高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术测定皮革中Cr(Ⅵ)

王 欣， 陈丽琼， 钟新林， 幸苑娜， 陈泽勇， 黄福毅

(1.深圳市计量质量检测研究院,广东深圳 518109；2.赛默飞世尔科技,广东广州 510770)

电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)技术是上世纪90年代以来发展最快的痕量元素分析技术之一，将其与高效液相色谱(HPLC)联用，将Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)先分离后检出，是目前分析痕量Cr(Ⅵ)最有效的方法。目前报道最多的方法是高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱(HPLC-ICP-MS)联用法[3 - 7]，也有利用离子交换色谱法将Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)分离的报道[8 - 12]。本研究采用HPLC-ICP-MS联用技术，使用文献中未见报道的Dionex AS19色谱柱，在无需预先络合Cr(Ⅲ)的条件下，建立了Cr(Ⅵ)与Cr(Ⅲ)的高效分离测定方法；采用He碰撞池技术降低质谱干扰，考察了方法的精密度和准确度，对比了本方法与分光光度法对深色皮革萃取液的测定结果，并测定了各类皮革实际样品。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

7700x型电感耦合等离子体质谱仪(美国，Agilent公司)，配有八级杆碰撞反应池；1260型高效液相色谱仪(美国，Agilent公司)；UV-1700型分光光度计(日本，岛津公司)；KS4000i control全自动控温摇床(德国，IKA公司)。

Cr(Ⅲ)标准储备溶液(GBW 08614，1 000 mg/L)、Cr(Ⅵ)标准储备溶液(GBW(E) 080257，100 mg/L)，购自国家标准物质研究中心。1,5-二苯卡巴肼溶液：称取1,5-二苯卡巴肼(优级纯)1.0 g,溶解在100 mL丙酮中，加一滴冰乙酸，使其呈酸性。缓冲溶液：称取适量K2HPO4(色谱纯)溶于超纯水中，配制0.1 mol/L K2HPO4溶液，用H3PO4将pH值调至8.0±0.1，再用氩气或氮气排出空气。HNO3、H3PO4、氨水、丙酮、冰乙酸为色谱纯，流动相NH4NO3由HNO3和氨水混合配制。实验用水(电阻率>18.2 MΩ·cm)由Mili-Q Element纯水机制得。

1.2 样品前处理

样品前处理参照国家标准(GB/T 22807-2008)[2]，根据所选用的两种分析方法略作修改。称取一定量(0.4 g，精确到0.0001 g)的剪碎皮革样品放入锥形瓶中，加入20 mL排去空气的K2HPO4缓冲溶液，在摇床上振荡萃取3 h后，检查溶液的pH值应在7.5～8.0之间，若超出这一范围，则需要重新调整称样量进行测定。萃取液经0.22 μm水性滤膜过滤后，待测。每个样品平行做2次，同时做空白实验。

1.3 仪器工作条件

色谱条件：Dionex AS19色谱柱(250×4 mm，美国Dionex公司)；流动相为0.15 mol/L NH4NO3(pH=7.4),流速1.0 mL/min;进样体积100 μL。

ICP-MS采用He碰撞池模式，调节碰撞气He的流量，以消除质谱检测时40Ar12C+与35Cl16O1H+对52Cr+的谱学干扰。每次实验前仔细调节质谱仪的一系列参数以获得最优信噪比，并保证基线的稳定性。HPLC与ICP-MS之间由PEEK 管连接,以色谱进样阀为质谱工作的触发信号，ICP-MS在线测量52Cr+、53Cr+。ICP-MS主要工作条件参见表1。

表1 电感耦合等离子体质谱主要工作参数

2 结果与讨论

2.1 谱峰定性

图1 Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)混合溶液在不同质荷比下的色谱图Fig.1 Chromatogram of mixed solution of Cr(Ⅲ) and Cr(Ⅵ) at different m/za.m/z52;b.m/z53.

