碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法对皮革中六价铬测定的适用性

李沁阳，陈占光，周诚，黄彦杰，唐余玲，周建飞，2＊

（1.四川大学制革清洁技术国家工程研究中心，四川 成都 610065；2.四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室，四川 成都 610065；3.中国皮革协会，北京 100000）

Cr(VI)和Cr(III)是铬在自然界中的主要存在价态，在复杂的外界条件下，两者常常相互转化[1]。六价铬是铬中毒的主要诱因，其毒性约为三价铬的100倍，其可从皮肤、呼吸道、眼及消化道对人体造成危害[2，3]，并干扰人体内重要的酶体系，具有致癌和诱发基因突变的作用[4-7]。皮革加工过程中使用碱式硫酸铬作为铬鞣剂，是皮革中铬的直接来源。而皮革中六价铬的产生可能是在实际生产中，使用有氧化剂残余的化学品并在一定的温度和湿度下，可能导致皮革中的少量的三价铬被氧化为六价铬[8，9]。

目前，六价铬含量的测定方法主要有二苯碳酰二肼分光光度法、液相色谱法、原子吸收光谱法等进行测定[10-17]。而皮革中六价铬含量主要采用国家标准方法《皮革和毛皮化学试验六价铬含量的测定：分光光度法（GB/T 22807-2019）》进行测定，该方法先采用pH值在7.5~8.0之间的磷酸盐缓冲液萃取试样中的可溶性六价铬，再依靠二苯碳酰二肼分光光度法测定六价铬含量。然而环境领域对于固体废弃物中六价铬的测定方法主要采用《土壤和沉积物六价铬的测定碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法（HJ 1082-2019）》，为了进一步拓展皮革中六价铬的测试方法，本文选取了三家典型制革企业的皮革样品，围绕碱提取-原子吸收法开展了实验并对结果进行分析，以探究其对测定皮革中六价铬的适用性。

1 实验部分

1.1 主要材料与设备

皮革样品，取自国内三家典型牛皮制革厂；二苯碳酰二肼、Na2CO3，分析纯，上海阿拉丁生化科技股份有限公司；MgCl2，分析纯，福晨（天津）化学试剂有限公司；KH2PO4、CH3COOH，分析纯，成都金山化学试剂有限公司；K2Cr2O7，分析纯，重庆吉元化学有限公司；NaOH、H3PO4、K2HPO4·3H2O，分析纯，成都市科隆化学品有限公司；HNO3，优级纯，成都市科隆化学品有限公司。

Vario TOC总有机碳分析仪，德国Elementar；UV-1800BPC紫外可见分光光度计，中国上海美谱达仪器有限公司；ICE3000原子吸收光谱仪，美国Thermo Fisher Scientific；RET basic加热磁力搅拌器、ETS-D5接触式电子温度计，德国IKA。

1.2 试验方法

1.2.1 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法测定皮革中的六价铬

参考《土壤和沉积物六价铬的测定碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法（HJ 1082-2019）》，称取定量皮粉置于烧杯中，加入碱性提取液、MgCl2及磷酸氢二钾-磷酸二氢钾缓冲溶液，用聚乙烯薄膜封口后搅拌并加热提取。提取完全后冷却至室温，经滤膜抽滤后用硝酸调整pH至7.5±0.5，如出现沉淀，则再次抽滤、调pH，转移滤液至容量瓶定容，待测。

1.2.2 磷酸提取-分光光度法测定皮革中的六价铬

参考《皮革和毛皮化学试验六价铬含量的测定：分光光度法（GB/T 22807-2019）》，移取定量缓冲液于锥形瓶中，向其中充入氮气。将一定量的皮粉快速加入到锥形瓶中，盖好磨口塞后在室温（18~26℃）下振荡萃取（180±5）min，振荡频率为（100±10）次/min。

萃取结束后用滤纸过滤并检查溶液pH是否在7.0~8.0之间，如果超出范围则减少皮粉质量重新萃取，范围内则待测。

1.2.3 标准曲线的制备

分别移取定量已知浓度的六价铬标准溶液于烧杯中，按照步骤1.2.1，制备工作曲线溶液，各质量浓度为0.00、0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L。以空白试样调仪器零点，按浓度由低到高顺序依次测定其吸光度。以六价铬浓度为横坐标，吸光度为纵坐标，建立工作曲线。

2 结果与讨论

2.1 六价铬测定方法的对比分析

为考察碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法对测定皮革样品中六价铬的适用性，以皮革领域现行国标GB/T 22807-2019分光光度法作为参考，对国内3家典型皮革厂的皮革样品中六价铬含量进行测定，结果如图1(a)所示。从图中可以看出，采用国标法磷酸提取-分光光度法测定，几乎检测不出六价铬。然而采用碱提取-原子吸收法的测定结果明显偏高，3家皮革厂皮革样品的六价铬含量均在140.00 mg/kg左右。这可能是因为碱溶液提取法所采用的强碱性条件，在此条件下，皮革样品会大量水解[18]，使得部分原本牢固结合在胶原纤维的三价铬解离出来，导致提取液中总铬浓度提高。同时，在碱性条件下，三价铬在空气氛围下极易被氧化成六价铬，导致样品的六价铬含量偏高[19]。此外，原子吸收法从原理上测定的也是溶液中的总铬浓度，并不具备选择性测定六价铬浓度的能力，从而导致测定结果较高。

