石墨炉原子吸收光谱法测定奶粉中的六价铬

黄 锋，曹建国，杨平华

（云南省昭通市疾病预防控制中心，云南 昭通 657000）

实验室与分析

石墨炉原子吸收光谱法测定奶粉中的六价铬

黄 锋，曹建国，杨平华

（云南省昭通市疾病预防控制中心，云南 昭通 657000）

基于Cr(Ⅲ)与噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）生成的络合物在石墨炉中的挥发性，建立一种前处理简单、灵敏度高的测定奶粉中六价铬的分析方法。对样品的消化方式、Cr(Ⅲ)与TTA络合的酸度、试剂的加入量、超声波水浴的温度和时间、静置时间与石墨炉挥发Cr(Ⅲ)的原子化条件进行探讨。结果表明，Cr(Ⅵ)在0.002～0.010mg·L-1浓度内呈良好线性关系(r=0.9995)。奶粉样品中Cr(Ⅵ)不同加入量的平均回收率为78%～93%，其相对标准偏差为3.8%～9.4%，检出限为0.4 mg·L-1。方法具有分析速度快、灵敏度高、干扰少、操作简便等特点，应用于奶粉中六价铬的测定获得了满意的结果。

石墨炉原子吸收光谱法；Cr( TTA)3挥发；六价铬；奶粉

食品中的微量元素与人体健康密切相关。铬是人体必需的微量元素，对人体具有一定的生理功能，它作为胰岛素的强化剂，可激活胰岛素，参与机体糖、脂肪、蛋白质的代谢，能增强胆固醇的分解和排泄，防止动脉硬化，促进氨基酸的转运和蛋白质的合成，促进人体的生长发育，增强RNA的合成等[1]。铬缺乏可能使脂肪代谢紊乱诱发动脉硬化和冠心病[2]，长期缺乏可引起糖尿病[3-4]。而六价铬会对呼吸道、消化道有刺激作用，长期摄入对呼吸道、消化道有致癌、诱变作用，引起扁平上皮癌、肺癌等疾病[5-8]，过量摄入还会致人死亡。由于铬在食物中已经能满足人体的需要，所以一般不必担心其缺乏，而是要防止通过食物过量进入人体而造成健康的危害。因此只有分别测定出食品中的三价铬和六价铬，才能对其营养与安全做出正确的评价。

目前测定六价铬的分析方法主要有原子吸收光谱法（AAS）[9-10]、光度法[11]、高效液相色谱法（HPLC）[12]、电感耦合等离子体原子发射光谱法（ICP-AES）[13]、电感耦合等离子体质谱法（ICP-MS）[14]等。这些方法多数都是在试样前处理阶段分离三价铬和六价铬，分离操作繁琐，且易引起样品丢失或污染。

R. Moshier[15]对乙酰丙酮化合物（ACAC）、三氟乙酰丙酮（TFA）和六氟乙酰丙酮（HFA）的挥发性进行了详细报道，而Y. An[16]提出了利用Cr(TFA)3在石墨炉内挥发分离三价铬而直接测定六价铬的方法。本实验基于Cr(Ⅲ)与噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）生成的络合物在石墨炉中的挥发性，建立一种奶粉中六价铬形态分析的新分析方法。

1 材料与方法

1.1 主要仪器与试剂

ZEEnit 700石墨炉原子吸收光谱仪（附MPE-60自动进样器），单元素空心阴极灯，热解涂层石墨管。马弗炉、旋涡混合器，ECH-1型电子温控加热板，HF-2001型电子天平。

1 mg·mL-1Cr（Ⅲ）标准溶液，0.15 mol·L-1噻吩甲酰三氟丙酮（TTA）乙醇溶液，浓盐酸（优级纯）。

1 mg·mL-1Cr(Ⅵ)标准溶液：称取0.093 g K2Cr2O7（99.8%，分析纯），以去离子水溶解并定容至25mL容量瓶中。

硝酸钯溶液：称取0.3g钯（99.999%）用1mL优级纯硝酸溶解，后用去离子水稀释至100 mL。

缓冲溶液：0.1 mol·L-1乙酸钠和0.1 mol·L-1乙酸混合，调pH值至5.5。

1.2 仪器工作参数

优化后的仪器工作参数列于表1，石墨炉程序升温程序列于表2。测定过程均采用塞曼扣背景校正。

表1 仪器工作参数Table1 Analytical parameters of the instrument

1.3 样品分析

1.3.1 样品处理

准确称取2.000g(精确至0.0001g)奶粉样品于坩埚中，加3mL优级纯的HCl，浸泡过夜后将坩埚于电热板上，小心蒸干，炭化至不冒烟为止，转至马弗炉，550℃恒温1.5 h，取出冷却加浓HCl，再灰化至白灰状，取出后放冷。

