高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定兒童玩具中痕量鉻(Ⅲ)與鉻(Ⅵ)

張冀飛，高 欣，楊曉兵

(北京出入境檢驗(yàn)檢疫局，北京 100029)

高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定兒童玩具中痕量鉻(Ⅲ)與鉻(Ⅵ)

張冀飛*，高 欣，楊曉兵

(北京出入境檢驗(yàn)檢疫局，北京 100029)

建立了高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-ICP-MS) 測(cè)定玩具中痕量三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的分析方法。考察了不同pH值、不同流動(dòng)相、流速、質(zhì)譜條件等影響因素對(duì)實(shí)驗(yàn)體系的影響，優(yōu)化了HPLC-ICP-MS方法，使得三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的檢出限分別達(dá)到0.024 mg/kg和0.015 mg/kg，滿足EN71-3第一類和第三類檢出限的要求。將方法應(yīng)用于玩具樣品中三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的分析，加標(biāo)回收率為85.4%～119%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.0%～5.0%。該方法簡(jiǎn)單、靈敏、準(zhǔn)確，可用于塑料、毛絨面料、紙類玩具等玩具樣品的測(cè)定。

高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜(HPLC-ICP-MS)；玩具；三價(jià)鉻(Cr3+)；六價(jià)鉻(Cr6+)；EN71-3

含六價(jià)鉻的鉻酸鹽和重鉻酸鹽被廣泛用于金屬加工和各類工業(yè)，也常作為顏料和染料的重要組分，而顏料是絕大多數(shù)玩具的基本成分，更易為兒童接觸而造成傷害[1-2]。對(duì)于可遷移鉻的限制，舊的歐盟玩具安全指令只要求限制總鉻，并不分價(jià)態(tài)；歐盟玩具新指令則對(duì)三價(jià)鉻和六價(jià)鉻分別進(jìn)行了限制[3]。舊指令針對(duì)所有材料基本是統(tǒng)一限量，而新指令對(duì)玩具材料按“干燥、易碎、粉狀或易彎的玩具材料”，“液態(tài)或粘性玩具材料”以及“可刮下的玩具材料”3類分別設(shè)定了高低不同的限量要求[4]。因此，同時(shí)檢測(cè)兒童玩具中三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的含量更具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的玩具安全標(biāo)準(zhǔn)體系中，對(duì)于可遷移元素鉻的檢測(cè)，主要是針對(duì)總鉻，無(wú)價(jià)態(tài)要求[5-7]，且各標(biāo)準(zhǔn)均未給出詳細(xì)的儀器操作步驟和工作條件。而對(duì)三價(jià)鉻和六價(jià)鉻同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的研究主要集中在食品、飲用水、電子電器產(chǎn)品以及人體血液等領(lǐng)域[8-14]。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)僅有高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測(cè)定水中鉻形態(tài)的報(bào)道[15]，此外，虞銳鵬等[16]采用快速溶劑萃取/離子色譜法同時(shí)測(cè)定了塑料中的三價(jià)鉻和六價(jià)鉻。

目前實(shí)驗(yàn)室常用的等離子體發(fā)射光譜儀的靈敏度無(wú)法滿足鉻的限量要求，通過(guò)液相色譜技術(shù)對(duì)三價(jià)鉻(Cr3+)和六價(jià)鉻(Cr6+)進(jìn)行分離，再利用等離子體質(zhì)譜法進(jìn)行定性定量分析，可彌補(bǔ)等離子體原子發(fā)射光譜法對(duì)該元素靈敏度難以滿足要求這一缺點(diǎn)，同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)多元素的同時(shí)測(cè)定。國(guó)內(nèi)尚未建立玩具材料中三價(jià)鉻和六價(jià)鉻的液相色譜-等離子體質(zhì)譜檢測(cè)方法。本文通過(guò)優(yōu)化ICP-MS方法，以及流動(dòng)相組成、pH 值和流速等參數(shù)，建立了應(yīng)用HPLC-ICP-MS同時(shí)檢測(cè)三價(jià)鉻(Cr3+)和六價(jià)鉻(Cr6+)的分析方法，并將其應(yīng)用于兒童玩具樣品的分析。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 儀器與試劑

ELAN DRCE電感耦合等離子體質(zhì)譜儀、Flexar HPLC液相色譜(美國(guó)PE公司)；水浴控溫?fù)u床(德國(guó)Julabo)；實(shí)驗(yàn)用水由Milli-Q超純水器制得(美國(guó)Millipore公司，>18.2 MΩ·cm)；KQ-600B型超聲波清洗器(昆山市超聲儀器有限公司)。 四丁基氫氧化銨(TBAH，Aladdin公司)，乙二胺四乙酸二鉀(EDTA，Aladdin公司)，三價(jià)鉻(Cr3+)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL，美國(guó)O2si公司)，六價(jià)鉻(Cr6+)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心)，鹽酸(BVⅢ級(jí))，氨水、甲醇、乙酸均為優(yōu)級(jí)純。