本实验以52Cr的积分面积作为定量依据，但质量数52处存在一些多原子离子干扰，如40Ar12C+、35Cl16O1H+等。自然界中镉有四种同位素，其中52Cr占83.79%，53Cr占9.50%，Cr的自然丰度比52Cr/53Cr=8.8。图1为Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)混合溶液，保留时间2.291 min处m/z52的峰与m/z53的峰积分面积比为8.4，保留时间3.819 min处m/z52的峰与m/z53的峰积分面积比为8.5，均接近52Cr/53Cr 自然丰度比8.8，可以判断这两个峰均是Cr，而非40Ar12C+、35Cl16O1H+之类的多原子干扰离子，多原子离子的干扰在质谱采用He碰撞池模式下被基本排除。进一步根据Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)单元素标准溶液的保留时间，判断保留时间2.291 min处为Cr(Ⅲ)峰，保留时间3.819 min处为Cr(Ⅵ)峰。

2.2 保留机理探讨

综合考虑分离度及工作效率，实验选择流动相浓度为0.15 mol/L。在实际工作中，常常遇到样品中Cr(Ⅲ)大大过量于Cr(Ⅵ)的情况，为使Cr(Ⅵ)色谱峰不受干扰，可适当降低流动相浓度，提高两者的分离度。

图2 Cr(Ⅵ)标准系列色谱图；插图为Cr(Ⅵ)色谱峰积分面积与对应浓度的线性拟合Fig.2 Chromatogram of Cr(Ⅵ) standard solutions；The inset shows linear correlation of Cr(Ⅵ) chromatographic peak areas as a function of concentrationsa-g:0,1.0,2.0,5.0,10.0,20.0,50.0 μg/L,respectively.

2.3 线性拟合及检出限

按照上述方法测定1.0～50.0 μg/L Cr(Ⅵ)标准溶液系列，以各浓度色谱峰积分面积(y)与对应质量浓度(x)绘制标准工作曲线，回归方程为：y=81749.2x+11697.7，线性相关系数R=0.99995(图2)。检测浓度为0.02 μg/L Cr(Ⅵ)溶液，软件计算信噪比约为3，得出在色谱进样量为100 μL，质谱采用He碰撞池模式下，本方法对Cr(Ⅵ)的检出限达到了0.02 μg/L。

2.4 方法的准确度和精密度

为了验证该方法的准确度和精密度，选取三个皮革Cr(Ⅵ)阴性样品(萃取液均为深色)，进行加标回收实验，计算加标回收率；同时进行7次平行样的独立分析，计算方法精密度，结果见表2。从表中可以看出方法的精密度(RSD)均优于4.1%，2.0 μg/L加标水平的回收率为93.5%～97.0%，20.0 μg/L加标水平的回收率为97.8%～102.3%。

表2 加标回收率和精密度测定结果

2.5 HPLC-ICP-MS与分光光度法对比

选取三个皮革Cr(Ⅵ)阴性样品(萃取液为深色)，进行两个水平的加标实验，对比本方法与分光光度法的测定结果，见表3。可以看出，对于深色皮革萃取液，分光光度法测定误差较大，2.0 μg/L加标水平回收率为91.8%～127.1%，20.0 μg/L加标水平回收率为103.0%～111.8%；而HPLC-ICP-MS测定结果要准确得多，2.0 μg/L加标水平回收率为98.9%～103.1%，20.0 μg/L加标水平回收率为101.2%～102.4%。

表3 分光光度法与HPLC-ICP-MS测定结果比较

2.6 实际样品测定结果

测试试样从购自深圳各大商场、超市的皮革产品上取得，共50个测试试样。从测试结果看，有14个样品测出含有Cr(Ⅵ)，有一个样品Cr(Ⅵ)含量甚至高达1 000 mg/kg，可见Cr(Ⅵ)化合物用作皮革鞣制剂的情况还普遍存在。目前欧盟对皮革制品的管控越来越严，欧盟国家如丹麦已明确提出“与皮肤直接及长期或重复接触的皮革物品，若含有浓度相等于或超出3 mg/kg的Cr(Ⅵ)，不得投放市场”。我国的皮革制品生产企业只有选择更优质的上游原材料供应链，进一步提高产品质量，保证产品安全，才能更好地应对新的绿色贸易壁垒，保持并扩大产品在欧盟的市场份额。

3 结论

本研究采用HPLC-ICP-MS联用技术，建立了皮革制品中Cr(Ⅵ)的分析测定方法，与目前的国家标准方法相比，本法无需样品衍生化步骤，操作简便、快速、灵敏度高，且测定结果不会受样液颜色的干扰，适用于分析皮革制品中的Cr(Ⅵ)。应用该方法测定了各类皮革产品中的Cr(Ⅵ)，并对测试数据作了简要分析，结果令人满意。