柱后衍生–液相色谱法测定食品接触纸制品中六价铬

2021-04-28陈山丹钱志娟李柏冯杰刘萍

化学分析计量 2021年3期

陈山丹，钱志娟，李柏，冯杰，刘萍

（南京海关轻工产品与儿童用品检测中心，江苏扬州 225009）

食品接触纸制品原料来源充足、加工便利、价格便宜，且轻便、不易碎，在日常生活中得到广泛应用。洁净的食品接触纸制品是卫生、无毒无害的，但是使用再生纸、劣质纸张或废纸等生产出来的食品接触纸制品中可能含有毒害物质，此外，食品接触纸制品加工过程中添加助剂或印刷油墨也可能导致重金属残留，当其与食品接触时，其中一些化学物质会不同程度地迁移到食品中，因此控制食品接触纸制品中外来污染物对保证食品安全具有重要意义［1–3］。六价铬是食品接触纸制品中一种重要重金属污染物。铬在自然界中主要以三价铬和六价铬的形式存在，在一定条件下，三价铬可以氧化成六价铬。三价铬是人体所需的微量元素，而六价铬却具有很大的毒性［4–6］，皮肤接触后可能导致过敏或者皮肤癌。六价铬也很容易经呼吸道、消化道、皮肤进入人体，以铬酸根和铬酸氢根离子的形式通过细胞膜，造成免疫毒性、神经毒性、生殖毒性、肾脏毒性以及致癌性等。六价铬对人体的危害早已引起国内外重视，很多国家和地区相继出台法规限制六价铬的使用。欧盟94／62／EC 包装和包装废弃物法令关于包装及包装材料中规定，包括六价铬在内的4 种有害重金属总量不超过100 mg／kg［7］，美国环保局（EPA）将六价铬确定为17 种高度危险的毒性物质之一。各国均采取措施，严格控制六价铬在水、电子电器、玩具产品、皮革制品、包装印刷品中的残留量。

目前，国内外常见六价铬检测方法主要有分光光度法［8］、连续流动注射法或流动分析法［9］、高效液相色谱（HPLC）法［10］、高效液相色谱–电感耦合等离子体质谱（HPLC–ICP–MS）法［11–13］、离子色谱–电感耦合等离子体质谱（IC–ICP–MS）法［14–16］等。其中分光光度法操作简便、成本低，被水质检测、食品安全、皮革制造等行业广泛采用［17］，但分光光度法对于颜色较深的样品检测存在误差，且无法检测痕量六价铬，灵敏度较低；流动注射法和流动分析法是自动化逐步代替手工操作的分光光度法，如水质中六价铬测定采用ISO 标准方法［18］，但是流动注射法和流动分析法对样品处理的要求比较高，需要进行净化处理，以消除样品基质中有色物质的干扰［19–20］；电感耦合等离子体质谱（ICP–MS）法具有高选择性、宽线性范围和低检出限等优势，高效液相色谱–电感耦合等离子体质谱联用技术结合了HPLC 法高效的分离与ICP–MS 法的超低检出限优势，使三价铬和六价铬一次进样同时分析成为可能，但该仪器设备成本和运行费用较高，且对试剂、操作人员均有较高要求。刀谞等建立了离子色谱–柱后衍生–紫外可见检测法测定大气颗粒物中六价铬的方法［21］；霍巨垣等建立了柱后衍生离子色谱法测定玩具中可迁移Cr(Ⅵ)的方法［22］。对食品接触纸制品中六价铬的测定未见报道。

传统二苯碳酰二肼分光光度法灵敏度较低，已不能满足检测需要，笔者结合前人研究成果，采用液相色谱–柱后衍生法测定食品接触纸制品中六价铬残留量，试样经提取后，六价铬经离子色谱柱分离后，在酸性条件下与衍生试剂1，5-二苯碳酰二肼反应，生成紫红色络合物，最大吸收波长为540 nm，吸光度与浓度的关系符合朗伯–比尔定律。与其它方法相比，选择了对六价铬特异性较高的阴离子色谱柱，并且结合在线柱后衍生的方法，实时记录反应产物在540 nm 处信号值，衍生反应过程中形成的副产物对六价铬的色谱分离以及柱后衍生产物的测定均不产生影响，杂质或干扰峰的影响较小，样品损失最小化，从而保证了较好的重复性以及结果的准确性，该方法不需要复杂的仪器设备，快速、准确、简便，为食品接触纸制品的产品安全提供技术保障。

1 实验部分

1.1 主要仪器与试剂

液相色谱仪：Agilent 1200 型，美国安捷伦科技有限公司。

柱后衍生仪：P3000A 型，北京创新通恒科技有限公司。去离子水发生器：Milli-Q 型，美国密理博公司。微孔滤膜：13 mm×0.45 μm，北京迪马欧泰科技发展中心。

