高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定儿童玩具中痕量铬(Ⅲ)与铬(Ⅵ)

张冀飞，高 欣，杨晓兵

(北京出入境检验检疫局，北京 100029)

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定儿童玩具中痕量铬(Ⅲ)与铬(Ⅵ)

张冀飞*，高 欣，杨晓兵

(北京出入境检验检疫局，北京 100029)

建立了高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS) 测定玩具中痕量三价铬和六价铬的分析方法。考察了不同pH值、不同流动相、流速、质谱条件等影响因素对实验体系的影响，优化了HPLC-ICP-MS方法，使得三价铬和六价铬的检出限分别达到0.024 mg/kg和0.015 mg/kg，满足EN71-3第一类和第三类检出限的要求。将方法应用于玩具样品中三价铬和六价铬的分析，加标回收率为85.4%～119%，相对标准偏差为3.0%～5.0%。该方法简单、灵敏、准确，可用于塑料、毛绒面料、纸类玩具等玩具样品的测定。

高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)；玩具；三价铬(Cr3+)；六价铬(Cr6+)；EN71-3

含六价铬的铬酸盐和重铬酸盐被广泛用于金属加工和各类工业，也常作为颜料和染料的重要组分，而颜料是绝大多数玩具的基本成分，更易为儿童接触而造成伤害[1-2]。对于可迁移铬的限制，旧的欧盟玩具安全指令只要求限制总铬，并不分价态；欧盟玩具新指令则对三价铬和六价铬分别进行了限制[3]。旧指令针对所有材料基本是统一限量，而新指令对玩具材料按“干燥、易碎、粉状或易弯的玩具材料”，“液态或粘性玩具材料”以及“可刮下的玩具材料”3类分别设定了高低不同的限量要求[4]。因此，同时检测儿童玩具中三价铬和六价铬的含量更具有重要意义。

目前，国内外现有的玩具安全标准体系中，对于可迁移元素铬的检测，主要是针对总铬，无价态要求[5-7]，且各标准均未给出详细的仪器操作步骤和工作条件。而对三价铬和六价铬同时进行检测的研究主要集中在食品、饮用水、电子电器产品以及人体血液等领域[8-14]。国内外现仅有高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用测定水中铬形态的报道[15]，此外，虞锐鹏等[16]采用快速溶剂萃取/离子色谱法同时测定了塑料中的三价铬和六价铬。

目前实验室常用的等离子体发射光谱仪的灵敏度无法满足铬的限量要求，通过液相色谱技术对三价铬(Cr3+)和六价铬(Cr6+)进行分离，再利用等离子体质谱法进行定性定量分析，可弥补等离子体原子发射光谱法对该元素灵敏度难以满足要求这一缺点，同时还可实现多元素的同时测定。国内尚未建立玩具材料中三价铬和六价铬的液相色谱-等离子体质谱检测方法。本文通过优化ICP-MS方法，以及流动相组成、pH 值和流速等参数，建立了应用HPLC-ICP-MS同时检测三价铬(Cr3+)和六价铬(Cr6+)的分析方法，并将其应用于儿童玩具样品的分析。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

ELAN DRCE电感耦合等离子体质谱仪、Flexar HPLC液相色谱(美国PE公司)；水浴控温摇床(德国Julabo)；实验用水由Milli-Q超纯水器制得(美国Millipore公司，>18.2 MΩ·cm)；KQ-600B型超声波清洗器(昆山市超声仪器有限公司)。 四丁基氢氧化铵(TBAH，Aladdin公司)，乙二胺四乙酸二钾(EDTA，Aladdin公司)，三价铬(Cr3+)单元素标准溶液(1 000 μg/mL，美国O2si公司)，六价铬(Cr6+)单元素标准溶液(100 μg/mL，国家标准物质研究中心)，盐酸(BVⅢ级)，氨水、甲醇、乙酸均为优级纯。

1.2 液相色谱-质谱条件

1.2.1 色谱条件 色谱柱：C8色谱柱(33 mm×4.6 mm，3 μm)；流动相：四丁基氢氧化铵(TBAH)+EDTA(钾盐)+甲醇；流速：1.5 mL/min；柱温：环境温度；自动进样器冲洗剂：50%甲醇，50%水；进样量：50 μL；样品准备：用流动相稀释；检测器：PerkinElmer ELAN DRCE ICP-MS；总分析时间：3 min。

