高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法同時測定雙份飯樣品中Cr和Cr

陳東王曉偉 趙榕 邵兵 王正 吳國華 薛穎（北京市預防醫學研究中心,北京100013）

高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法同時測定雙份飯樣品中Cr和Cr

陳東*王曉偉 趙榕 邵兵 王正 吳國華 薛穎
（北京市預防醫學研究中心,北京100013）

建立了HPLC-ICP-MS聯用技術檢測雙份飯樣品中不同價態鉻含量的分析方法。雙份飯樣品經過冷凍干燥使其揮干水分,然后置于微波消解管中,加入5％的四丁基氫氧化銨溶液,在120℃條件下微波消解30min,然后將樣品進行定容,離心后取其上清液過濾,最后通過HPLC-ICP-MS聯用技術進行測定。本方法在0.5～50μg/L范圍內具有良好的線性（r＞0.999）,Cr和Cr的方法檢出限（S/N=3）分別為0.32和0.35μg/kg；定量限（S/N=10）均為1.00μg/kg；兩種組分的高、中、低濃度水平加標回收率在80.7％ ～90.3％之間,相對標準偏差RSD（n=6）均＜5％。應用此方法檢測了60件雙份飯樣品,其中Cr含量為9.22～139μg/kg,平均含量為36.8μg/kg；Cr含量為8.74～182μg/kg,平均含量為43.6μg/kg。

高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜；微波消解；食品；鉻；價態

1 引 言

鉻廣泛分布于動植物、土壤、水及空氣中,是金屬加工、電鍍、制革等行業常用的基本原料,常見的鉻形態為Cr和Cr。在人體中,Cr參與糖代謝,是維持人體正常的葡萄糖耐量、生長及壽命不可缺少的微量元素之一；而Cr對人體有高毒、強致癌性,損傷肝臟、腎臟,可誘發肺癌,導致死亡,是對人體有害的元素[1,2],一種元素存在兩種無機形態,且對人體的作用卻既然相反。然而,在食品檢測中,鉻元素一直是以總量計算,不能反映出食品中不同形態鉻元素的真實存在水平,因此鉻的形態分析十分必要。

目前,鉻元素的形態分析基本局限于環境領域,以水體、土壤作為主要研究目標,常用的測定方法主要有原子吸收法[3,4]、流動分析光度法[5]、離子色譜法[6]、毛細管電泳[7]、高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜（HPLC-ICP-MS）[8～10]法。其中流動分析光度法靈敏度比較低；原子吸收法和離子色譜法必須采用離子樹脂交換吸附分離和柱前衍生等前處理手段[11,12],而使得操作繁瑣,并且需要大量的試劑和耗材；HPLC-ICP-MS法由于靈敏度高、操作簡單、分析速度快等優點,目前得到廣泛應用。

雖然環境領域中鉻形態分析研究的較多,但食品領域的研究開展的卻非常少,主要原因是食品的基質比較復雜。在確保鉻提取率比較高的情況下,提取過程中Cr的形態不發生轉變,一直是一個難以解決的問題。胡玉軍等[13]以EDTA緩沖液煮沸的提取方式建立了乳制品中鉻形態的分析方法,但此法不適合基質復雜的食品；郭少飛等[14]采用NaOH超聲振蕩提取的方法測定了部分食品（高粱、蝦等）中的Cr,但沒有Cr的分析方法。Sacmac等[15]以HNO3為浸提液,采用微波消解的方法提取食品中的Cr。本研究發現,以HNO3作為浸提液樣品中的Cr會在提取過程中被氧化而發生價態轉變,因此該方法不可取。

雙份飯法是將調查對象在被調查期間的全部膳食（烹調好）進行實驗室分析。它適用于研究特定的人群,結果比較準確,是污染物暴露評仨的金標準。本研究采用不同的消解液（HCl、乙酸、四丁基氫氧化銨）對無機鉻進行提取,并比較了微波消解和超聲提取兩種前處理方法的提取效率,采用HPLCICP-MS法對基質復雜的雙份飯樣品中的Cr和Cr進行了快速的形態分析,方法便捷、靈敏、可靠,可批量處理樣品,極大地簡化了樣品前處理的過程。樣品測定獲得了良好的效果,適用于雙份飯樣品中鉻元素的價態分析。

2 實驗部分

2.1 儀器與試劑

NexION 300D電感耦合等離子體質譜儀（PerkinElmer公司）；LC20AD高效液相色譜儀（日本島津公司）；Millstone微波消解儀；冷凍干燥機；超聲振蕩器；超純水器；電子天平（感量0.1 mg）；BU CHI Mixer B400樣品均質器（帶陶瓷刀片,瑞士步琦公司）。

HCl（37％,Merck公司）；氨水（優級純,國藥集團化學試劑有限公司）；HNO3（高純,Merck公司）；冰醋酸（分析純,國藥集團化學試劑有限公司）；四丁基氫氧化銨；乙二胺四乙酸二鈉鹽；Cr單元素溶液標準物質（國家有色金屬及電子材料分析測試中心GSB 04-1723-2004,1000 mg/L）,Cr單元素溶液標準物質（中國計量科學研究院GBW（E）080629,1000 mg/L）。

2.2 色譜及質譜工作條件

2.2.1 色譜工作條件Agilent Bio-WAX色譜柱（50 mm×4.6 mm,5μm）。流動相：0.075 mol/L NH4NO3溶液（pH 7）。流速：0.4 mL/min；柱溫：室溫；進樣體積：100μL；時間：3min。

