液-液微萃取-HPLC-ICP-MS联用技术测定玩具中痕量可迁移六价铬

邹学权，张文华，傅飞霞，戴　骐，林晓娜，戚锋峰，俞梦翔（浙江省检验检疫科学技术研究院，浙江　杭州　310016）



液-液微萃取-HPLC-ICP-MS联用技术测定玩具中痕量可迁移六价铬

邹学权，张文华，傅飞霞，戴骐，林晓娜，戚锋峰，俞梦翔
（浙江省检验检疫科学技术研究院，浙江杭州310016）

摘要：基于玩具样品水迁移相中的六价铬首先与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵络合形成有机化合物，再以三氯甲烷为萃取剂、丙酮为分散剂，建立了分散液-液微萃取（DLLME）结合液相色谱-电感耦合等离子体质谱测定六价铬的方法，同时对影响DLLME萃取效率的因素进行了优化实验。实验表明：该方法线性范围为1×10-8～1×10-7g/L，线性相关系数为0.9998，检出限为0.010μg/L，平均回收率范围85％～100％，方法适用于EN 71-3中II类玩具材料六价铬的检测。

关键词：分散液-液微萃取；HPLC-ICP-MS；六价铬

我国是世界上最大的玩具出口国，近年来，限制玩具中有害物质含量一直是全球关注的焦点话题。欧盟也于2009年6月18日正式通过了“史上最严格”的玩具指令2009/48/EC，该指令在其化学部分中就要求将旧指令中的8种重金属一下子猛增到了19种，并且普遍提高了限量要求，新指令要求对三价铬和六价铬分别进行限制，而对六价铬的限值要求更高（I类：0.02mg/kg、II类：0.005mg/kg、III类：0.2mg/kg），由于三价铬与六价铬在一定的条件下可以相互转化，采用传统的检测手段难以有效应对该指令的要求。

目前，国内外检测六价铬的方法很多，主要有分光光度法［1］、离子色谱法［2］、电感耦合等离子体原子发射光谱法［3］、原子吸收法［4］、液相色谱-电感耦合等离子体质谱联用法［5］、也有人使用离子色谱-电感耦合等离子体质谱联用法 （IC-ICPMS）［6］法分析痕量六价铬。分光光度法是目前国内外六价铬检测的标准方法，尤其是在皮革工业应用较多，但该法检测时由于存在明显干扰，无法对六价铬进行准确定量；液相色谱或离子色谱与电感耦合等离子体质谱联用技术检测六价铬可以达到较高的检出限，相比其他检测手段有更多的优势，但在玩具样品检测中由于样品基体及实验过程中杂质元素的影响，尽管可以做到EN 71-3 中I类和III类物质的限值，但对于II类物质的限值通常无法做到，当用此方法进行II类物质的检测时，就无法出具符合合格评定的报告。尽管通过更换色谱柱与非金属惰性色谱管路后可以大大改善检测效果，但仍很难达到欧盟玩具安全新指令的要求。

分散液-液微萃取（DLLME）是一种新型的样品前处理技术，近年来已有人尝试将该前处理方法用于痕量金属元素的检测［7］，该方法操作简单、萃取快速、富集效率高，是一种有发展潜力的分离富集技术。本文引入该技术，建立了液-液微萃取-HPLC-ICP-MS联用技术检测玩具样品中可迁移痕量六价铬的方法，在进行仪器检测之前，采用液-液微萃取方法对迁移溶液中的待测组分进行萃取浓缩，控制适当的酸度条件避免三价铬与六价铬的相互转化，对萃取浓缩后的样液进行HPLC-ICP-MS检测，可大大提高检测的灵敏度和检测重现性，使检测结果更为可靠。

1　实验部分

1.1仪器与试剂

仪器：HPLC-ICP-MS联用：Agilent 7700x ICP-MS和Agilent 1260 Infinity HPLC，瑞士Mettler-Toledo FE20K酸度计，瑞士Metter-Toledo ME104E电子天平、感量0.0001 g，美国millipore去离子水净化系统，美国Thermo scientific ST40高速离心机。