六价铬标准溶液：100 mg／L，编号为GBW(E)080257，中国计量科学研究院。

磷酸二氢钾：分析纯，国药集团化学试剂有限公司。

硝酸（65%）、氨水（28%）、硫酸：优级纯，德国默克公司。

甲醇：色谱纯，德国默克公司。

1，5-二苯碳酰二肼：色谱纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司。

实验用水均为Milli-Q 型去离子水发生器制备的去离子超纯水。

1.2 溶液配制

萃取液：向磷酸二氢钾中加入水，配制得到0.1 moL／L 的磷酸二氢钾溶液，pH 值为8。

衍生试剂：称取0.5 g 1，5-二苯碳酰二肼溶于100 mL 甲醇中，加入500 mL 1 moL／L 的硫酸溶液，混匀，用水定容至1 L。

硝酸铵溶液：1.0 moL／L，分别移取69.2 mL 65%硝酸、67.5 mL 28%氨水，混合，调节pH 至7～8，用水定容至1 L。

六价铬系列标准工作溶液：采用逐级稀释法用0.1 moL／L 硝酸铵溶液与六价铬标准溶液配制，得到质量浓度分别为5、10、20、50、100、200、500 μg／L 的系列标准工作溶液，须现配现用。

1.3 仪器工作条件

色谱柱：IonPac AS 7 阴离子交换柱（250 mm×4 mm，10 μm，赛默飞世尔科技有限公司）；流动相：0.1 moL／L 硝酸铵溶液（pH 7～8）；洗脱方式：等度洗脱，流量为1.0 mL／min；检测波长：540 nm；衍生液流量：0.5 mL／min；进样体积：100 μL。

1.4 样品处理

将食品接触纸制品样品剪碎，准确称取试样1.0 g（精确至0.000 1 g）于100 mL 三角烧瓶内，加入萃取液50 mL，振荡萃取30 min，根据需要在5 000 r／min 条件下离心分离，上层清液经微孔滤膜过滤，待用。

2 结果与讨论

2.1 色谱柱的选择

选择常用离子交换色谱柱Agilent Bio-WAX柱（50 mm×4.6 mm，10 μm）、IonPac AS7 柱（250 mm×4 mm，10 μm）和IonPac AG11–HC 柱（50 mm×4 mm，9 μm），分别考察3 种阴离子柱对Cr(Ⅵ)的分离效果。试验结果表明，在相同条件下，IonPac AS7 色谱柱出峰时间较短，Cr(Ⅵ)色谱峰形较好，因此选择IonPac AS7 色谱柱。

2.2 流动相的选择

目前常用于阴离子色谱柱的流动相有碳酸钠、碳酸氢钠、盐酸、硝酸和铵盐（硫酸铵、硝酸铵或氯化铵）等溶液。碳酸钠和碳酸氢钠溶液作为流动相，在测试过程中会产生气泡，从而影响测试的稳定性；盐酸、硝酸为酸性，会影响待测溶液中六价铬的稳定性；硫酸盐、氯化铵等为非挥发性无机盐，用于流动相中容易有无机盐析出，影响色谱柱使用寿命。综合考虑，本实验选择硝酸铵溶液为流动相。

在相同流量下改变流动相浓度对被测离子的出峰时间及峰形有较大影响。将1.0 moL／L 硝酸铵溶液（pH 7～8）稀释至浓度分别为0.02、0.05、0.1、0.2、0.5 moL／L，考察硝酸铵溶液的浓度对六价铬测定结果的影响。结果表明，流动相硝酸铵溶液的浓度为0.02、0.05 moL／L 时，六价铬保留时间过长，导致色谱峰形展宽且目标物色谱峰拖尾现象，分离度有所下降；随着流动相浓度增加，六价铬保留时间逐渐缩短，当流动相浓度为0.1、0.2 moL／L 时，六价铬分离效果及信号强度无明显差别；再提高其浓度，六价铬出峰过早，与衍生化试剂反应时间不够完全，信号强度反而有所下降，且测定结果不稳定。综合以上因素，选择浓度为0.1 moL／L、pH 值为7.0～8.0的硝酸铵溶液作为流动相，此时Cr(Ⅵ)的分离效果最好。

2.3 萃取溶液的选择

六价铬在酸性条件下不稳定，易还原成三价格。当pH 大于7.0 时通常以较稳定的铬酸根形式存在；而当pH 值大于8 时，三价格有可能被氧化成六价铬。参考相关标准分析方法［23–25］，考虑到萃取液的稳定性，选择pH 8 的磷酸二氢钾溶液作为萃取溶液。

2.4 衍生剂流量的选择

六价铬通过阴离子柱分离后，与衍生试剂在酸性条件下发生衍生反应，衍生剂的流量会影响衍生剂与流动相混合后的酸度。试验考察了液相色谱等度洗脱流量为1.0 mL／min 时，不同衍生剂流量对六价铬响应值的影响，结果如图1 所示。由图1 可知：当流量小于0.4 mL／min 时，反应不完全；当流量超过0.5 mL／min 时，响应值无明显变化。故本实验选择衍生试剂最佳流量为0.5 mL／min。