1.2.2 质谱条件 ICP-MS 参数：入射功率1 300 W；冷却气流量15.0 L/min；辅助气流量1.2 L/min；雾化气流量0.96 L/min；玻璃同心雾化器；石英旋流雾室；铂采样锥和截取锥；DRC反应池分析模式；反应气：CH4；反应气流量0.8 mL /min；同位素：52Cr，积分时间250 ms。

1.3 标准溶液的配制

分别移取0.1 mL(精确至0.01 mL)三价铬(Cr3+)单元素标准溶液(1 000 μg/mL)和1 mL六价铬(Cr6+)单元素标准溶液(100 μg/mL)，置于200 mL试剂瓶中，用水定容稀释至100 mL，混匀，得到1 μg/mL Cr3+和Cr6+的混合标准储备液。使用时，再稀释至所需浓度。

1.4 样品处理

按照EN71-3方法取样和样品制备步骤[3]，取0.5 g玩具样品加入25 mL 0.07 mol/L的盐酸，在水浴控温摇床中控温(37±2) ℃水浴加热振荡1 h，再静置1 h，过滤后得到样品迁移溶液。取1 mL迁移液再加入1 mL 0.07 mol/L的氨水溶液，用流动相定容至10 mL，将溶液置于50 ℃ 1 h，得到最终样品溶液。

2 结果与讨论

2.1 流动相条件优化

2.1.1 pH值的影响 由于pH值对铬的分离尤其是对Cr6+的保留和峰形有一定程度的影响：当pH 值为5.5～7.0时， Cr3+和Cr6+比较稳定。当pH值大于9.0 时， Cr3+会生成沉淀，信号严重降低；而在酸性条件(pH <5.0 )下，Cr6+的信号严重降低，且部分会转化为Cr3+。分别考察了流动相pH值为6.5，7.1，7.5时Cr3+和Cr6+的分离情况，实验结果见表1。从表中可以看出随着pH值的升高， Cr6+的保留时间缩短，峰面积变大，峰形变窄，分离度降低。当pH值为7.1时， Cr3+和Cr6+的分离效果最好。因此，本研究选择流动相的最佳pH值为7.1。

表1 流动相的pH值对Cr3+和Cr6+分离效果的影响

2.1.2 TBAH浓度的影响 考察了流动相中TBAH的浓度对铬分离的影响，实验结果见表2。从表中可看出，0.1 mmol/L的TBAH无法使 Cr3+和 Cr6+分开(分离度小于1)，当TBAH为1.0 mmol/L时，Cr3+和 Cr6+可以分开，但随着TBAH浓度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留时间延长，峰形变宽。这是因为在高浓度时会有更多的TBAH与固定相反应，能够提供更多的离子配对，从而使更多的Cr被固定，最终使得铬的保留时间延长，峰变宽。实验结果显示，TBAH浓度为2.0 mmol/L时， Cr3+和Cr6+的保留时间虽均较1.0 mmol/L TBAH时延长，但Cr3+和Cr6+的峰高和峰面积有所降低。综合考虑，选择1.0 mmol/L为TBAH的最佳浓度。

表2 不同浓度TBAH对Cr3+和Cr6+分离效果的影响

2.1.3 EDTA浓度的优化 考察了络合剂EDTA浓度对铬分离的影响(表3)。从表中可以看出当EDTA加入量过小时，未能络合溶液中的Cr3+，随着EDTA浓度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留时间延长，峰面积变大。当EDTA浓度为0.5 mmol/L时， Cr3+和Cr6+的分离效果最好，因此选择EDTA的最佳浓度为0.5 mmol/L。

表3 不同浓度的EDTA对Cr3+和Cr6+分离效果的影响

2.1.4 甲醇浓度的影响 在流动相中加入甲醇是为了减少固定相与离子对试剂之间的相互反应，实验考察了流动相中不同比例甲醇对Cr3+和Cr6+分离效果的影响，结果如表4所示。随着甲醇浓度的增大，Cr3+和Cr6+的保留时间缩短，峰形变窄，部分Cr6+转化为Cr3+，造成Cr6+的峰面积减小，回收率降低。因此，本实验选择合适的甲醇浓度为2%。

表4 不同甲醇比例对Cr3+和Cr6+分离效果的影响

2.2 质谱条件的优化

配制1 mmol/L TBAH和0.5 mmol/L EDTA流动相进样。连续测定11次，测定在不同CH4流量及反应池电压下的标准偏差值(SD)。检出限(3SD)如表5所示。最优的CH4流量为0.8 mL/min，反应池电压为0.5 V ，此时总铬的检出限为0.027 μg/L(即0.001 mg/kg)，低于第二类玩具材料中六价铬的限量0.005 mg/kg。得到优化后的条件为：1 mmol/L的TBAH+0.5 mmol/L的EDTA为流动相，调节pH值至7.1，加入甲醇比例为2%，用10 μg/L的Cr3+与Cr6+混标进样，其分离色谱图如图1所示。