试剂：硝酸 （TAMA Pure AA-100），盐酸（TAMA Pure AA-100），氨水 （TAMA Pure AA-100），EDTA-2Na、吡咯烷二硫代氨基甲酸铵、蛋氨酸均为分析纯，四氯化碳、氯仿、甲醇、乙醇、丙酮均为色谱纯，六价铬标准溶液（1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心，货号 GSB 04-1723-2004），三价铬标准溶液 （1000 mg/L，国家钢铁材料测试中心钢铁研究总院，货号 GSB G62017）。

1.2标准溶液配制

1.2.1缓冲液

75 mmol/L HNO3+0.6 mmol/L EDTA-2Na，用氨水调节pH值为7.0。

1.2.2流动相

75mmol/LHNO3，用氨水调节pH值为7.0。

1.2.3铬储备液

准确称取0.5 g三价铬和0.5 g六价铬标准溶液（浓度均为1000 mg/L），用缓冲溶液稀释至50 g，混合均匀。

1.2.4铬使用液

准确称取铬储备液0.5 g，加入5mL螯合剂（吡咯烷二硫代氨基甲酸，浓度1000mg/L），用缓冲溶液稀释至50 g，混合均匀后分取适量的溶液于60℃水浴中加热30min，使EDTA及吡咯烷二硫代氨基甲酸分别与三价铬及六价铬离子充分络合。

1.2.5标准曲线系列标准溶液

取适量的铬使用液，用流动相稀释定容，配制成质量浓度分别为0 ng/L、1×10-8ng/L、2×10-8ng/L、5×10-8ng/L、1×10-7ng/L系列混合标准溶液。

1.3试样制备、处理

准确称取0.1g玩具样品，加入5 mL 0.07mol/L盐酸，在37℃±2℃条件下提取1 h，在此条件下再静置1h，用0.45μm水性滤膜过滤后在离心机中以4700 r/m in离心10min，取上清液，得到迁移溶液。

取1 mL迁移溶液于25 mL离心管中，加入1mL 0.07mol/L氨水、1mL螯合剂 （吡咯烷二硫代氨基甲酸，浓度1000mg/L）、7mL缓冲液于50℃条件下加热1 h，冷却后用注射器把混有1mL丙酮和100μL氯仿的混合溶液快速注射入样品离心管中，将此样品溶液超声处理30 min，再以4700 r/min离心5min，氯仿萃取相即在离心管底部凝聚成小液滴，吸取该部分待上机测试。

1.4HPLC-ICPMS分析条件

HPLC分析条件：流动相:0.075mol/L硝酸铵（制备0.075mol/L硝酸，氨水调节pH值至7.0），色谱柱AgilentBio-WAXColumn，5μm，4.6×50mm，流速0.6mL/min，进样量50μL，时间3min，流速可根据出峰情况适当调整。

ICP-MS条件：玻璃同心雾化器（7700标配），雾化室温度2℃，同位素52Cr，采集模式 He模式，积分时间0.8 s，TRA采集模式。

2　结果与分析

2.1液-液微萃取条件的优化

本方法主要研究玩具样品水迁移相中六价铬与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵络合生成含铬络合物后进行液-液微萃取过程的相关因素，采用单变量方法考察了螯合剂的种类、萃取剂的种类及体积、分散剂的种类和体积、萃取时间以及盐效应等因素的影响并进行优化选择。优选样液采用含有六价铬的水样进行模拟测试。

2.1.1螯合剂的选择

结合文献［8］报道，本文选用吡咯烷二硫代氨基甲酸铵和蛋氨酸作为螯合剂进行考察，结果表明：吡咯烷二硫代氨基甲酸铵对六价铬的常温络合能力很强，而对三价铬的常温络合能力较差，而蛋氨酸则恰恰相反，因此选择前者作为螯合剂使用。本文中三价铬会在样品处理环节即与EDTA发生络合反应从而避免了三价铬与六价铬之间的转变，而六价铬则以阴离子酸根的形式存在，不与EDTA发生络合反应。本法同时采用EDTA二钠与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵对样品进行处理，可使三价铬与六价铬形成不同形态有机络合物，便于色谱分离。

