.5 97.4 3.1

2 100.0 10.0 95.7 3.7 99.5 2.2

3 500.0 50.0 98.3 3.1 101.2 1.9

表1. 加标回收率结果（n=3）

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总结

通过对各种基质样品加标回收试验及稳定性试验等，证明本方法可用于三价铬和六价铬的同时萃取分离分析，并具有简单，快速，灵敏度高等特点。

参考文献

[1] 李静, 王雨, 陈华宝等. 牛奶中三价铬和六价铬的同时提取和检测方法[J]. 食品科学, 2010,31(10): 250-253.

[2] Dionex Technical Note 24_V15 离子色谱法测定铬

样品检测

采用本方法对土壤、固体废弃物、皮革、纺织品、塑料和橡胶进行分析检测。取样品若干，与石英砂混合均与，倒入事先垫有玻璃素膜的萃取池中，进行ASE萃取，将萃取液用萃取溶剂定容后，进行离子色谱分析。实验结果见表2。

3.00 4.00 6.00 8.00 10.00 11.00-3.0

0.0

2.5

5.0

7.5

CrIII

CrVI

3.00 5.00 7.50 10.00 11.00-3.0

0.0

2.5

5.0

7.5

CrIIICrVI

1]detalupinam[ - 12 - 1 100ppb/10ppb

图4. 标准样品色谱图（Cr（III）100 µg/L, Cr（VI）10 µg/L）

图5. 样品及样品加标色谱图（加标量：Cr（III） 100 µg/L, Cr（VI）10 µg/L）

样品 Cr（Ⅲ）/µg/g Cr（Ⅵ） /µg/g

土壤 0.182 BLD

固体废弃物 0.103 BLD

皮革 213 0.596

纺织品 3.10 BLD

塑料 0.095 BLD

橡胶 0.186 BLD

BLD:低于检出限

表2. 各类样品检测结果及加标回收率