表2 石墨炉程序升温Table2 Heating procedure for graphite furnace

1.3.2 Cr(TTA)3螯合物合成

将灰化好的样品用去离子水溶解于10mL容量瓶中，加入缓冲溶液3.0mL，调pH值至5.5，再加入0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液2.0mL，定容，超声波水浴(50℃)20min后，取出静置1h。

1.3.3 工作曲线绘制

于一系列10mL容量瓶中加入一定量的Cr(Ⅵ)标准溶液、2mL 0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液、5mL缓冲溶液，用去离子水定容，配成浓度为0、0.001、0.002、0.004、0.008、0.010 mg·L-1的标准系列，按表1、表2的仪器条件测定，绘制工作曲线。

1.3.4 样品测定

将处理好的样品按表1、2的仪器条件测定样品中Cr(Ⅵ)的吸光度，由工作曲线求出浓度，换算成奶粉中Cr(Ⅵ)的含量。

2 结果与讨论

2.1 消化方式的选择

分别以硝酸、硝酸-高氯酸（1∶4）及550℃干灰化等消化方式来处理定量的Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)混合标准溶液和样品加Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)混合标准溶液，按表1、表2的仪器条件测定，并根据工作曲线计算浓度，结果见表3。

由表3 可见，硝酸和硝酸-高氯酸消化方法都将Cr(Ⅲ)氧化成了Cr(Ⅵ)，引起了铬价态的变化，而灰化法对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)价态无影响，因此选择550℃灰化作为样品消化的方法。

2.2 酸度对Cr（TTA）3合成的影响

在Cr(Ⅲ) 溶液（10mg·L-1）中加入缓冲溶液和TTA乙醇溶液，调节一系列pH值为1.0～8.0，测定其挥发率。实验表明pH值为5～6，Cr(TTA)3挥发率最大，因此本实验选择pH值为5.5。

表3 几种样品消化方式对测定结果的影响Table3 Effect of sample digestion on detection result

2.3 缓冲溶液用量的选择

在Cr(Ⅲ)（10mg·L-1）溶 液 中（pH值 为5.5）加入不同体积(2.0～10.0mL)的缓冲溶液，测定Cr(Ⅲ)的吸光度。结果表明，缓冲溶液体积在3.0mL以上时，Cr(Ⅲ)完全挥发且趋于稳定，因此缓冲溶液的用量选用3.5mL。

2.4 TTA用量的选择

在Cr(Ⅲ)（10 mg·L-1）溶液中（pH值为5.5）加入缓冲溶液3.5mL，以及2.5mL不同浓度的TTA乙醇溶液（0.015～0.3 mol·L-1）。TTA浓度大于0.15 mol·L-1时，Cr(TTA)3完全挥发且趋于稳定，因此本实验选用TTA浓度为0.15 mol·L-1。

2.5 超声波水浴温度和时间的选择

为了加速Cr(Ⅲ)和TTA的螯合反应速度，在实验最佳测定条件下，将Cr(Ⅲ) 标准溶液（10 mg·L-1）放入超声波水浴中，温度分别为30、40、50、60℃，时间分别为5、15、25 min。结果表明，在水浴温度高于50℃、时间大于15 min时，Cr(TTA)3完全挥发且趋于稳定。本实验选择超声波水浴温度和时间分别为50℃和15 min。

2.6 静置时间的影响

在Cr(Ⅲ)（10 mg·L-1）溶液中（pH值为5.5），加入3.5 mL缓冲溶液和2.5mL 0.15 mol·L-1TTA乙醇溶液，摇匀混合，放置不同时间（30～180 min）后，测定Cr(Ⅲ)吸光度。结果表明，随着静置时间的增加，Cr(Ⅲ)的挥发率也增加，静置60min以后挥发率最大且趋于稳定。本实验选择静置时间为60min。

2.7 仪器的工作条件

升温程序中铬的干燥温度从75℃升温到90℃，再升温到120℃，避免了溶液因暴沸崩溅而损失。载气流速采用300mL·min-1，测定结果良好。采用峰面积积分，可消除信号的动力学影响，测量过程不受原子生成速率的限制，试验中也显示相关系数峰面积优于峰高。因此，本文采用峰面积积分进行测量。2.7.1 石墨炉预处理温度和灰化温度的选择

为了达到更好的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分离效果，实验最佳测定条件下，在石墨炉升温阶段的预处理和灰化两个步骤中，改变温度，分别测定Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的吸光度，在100～700℃时，Cr(Ⅲ)吸光度逐渐下降，并在650℃以后趋于稳定，而Cr(Ⅵ)在1500℃之前吸光度基本不变。本实验选择预处理温度和灰化温度分别为650℃和1450℃。