2.1.2萃取剂和萃取剂体积的选择

用作分散液-液微萃取的萃取剂不仅要具有对目标物的萃取能力强、水溶性小、挥发性低、密度比水大等性质，而且要能够在分散剂作用下形成细小的液滴均匀分散在水相中，所得到的沉淀相对易于提取，并且具有良好的色谱性能，即其色谱峰能很好地与目标物的色谱峰分离，常用的萃取剂有四氯化碳、氯仿、氯苯等，使用氯仿和四氯化碳均可以形成稳定的浑浊液，沉淀也相对容易提取，本法采用氯仿、四氯化碳来考察铬的富集情况。实验选用1 mL丙酮作为分散剂和各100μL萃取剂做对比，采用前文仪器分析方法进行试验，结果表明：三氯甲烷对铬离子形成的有机含铬络合物的萃取效果要略优于四氯化碳，平均回收率可达85％以上。

分散液-液微萃取的沉淀相体积与萃取剂的量有关。当萃取剂的量增加时，沉淀相的体积也随之增加，同时，在达到萃取平衡时，沉淀相中的目标物浓度会随之减小，富集倍数降低，因而要获得较高的富集倍数，要尽量减少使用萃取剂的用量，本方法选取体积分别为 20μL、60μL、80μL、100μL的氯仿进行试验，取1mL丙酮作为分散剂，测试萃取相中有机铬络合物的含量，六价铬含量约为1×10-5g/L，结果见图1。

图1　萃取剂体积对铬络合物萃取效果的影响

由图1可见，随着萃取剂用量的增加，相应的萃取相中铬络合物浓度随之减小。当选用过少的萃取剂用量时，离心后萃取相不稳定，根据液相色谱的进样量要求，体积过少也无法完成检测；萃取剂用量过多时，一定程度上稀释了萃取相中铬络合物的浓度，不利于富集。综合考虑，本方法选用萃取剂加入量为100μL，由图1可以看出，萃取剂加入量为100μL时，检测的响应强度仍可维持在一个比较高的水平。

2.1.3分散剂和分散剂体积的选择

在分散液液微萃取方法中，分散剂既要与水相互溶，又要与有机萃取相互溶，使得萃取相在水中分散成细小的液滴，形成良好的三相溶液体系，从而增大萃取剂与待测物质的接触面积。目前常用的分散剂有甲醇、乙醇、丙酮、乙腈等，考虑到乙腈的毒性因素，本文选用甲醇、乙醇、丙酮等三种溶剂作为分散剂进行萃取实验，体积均使用1 mL，氯仿体积为100μL，以铬络合物的回收率作为考察指标。结果见图2。

图2　不同分散剂的处理效果

图2表明:相比乙醇和甲醇，丙酮在液液微萃取中萃取效果更为突出，因此本方法选择丙酮作为分散剂。

分散剂剂量的增大会使沉淀相的体积随之变大，从而影响到目标物的富集倍数。同时，分散剂的剂量也会影响目标物的水溶性，当分散剂体积过大时，目标物在水中的溶解度会增大，萃取率降低；当分散剂剂量过少时，分散剂则不能很好地对萃取剂起到分散作用，降低了萃取率。所以，选择合适的分散剂剂量对分散液-液微萃取过程是很重要的。考察丙酮的不同用量对萃取效率的影响，实验表明，丙酮的用量从500μL增加到1mL时，萃取效率比较稳定，当丙酮用量继续增加时，萃取效率会随着丙酮用量的增加而减小。因此，本方法选用丙酮作分散剂，其用量确定为1mL。

2.1.4萃取时间的影响

萃取时间在常规萃取过程中是一个很重要的因素，直接影响到萃取效率。但在分散液液微萃取过程中，从形成浑浊液到进行离心分离这段时间的同时，微萃取过程已经达到萃取平衡，因此对于本法而言，萃取时间对萃取效率的影响不大，离心分离耗费的时间也较短，通常少于3min，因此可根据实验安排来灵活控制时间。在实验过程中还可以通过超声或涡旋的办法加速溶剂的萃取，提高萃取效率。

2.1.5溶液pH值

酸度是影响萃取过程是一个不可忽视的因素，直接影响到萃取效率。当pH值较小时，金属离子不易生成沉淀，大多以离子形态存在，有利于螯合反应的进行，因而通常在酸性环境下对金属离子进行分离富集。对于本文研究内容来说，由于三价铬与六价铬在不同的酸度条件下会相互变化，因此为了准确检测六价铬的含量，必须严格控制酸度pH为7左右。