2.2.2 質譜工作條件噴霧器：同心玻璃霧化器；霧室：回旋型單通路霧室；Cell Gas：0.4 mL/min,氨氣；RPq：0.55。

2.3 鉻元素提取

稱取約2.5 g雙份飯樣品（樣品收集后用琦BU CHIMixer B400樣品均質器粉碎勻漿,均質器刀片的材質為陶瓷）,通過冷凍干燥去除樣品中的水分,再將樣品轉入微波消解管中,然后加入5％四丁基氫氧化銨溶液10mL,在120℃消解30min；將樣品轉移并定容至25 mL,再以10000 r/min離心10min,最后取上清液,用0.25μm水性濾膜過濾后,待測。

3 結果與討論

3.1 HPLC-ICP-MS分析方法的建立

3.2 Cr標準溶液的穩定性

圖1 Cr和Cr的HPLC-ICP-MS色譜圖Fig.1 Chromatogrm of Crand Crby HPLC-ICP-MS

3.3 Cr提取方法的選擇和優化

通常食品中金屬元素的提取一般會首選酸消解的方法,最為常用的酸為HNO3,由于HNO3具有很強的氧化性,會使Cr氧化為Cr,實驗中的確有轉化現象發生,故而在本研究中棄用。有些分析Cr和Cr的研究報道選擇了使用非氧化性無機酸（如HCl、H3PO4）,還有的研究選擇了使用還原性更弱的有機酸（如乙酸、甲酸等）,本研究均分別進行了嘗試性研究,發現無論采用HCl、H3PO4、乙酸,還是甲酸,都會造成Cr被還原成Cr,酸的濃度越大,提取液的pH值越低,轉化發生的比例越大。即使用0.5％HCl、乙酸等提取,通過純水中Cr的加標回收實驗,也會發現一部分Cr被還原成Cr。因此,本實驗采用了堿解的方法來提取鉻,考慮到國產的氨水中Cr的本底比較高,且味道刺鼻,最終選擇了四丁基氫氧化銨溶液作為提取液。

考察了以5％四丁基氫氧化銨溶液作為提取液,分別采用超聲振蕩提取1 h、微波提取15min、微波提取30min,微波提取1 h等以上4種提取方法,發現超聲振蕩提取方法的提取效率較低,微波消解提取方法的回收率較高。但隨著提取時間延長,在30min時,提取效率達到最高,以后即使再增加消解時間,回收率也并沒有提高,因此選擇了微波消解提取30min的方法（表1）。

表1 不同提取方法的提取效率Table 1 Comparison of different extractionmethods（n=6）

分別以1％,5％和10％四丁基氫氧化銨溶液為提取液,在120℃微波消解提取30min,Cr的提取效率見表2。結果表明,以5％四丁基氫氧化銨為提取劑,Cr的平均回收率為81.2％,且再增加濃度,回收率變化不明顯,因此本研究選用了5％四丁基氫氧化銨溶液作為提取劑。

表2 不同提取劑的提取效率Table 2 Comparison of different extraction solvents（n=6）

3.4 方法有效性的評價

3.5 方法的回收率和精密度

取雙份飯樣品在20,100和200μg/kg的濃度水平進行添加,每個水平平行6次,實驗方法如2.3節所述,雙份飯樣品的加標量、平均回收率和精密度見表3。結果表明,在20～200μg/kg的添加范圍內,方法的回收率在80.7％～90.3％之間,相對標準偏差在2.5％～4.3％之間。

表3 方法的回收率和精密度Table 3 Recoveries and precision of themethod

3.6 實際樣品的測定結果

本研究所用樣品是來自北京市雙份飯調查研究所提供的樣品,樣品是將被調查者3天內所有吃的食物放在一起粉碎并混勻, 于-60℃保存。按2.3節的方法進行處理并檢測,60份被測樣品中均檢測出了Cr和Cr,其中Cr含量為9.22～139μg/kg,平均含量為36.8μg/kg；Cr含量為8.74～182μg/kg,平均含量為43.6μg/kg。圖2為實際樣品的色譜圖。

圖2 實際樣品色譜圖Fig.2 Chromatogrm of Crand Crin real sample

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（Received 4 September 2015；accepted 14 October 2015）

Simultaneous Determ ination of Trivalent Chrom ium and Hexavalent Chrom ium in Duplicate Diet by HPLC-ICP-MS

CHEN Dong*,WANG Xiao-Wei,ZHAO Rong,SHAO Bin,WANG Zheng,WU Guo-Hua,XUE Ying
（Beijing Center for Preventive Medical Research,Beijing 100013,China）

A method was developed for the determination of different valence states of chromium in duplicate diets.Sampleswere dried with freeze dryingmachine,then added to themicrowave tube with 5％tetrabutyl ammonium hydroxide solution and digested for30min at120℃.Finally,the extractsweremade up to 25mL, then centrifugated.The supernatant liquor was collected and filtered for further analysis by HPLC-ICP-MS.The linearity range was 0.5-50μg/L,and the correlation coefficients were above 0.999.The limits of detection of Crand Cr（S/N=3）were 0.32,0.35μg/kg and the limits of quantitative（S/N=10）were 1.00μg/kg.The recoveries were 80.7％-90.3％at spiked level between 20μg/kg and 200μg/kg with relative standard deviations under5％.The proposedmethod was successfully used to detect Crand Crin 60 duplicate diets.The concentrations of Crwere 9.22-139μg/kg and the concentrations of Crwere 8.74-182μg/kg with average concentrations of 36.8μg/kg and 43.6μg/kg,respectively.

High performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrometry；Microwave digestion；Food；Chromium；Valence state

10.11895/j.issn.0253-3820.150703

2015-09-04收稿；2015-10-14接受

本文系2014年度首都衛生發展科研專項基金資助項目（No.首發2014-4-1014）

E-mail：cd1_1@163.com