2.7.2 预处理时间的选择

保持石墨炉预处理温度650℃，改变预处理时间(40～90s)，结果表明Cr(Ⅲ)在60s以后挥发完全且趋于稳定。本实验选用预处理时间为60s。

2.7.3 基体改进剂的影响

为了使Cr(TTA)3完全挥发，而Cr(Ⅵ)能保留下来，实验比较了不加基体改进剂和用PdCl2及钯溶液作基体改进剂。发现用钯溶液作基体改进剂比用PdCl2更能提高Cr(Ⅵ)的保留率，并分别对浓度为0、5、10、20 mg·L-1的钯溶液进行试验，结果表明，钯溶液浓度大于5 mg·L-1时，Cr(TTA)3完全挥发，且Cr(Ⅵ)能最大量地保留下来。因此选择5 mg·L-1钯溶液作基体改进剂。

2.8 方法的最低检出限及加标回收率

采用本方法对试样空白溶液进行平行测定11次，以3倍标准偏差值计算铬的检出限为0.4mg·L-1。

根据以上确定的样品前处理条件，对不含Cr(Ⅵ)的奶糖样品和加标样品灰化处理，按照实验方法进行测定，根据GB 14961-94规定奶粉中铬限量卫生标准为≤2.0mg·kg-1[17]，故选择加标量范围为10～2000ng，不同加标量的回收率见表4。奶粉中Cr(Ⅵ)）测定的平均回收率为78%～93%，相对标准偏差低于9.4%。

表4 在奶粉中添加Cr(Ⅵ)的回收率及相对标准偏差（n=10）Table4 Recoveries and relative standard deviations Cr(Ⅵ) in milk powder sample（n=10）

3 结论

采用干灰化分解试样，为消除基体干扰，选用钯溶液作为基体改进剂，不经分离富集，直接用石墨炉原子吸收光谱法测定奶粉样品中的痕量铬，得到了满意的分析结果。该方法具有方法简单、快速、准确等特点，适合实验室的检验要求。

[1] 梁奇峰.铬与人体健康[J].广东微量元素科学，2006，13(2)：67-69.

[2] 姜桂荣，程南征，胡晓林，等.富铬酵母对糖尿病病人糖耐量的影响[J].营养学报，1988(3)：253-257.

[3] Jeejeebhoy K N,et al. Chromium deficiency,glucose intolerance and neuropathy reversed by chromium supplementation in a patient receiving longterm total parenteral nutrition[J].The American Journal of Clinical Nutrition,1977.

[4] Lukaski HC,Bolonchuk WW,Siders WA,et al.Chromium supplementation and resistance training: effects on body composition, strength, and trace element status of men[J].The American Journal of Clinical Nutrition,1996.

[5] 谭西顺.危害人体健康的杀手——六价铬[J].劳动保护，2003(1)：61.

[6] 陈琼宇，李洪，李时恩，等.六价铬对接触工人子代智力发育影响的研究[J].中国公共卫生学报，1998(6)：38-39.

[7] 张美琴，侯晨美，陈海仟，等.微波消解样品-石墨炉原子吸收光谱法测定饲料中铬[J].理化检验：化学分册，2010(9)：1015-1017.

[8] 王会存，施良，叶晓东.共沉淀-石墨炉原子吸收光谱法测定高盐食品中的铅和镉[J].中国卫生检验杂志，2008(4)：645-646.

[9] Sahayam A C. Sperciation of Cr(Ⅲ) and Cr(Ⅵ)in Potable Waters by using Activated Neutral Alumina as Collector and ET-AAS for Determination [J]. Anal Bioanal Chem., 2002(372):840-842.

[10] 袁建，杨晓蓉，浮东宝，等.食品中铬（Ⅲ）与铬（Ⅵ）分析方法的探讨[J].中国粮油学报，1999，14(4)：59-62.

[11] 谢华林.二苯碳酰二肼吸光光度法测定水中铬（Ⅵ）[J].理化检验：化学分册，2003，39(6)：362-364.

[12] J.F. Jen, G.L. Ou-Yang, C.S. Chen, et al. Simultaneous Determination of Chromium（Ⅲ） and Chromium（Ⅵ）with Reversed-phase Ion-pair High-Performance Liquid Chromatography[J].Analyst, 1993(118):1281-1284.

[13] 范哲锋.活性氧化铝微柱分离富集-电感耦合等离子体原子发射光谱法在线测定水中铬（Ⅲ）和铬（Ⅵ）[J].分析化学，2003，31(9)：1073-1075.

[14] Balarama Krishna M V, Chandrasekaran K, Sarva V Rao, et al. Speciation of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）in Waters using Immobilized Moss and Determination by ICP-MS and FAAS[J].Tanata, 2005(65)：135-143.

[15] Moshier R, Sievers R. Gas Chromatography of Metal Chelates [M].New York: Pergamon Press,1965.

[16] An Y, Willie S N, Sturgeon RE. Insitu Concentration of Volatile Chromium b-diketonate for the Determination of GFAAS[J]. Fresenius J Anal Chem, 1992(344)：64-65.

[17] GB 14961-94，食品中铬限量卫生标准[S].

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

黄锋(1979-)，男，汉族，湖南澧县人，理学硕士，现主要从事理化检验及质量管理工作。电话：18608705667，E-mail:huang426821@ sohu.com

2014-02-21