2.1.6盐效应

在萃取体系中加入不同质量分数的氯化钠溶液考察离子强度对液液微萃取过程的影响，实验表明：当氯化钠溶液浓度较小时，对萃取效果没有显著影响；随着无机盐浓度增大时，萃取效率会有下降趋势。因而，本法在进行分散液-液微萃取时，不需额外加入氯化钠等盐类，当无机盐含量较小（小于5％）时，本法的盐效应可忽略不计。

2.2方法的线性、检出限和回收率

六价铬离子与吡咯烷二硫代氨基甲酸铵络合反应能够生成稳定的铬络合物，通过液液微萃取后上机检测。六价铬检测的线性范围为1×10-8～1×10-7g/L，线性相关系数为0.9998，标准曲线及各标液点的计数强度如图3所示。

图3　六价铬检测的标准曲线

图4为各标液点的色谱曲线重叠图，由图中可以看出，三价铬与六价铬的络合物经液相色谱分离良好，三价铬的响应强度高于六价铬。

图4　各标液点的标准曲线重叠图

图5为六价铬含量为1×10-8g/L的标液点色谱图，其中六价铬的色谱峰信噪比为7.20，符合S/N＞3的检出限要求。按最低点1×10-8g/L的溶液浓度换算，该方法的检出限可达到0.0005mg/ kg，完全符合欧盟对玩具II类样品的六价铬检测要求。

图5　1×10-8 g/LCr（VI）色谱图

选择在六类不同纯净水中进行加标回收试验，加标浓度为1×10-7g/L，加标验证结果见表1，由表中数据可知，六个加标样品检测结果均达到较高的加标回收率。

表1　水中Cr（Ⅲ）与Cr（VI）加标回收率

2.3实际样品检测

以实际的玩具涂层材料为测试对象，按照本文1.3部分进行样品前处理，提取完成后吸取萃取液按1.4仪器条件上机测试，测试结果见表2。

表2　实际样品三价铬与六价铬测试结果

图6为实际样品的检测色谱图，样品中六价铬含量约为10μg/L。

由表2数据可见，采用液液微萃取结合HPLC-ICPMS用于玩具样品中六价铬的检测是可行的，特别是针对Ⅱ类玩具样品的检测更具有重要意义。

图6　实际样品检测色谱图

3　结论

实验结果表明，分散液液微萃取与HPLCICP-MS相结合是一种检测六价铬的有效方法。用吡咯烷二硫代氨基甲酸做螯合剂，三氯甲烷做萃取剂，丙酮做分散剂，为液相色谱电感耦合等离子体质谱联用检测痕量六价铬提供了一个全新的富集、检测方法，经实际样品检测验证，本方法的检出限及回收率满足EN71-3中Ⅱ类玩具材料的限量检测要求。

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Determ ination of Trace Transportble Hexavalent Chrom e in Toys by DLLME-HPLC-ICP-MSM ethod

ZOU Xue-quan，ZHANGWen-hua，FU Fei-xia，DAIQi，LIN Xiao-na，QIFeng-feng，YU Meng-xiang
（Zhejiang Inspection and Quarantine Institute of Science and Technology，Hangzhou，Zhejiang 310016，China）

Abstract:A new method，dispersive liquid-liquid micro-extraction（DLLME）and high performance liquid chromatography（HPLC）-inductively coupled plasmamass spectrometry（ICP-MS）has been established for the determination of hexavalent chrome in aqueous solution from toy products.In thismethod，Hexavalent chrome in aqueous are complexed with 1-pyrrolidinecarbodithioic acid firstly，and then extracted by dispersive liquid-liquid micro-extraction with methenyl trichlorid as an extraction solvent and acetone as a dispersing solvent.The experimental parameters exerting influence on extraction recoveries of hexavalent chrome by DLLME are optimized.The results show that the linearity range of thismethod is 1×10-8～1×10-7g/L the linearity correlation coefficient is 0.9998，themethod detection limit is 0.010μg/L and the average recovery rate is 85％～100％.Thismethod is suitable for the determination of hexavalent chrome in category II toymaterial defined in EN 71-3.

Keywords:dispersive liquid-liquid micro-extraction（DLLME），HPLC-ICP-MS，hexavalent chrome

收稿日期：2016-01-22

基金项目：浙江省科技计划项目（2014C37060）。

作者简介：邹学权（1976-），男，江苏徐州人，博士，工程师。主要从事进出口工业消费品及食品的检验检测。E-mail:zouxq@ziq.gov.cn。