1.2 液相色譜-質(zhì)譜條件

1.2.1 色譜條件 色譜柱：C8色譜柱(33 mm×4.6 mm，3 μm)；流動(dòng)相：四丁基氫氧化銨(TBAH)+EDTA(鉀鹽)+甲醇；流速：1.5 mL/min；柱溫：環(huán)境溫度；自動(dòng)進(jìn)樣器沖洗劑：50%甲醇，50%水；進(jìn)樣量：50 μL；樣品準(zhǔn)備：用流動(dòng)相稀釋；檢測(cè)器：PerkinElmer ELAN DRCE ICP-MS；總分析時(shí)間：3 min。

1.2.2 質(zhì)譜條件 ICP-MS 參數(shù)：入射功率1 300 W；冷卻氣流量15.0 L/min；輔助氣流量1.2 L/min；霧化氣流量0.96 L/min；玻璃同心霧化器；石英旋流霧室；鉑采樣錐和截取錐；DRC反應(yīng)池分析模式；反應(yīng)氣：CH4；反應(yīng)氣流量0.8 mL /min；同位素：52Cr，積分時(shí)間250 ms。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別移取0.1 mL(精確至0.01 mL)三價(jià)鉻(Cr3+)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(1 000 μg/mL)和1 mL六價(jià)鉻(Cr6+)單元素標(biāo)準(zhǔn)溶液(100 μg/mL)，置于200 mL試劑瓶中，用水定容稀釋至100 mL，混勻，得到1 μg/mL Cr3+和Cr6+的混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液。使用時(shí)，再稀釋至所需濃度。

1.4 樣品處理

按照EN71-3方法取樣和樣品制備步驟[3]，取0.5 g玩具樣品加入25 mL 0.07 mol/L的鹽酸，在水浴控溫?fù)u床中控溫(37±2) ℃水浴加熱振蕩1 h，再靜置1 h，過(guò)濾后得到樣品遷移溶液。取1 mL遷移液再加入1 mL 0.07 mol/L的氨水溶液，用流動(dòng)相定容至10 mL，將溶液置于50 ℃ 1 h，得到最終樣品溶液。

2 結(jié)果與討論

2.1 流動(dòng)相條件優(yōu)化

2.1.1 pH值的影響 由于pH值對(duì)鉻的分離尤其是對(duì)Cr6+的保留和峰形有一定程度的影響：當(dāng)pH 值為5.5～7.0時(shí)， Cr3+和Cr6+比較穩(wěn)定。當(dāng)pH值大于9.0 時(shí)， Cr3+會(huì)生成沉淀，信號(hào)嚴(yán)重降低；而在酸性條件(pH <5.0 )下，Cr6+的信號(hào)嚴(yán)重降低，且部分會(huì)轉(zhuǎn)化為Cr3+。分別考察了流動(dòng)相pH值為6.5，7.1，7.5時(shí)Cr3+和Cr6+的分離情況，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表中可以看出隨著pH值的升高， Cr6+的保留時(shí)間縮短，峰面積變大，峰形變窄，分離度降低。當(dāng)pH值為7.1時(shí)， Cr3+和Cr6+的分離效果最好。因此，本研究選擇流動(dòng)相的最佳pH值為7.1。

表1 流動(dòng)相的pH值對(duì)Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.2 TBAH濃度的影響 考察了流動(dòng)相中TBAH的濃度對(duì)鉻分離的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。從表中可看出，0.1 mmol/L的TBAH無(wú)法使 Cr3+和 Cr6+分開(kāi)(分離度小于1)，當(dāng)TBAH為1.0 mmol/L時(shí)，Cr3+和 Cr6+可以分開(kāi)，但隨著TBAH濃度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留時(shí)間延長(zhǎng)，峰形變寬。這是因?yàn)樵诟邼舛葧r(shí)會(huì)有更多的TBAH與固定相反應(yīng)，能夠提供更多的離子配對(duì)，從而使更多的Cr被固定，最終使得鉻的保留時(shí)間延長(zhǎng)，峰變寬。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，TBAH濃度為2.0 mmol/L時(shí)， Cr3+和Cr6+的保留時(shí)間雖均較1.0 mmol/L TBAH時(shí)延長(zhǎng)，但Cr3+和Cr6+的峰高和峰面積有所降低。綜合考慮，選擇1.0 mmol/L為TBAH的最佳濃度。

表2 不同濃度TBAH對(duì)Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.3 EDTA濃度的優(yōu)化 考察了絡(luò)合劑EDTA濃度對(duì)鉻分離的影響(表3)。從表中可以看出當(dāng)EDTA加入量過(guò)小時(shí)，未能絡(luò)合溶液中的Cr3+，隨著EDTA濃度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留時(shí)間延長(zhǎng)，峰面積變大。當(dāng)EDTA濃度為0.5 mmol/L時(shí)， Cr3+和Cr6+的分離效果最好，因此選擇EDTA的最佳濃度為0.5 mmol/L。