图1 不同测定方法下皮革样品中六价铬含量(a)，提取液TOC浓度(b)，提取液TN浓度(c)，分光光度法测定皮革样品中六价铬含量(d)Fig.1 The content of hexavalent chromium in leather(a),TOC concentration of extraction solution(b),TN concentration of extraction solution(c)under different determination methods,and the content of hexavalent chromium in leather measured by colorimetric method(d)

为了验证强碱条件下皮革样品是否出现水解，导致溶液中总铬浓度偏高的情况，分别测定了碱溶液提取法和磷酸盐缓冲浸提液中的TOC与TN浓度，结果如图1(b)和1(c)所示。从图中可以看出，采用碱溶液提取法提取的溶液TOC与TN浓度较高，TOC浓度在6.27~6.70 g/L之间，TN浓度在3.00 g/L左右。然而，采用磷酸盐缓冲浸提的溶液TOC与TN浓度均较低，前者在0.17~0.29 g/L，TN浓度则低于0.10 g/L，证实碱溶液提取法导致皮革样品水解，说明该方法不适用于皮革样品中六价铬的提取。同时，对比了碱提取-分光光度法、磷酸提取-分光光度法对溶液中六价铬浓度的测定，结果如图1(d)所示。从图中可以看出，碱提取-分光光度法测定的三家皮革样品中六价铬含量分别为60.33、44.70、23.68 mg/kg，远远低于碱提取-原子吸收法的测试结果，表明原子吸收法测定的为总铬含量。此外，碱提取-分光光度法测定的六价铬含量高于磷酸提取-分光光度法，主要是由于碱提取过程中，在强碱高温消解的环境下，溶液中的三价铬与空气中的氧气不断接触，导致部分三价铬氧化为六价铬。

2.2 气体环境的影响

为验证三价铬的氧化问题，在碱溶液提取皮革六价铬的过程中引入了氮气进行保护，再分别采用原子吸收法和分光光度法测定样品中六价铬的含量，结果如图2(a)和2(b)所示。从图中可以看出，在氮气氛围下，两种定量分析方法所测定的六价铬含量都显著下降，表明氮气氛围的保护作用，能有效抑制三价铬转化为六价铬，但由于碱提取过程中采用强碱高温消解，仍有少量的三价铬转化为六价铬。

图2 不同气体氛围下碱提取-原子吸收法测定皮革样品中六价铬含量(a)及碱提取-分光光度法测定皮革样品中六价铬含量(b)Fig.2 The content of hexavalent chromium in leather measured by alkaline digestion/flame atomic absorption spectrometry(a)and alkaline digestion-colorimetric method(b)in different atmospheres

2.3 MgCl2用量的影响

根据HJ 1082-2019的编制说明，碱提取-原子吸收法参考了美国EPA Method 3060A标准，方法使用了MgCl2及磷酸盐缓冲溶液消除三价铬的干扰，一方面MgCl2和磷酸盐缓冲溶液可以有效抑制三价铬的溶出，另一方面Mg2+可以抑制三价铬和六价铬的氧化还原反应。现碱提取-原子吸收法对皮革样品中六价铬含量的测定结果偏高，为考察Mg-Cl2的保护作用及效果，探究了在碱提取过程中加入不同用量的MgCl2对六价铬含量测定的影响，分别采用原子吸收法和分光光度法进行了测定，其结果如表1所示。从表中可以看出，随着MgCl2用量的增加，碱提取-原子吸收法所检测出的六价铬含量由247.81~292.48 mg/kg的范围逐渐降低至1.20~5.40 mg/kg之间，证实了MgCl2对三价铬的干扰能起到有效的抑制作用；同时，碱提取-分光光度法的检测结果也逐渐降低至1.00 mg/kg以下，说明MgCl2能有效抑制三价铬的氧化。两者皆证明了碱溶液提取法中添加400 mg MgCl2的保护措施不足以排除三价铬带来的干扰。另外，在MgCl2用量为5.00~20.00 g的范围里，碱提取-原子吸收法皆能检测出明显的六价铬含量，这是因为部分三价铬与水解的胶原多肽结合后形成铬-有机物络合物[20-23]，难以被MgCl2屏蔽，说明MgCl2并不能完全去除皮革样品水解带来的三价铬。

表1 不同MgCl2用量下碱提取液的六价铬测定结果Tab.1 Determination results of hexavalent chromium under different MgCl2 dosage

3 结论

本文为拓展皮革样品中六价铬的测定方法，探究了碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法对皮革中六价铬测定的适用性。与国家标准方法相比，碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法中采用碱溶液提取法预处理皮革样品，导致提取液中总铬和六价铬浓度均偏高。此外，火焰原子吸收分光光度法不能有效区别测定三价铬和六价铬浓度，导致六价铬含量测定结果偏高。因此，碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法不适用于皮革样品中六价铬含量的测定。