表5 不同反应流量及反应池电压下的检出限

图1 10 μg/L Cr3+和Cr6+混标溶液的分离色谱图

2.3 线性关系与检出限

用流动相配制不同浓度的混标溶液，稀释得到一系列不同浓度的标准溶液，在优化条件下对各溶液进行测定，结果见表6。结果显示，在0.1～10 μg/L范围内， Cr3+和Cr6+的质量浓度(ρ，μg/L)与对应峰面积(A)呈良好的线性关系,相关系数(r)分别为0.999 9和0.999 2，检出限(LOD)分别为0.024和0.015 mg/kg。

表6 Cr3+和Cr6+的线性方程、相关系数及检出限

2.4 加标回收率与重复性

选取塑料玩具、布绒玩具、纸类玩具等市售的3种玩具进行前处理后，在空白样品中分别添加0.5，1.0，5.0 μg/L的混合标准溶液，按照本方法进行回收率实验，回收率结果见表7。由表7可见，方法的平均回收率为85.4%～119%。表明所建立的方法具有较好准确度。

表7 Cr3+和Cr6+的回收率

用流动相配制1 μg/L的Cr3+和Cr6+混合标准溶液，按实验方法进样分析，验证方法的重复性， 1 μg/L的Cr3+和Cr6+混标溶液，连续进样7次，按峰面积计算得 Cr3+的RSD为3.0%， Cr6+的RSD为5.0%，表明方法具有较好的重复性。

2.5 实际样品的测定

采用本方法对塑料玩具、布绒玩具等市售5种玩具进行测定。结果显示，样品中均未检出Cr6+，但在其中1款塑料电子琴玩具的绿色塑料中检出Cr3+，其含量为5.56 mg/kg，未超过欧盟新玩具安全指令2009/48/EC中规定的可以刮去的玩具材料中Cr3+的限量(460 mg/kg)。

3 结 论

本文建立了以EDTA和TBAH为流动相，高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术(HPLC-ICP-MS)测定玩具中痕量Cr3+和Cr6+的分析方法，对玩具样品中Cr3+和Cr6+的测定进行了研究。方法具有选择性好、简便快速、重复性好、准确度高等特点，适用于玩具中痕量Cr3+和Cr6+的检测，可满足EN71-3第一类和第三类检出限的要求。

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Determination of Chromium(Ⅲ) and Chromium(Ⅵ) in Children’s Toys Using High Performance Liquid Chromatography-Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry

ZHANG Ji-fei*,GAO Xin，YANG Xiao-bing

(Beijing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau，Beijing 100029，China)

A high performance liquid chromatography- inductively coupled plasma mass spectrometric(HPLC-ICP-MS) method was established for the determination of chromium(Ⅲ) and chromium(Ⅵ) in children’s toys．By investigating pH value， mobile phase，flow rate， ICP-MS operating conditions and parameters，the detection limits of chromium(Ⅲ)and chromium(Ⅵ)(S/N=3) were obtained to be 0.024 mg/kg and 0.015 mg/kg，respectively，which could meet the requirements of the EN71-3 categoryⅠand category Ⅲ for determination of migratable chromium(Ⅲ)and chromium(Ⅵ) in children’s toys.The spiked recoveries varied from 85.4% to 119%，with relative standard deviations of 3.0 %-5.0 %．The proposed method was successfully applied in the determination of chromium(Ⅲ) and chromium(Ⅵ) in commercially available toys，including plastic children’s toys，stuffed children’s toy and paper children’s toys．The results demonstrated that the developed method was simple，rapid，sensitive and accurate.

high performance liquid chromatography- inductively coupled plasma mass spectrometry(HPLC-ICP-MS)；toy；chromium(Ⅲ)；chromium(Ⅵ)；EN71-3

2014-10-13;

2014-11-10

北京国检局科技计划课题(2013BK017)

10.3969/j.issn.1004-4957.2015.02.019

O657.63；O614.611

A

1004-4957(2015)02-0232-05

*通讯作者：张冀飞，硕士，工程师， 研究方向：玩具化学分析检测，Tel：010-58648468，E-mail： zhangjf@bjciq.gov.cn