表3 不同濃度的EDTA對(duì)Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.4 甲醇濃度的影響 在流動(dòng)相中加入甲醇是為了減少固定相與離子對(duì)試劑之間的相互反應(yīng)，實(shí)驗(yàn)考察了流動(dòng)相中不同比例甲醇對(duì)Cr3+和Cr6+分離效果的影響，結(jié)果如表4所示。隨著甲醇濃度的增大，Cr3+和Cr6+的保留時(shí)間縮短，峰形變窄，部分Cr6+轉(zhuǎn)化為Cr3+，造成Cr6+的峰面積減小，回收率降低。因此，本實(shí)驗(yàn)選擇合適的甲醇濃度為2%。

表4 不同甲醇比例對(duì)Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.2 質(zhì)譜條件的優(yōu)化

配制1 mmol/L TBAH和0.5 mmol/L EDTA流動(dòng)相進(jìn)樣。連續(xù)測(cè)定11次，測(cè)定在不同CH4流量及反應(yīng)池電壓下的標(biāo)準(zhǔn)偏差值(SD)。檢出限(3SD)如表5所示。最優(yōu)的CH4流量為0.8 mL/min，反應(yīng)池電壓為0.5 V ，此時(shí)總鉻的檢出限為0.027 μg/L(即0.001 mg/kg)，低于第二類玩具材料中六價(jià)鉻的限量0.005 mg/kg。得到優(yōu)化后的條件為：1 mmol/L的TBAH+0.5 mmol/L的EDTA為流動(dòng)相，調(diào)節(jié)pH值至7.1，加入甲醇比例為2%，用10 μg/L的Cr3+與Cr6+混標(biāo)進(jìn)樣，其分離色譜圖如圖1所示。

表5 不同反應(yīng)流量及反應(yīng)池電壓下的檢出限

圖1 10 μg/L Cr3+和Cr6+混標(biāo)溶液的分離色譜圖

2.3 線性關(guān)系與檢出限

用流動(dòng)相配制不同濃度的混標(biāo)溶液，稀釋得到一系列不同濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液，在優(yōu)化條件下對(duì)各溶液進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果見(jiàn)表6。結(jié)果顯示，在0.1～10 μg/L范圍內(nèi)， Cr3+和Cr6+的質(zhì)量濃度(ρ，μg/L)與對(duì)應(yīng)峰面積(A)呈良好的線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)(r)分別為0.999 9和0.999 2，檢出限(LOD)分別為0.024和0.015 mg/kg。

表6 Cr3+和Cr6+的線性方程、相關(guān)系數(shù)及檢出限

2.4 加標(biāo)回收率與重復(fù)性

選取塑料玩具、布絨玩具、紙類玩具等市售的3種玩具進(jìn)行前處理后，在空白樣品中分別添加0.5，1.0，5.0 μg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按照本方法進(jìn)行回收率實(shí)驗(yàn)，回收率結(jié)果見(jiàn)表7。由表7可見(jiàn)，方法的平均回收率為85.4%～119%。表明所建立的方法具有較好準(zhǔn)確度。

表7 Cr3+和Cr6+的回收率

用流動(dòng)相配制1 μg/L的Cr3+和Cr6+混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，按實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)樣分析，驗(yàn)證方法的重復(fù)性， 1 μg/L的Cr3+和Cr6+混標(biāo)溶液，連續(xù)進(jìn)樣7次，按峰面積計(jì)算得 Cr3+的RSD為3.0%， Cr6+的RSD為5.0%，表明方法具有較好的重復(fù)性。

2.5 實(shí)際樣品的測(cè)定

采用本方法對(duì)塑料玩具、布絨玩具等市售5種玩具進(jìn)行測(cè)定。結(jié)果顯示，樣品中均未檢出Cr6+，但在其中1款塑料電子琴玩具的綠色塑料中檢出Cr3+，其含量為5.56 mg/kg，未超過(guò)歐盟新玩具安全指令2009/48/EC中規(guī)定的可以刮去的玩具材料中Cr3+的限量(460 mg/kg)。

3 結(jié) 論

本文建立了以EDTA和TBAH為流動(dòng)相，高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(HPLC-ICP-MS)測(cè)定玩具中痕量Cr3+和Cr6+的分析方法，對(duì)玩具樣品中Cr3+和Cr6+的測(cè)定進(jìn)行了研究。方法具有選擇性好、簡(jiǎn)便快速、重復(fù)性好、準(zhǔn)確度高等特點(diǎn)，適用于玩具中痕量Cr3+和Cr6+的檢測(cè)，可滿足EN71-3第一類和第三類檢出限的要求。

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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

北京國(guó)檢局科技計(jì)劃課題(2013BK017)

10.3969/j.issn.1004-4957.2015.02.019

O657.63；O614.611

A

1004-4957(2015)02-0232-05

*通訊作者：張冀飛，碩士，工程師， 研究方向：玩具化學(xué)分析檢測(cè)，Tel：010-58648468，E-mail： zhangjf@bjciq.gov.cn