高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用測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) 測定玩具中痕量三價鉻和六價鉻的分析方法。考察了不同pH值、不同流動相、流速、質(zhì)譜條件等影響因素對實驗體系的影響，優(yōu)化了HPLC-ICP-MS方法，使得三價鉻和六價鉻的檢出限分別達到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。將方法應用于玩具樣品中三價鉻和六價鉻的分析，加標回收率為85.4%～119%，相對標準偏差為3.0%～5.0%。該方法簡單、靈敏、準確，可用于塑料、毛絨面料、紙類玩具等玩具樣品的測定。

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

含六價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，并不分價態(tài)；歐盟玩具新指令則對三價鉻和六價鉻分別進行了限制[3]。舊指令針對所有材料基本是統(tǒng)一限量，而新指令對玩具材料按“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類分別設定了高低不同的限量要求[4]。因此，同時檢測兒童玩具中三價鉻和六價鉻的含量更具有重要意義。

目前，國內(nèi)外現(xiàn)有的玩具安全標準體系中，對于可遷移元素鉻的檢測，主要是針對總鉻，無價態(tài)要求[5-7]，且各標準均未給出詳細的儀器操作步驟和工作條件。而對三價鉻和六價鉻同時進行檢測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)用測定水中鉻形態(tài)的報道[15]，此外，虞銳鵬等[16]采用快速溶劑萃取/離子色譜法同時測定了塑料中的三價鉻和六價鉻。

目前實驗室常用的等離子體發(fā)射光譜儀的靈敏度無法滿足鉻的限量要求，通過液相色譜技術(shù)對三價鉻(Cr3+)和六價鉻(Cr6+)進行分離，再利用等離子體質(zhì)譜法進行定性定量分析，可彌補等離子體原子發(fā)射光譜法對該元素靈敏度難以滿足要求這一缺點，同時還可實現(xiàn)多元素的同時測定。國內(nèi)尚未建立玩具材料中三價鉻和六價鉻的液相色譜-等離子體質(zhì)譜檢測方法。本文通過優(yōu)化ICP-MS方法，以及流動相組成、pH 值和流速等參數(shù)，建立了應用HPLC-ICP-MS同時檢測三價鉻(Cr3+)和六價鉻(Cr6+)的分析方法，并將其應用于兒童玩具樣品的分析。

1 實驗部分

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PE公司)；水浴控溫搖床(德國Julabo)；實驗用水由Milli-Q超純水器制得(美國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)，三價鉻(Cr3+)單元素標準溶液(1 000 μg/mL，美國O2si公司)，六價鉻(Cr6+)單元素標準溶液(100 μg/mL，國家標準物質(zhì)研究中心)，鹽酸(BVⅢ級)，氨水、甲醇、乙酸均為優(yōu)級純。

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；自動進樣器沖洗劑：50%甲醇，50%水；進樣量：50 μL；樣品準備：用流動相稀釋；檢測器：PerkinElmer ELAN DRCE ICP-MS；總分析時間：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反應池分析模式；反應氣：CH4；反應氣流量0.8 mL /min；同位素：52Cr，積分時間250 ms。

1.3 標準溶液的配制

分別移取0.1 mL(精確至0.01 mL)三價鉻(Cr3+)單元素標準溶液(1 000 μg/mL)和1 mL六價鉻(Cr6+)單元素標準溶液(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+的混合標準儲備液。使用時，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，在水浴控溫搖床中控溫(37±2) ℃水浴加熱振蕩1 h，再靜置1 h，過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 流動相條件優(yōu)化

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

表1 流動相的pH值對Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.2 TBAH濃度的影響 考察了流動相中TBAH的濃度對鉻分離的影響，實驗結(jié)果見表2。從表中可看出，0.1 mmol/L的TBAH無法使 Cr3+和 Cr6+分開(分離度小于1)，當TBAH為1.0 mmol/L時，Cr3+和 Cr6+可以分開，但隨著TBAH濃度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留時間延長，峰形變寬。這是因為在高濃度時會有更多的TBAH與固定相反應，能夠提供更多的離子配對，從而使更多的Cr被固定，最終使得鉻的保留時間延長，峰變寬。實驗結(jié)果顯示，TBAH濃度為2.0 mmol/L時， Cr3+和Cr6+的保留時間雖均較1.0 mmol/L TBAH時延長，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Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.3 EDTA濃度的優(yōu)化 考察了絡合劑EDTA濃度對鉻分離的影響(表3)。從表中可以看出當EDTA加入量過小時，未能絡合溶液中的Cr3+，隨著EDTA濃度的增加，Cr3+和 Cr6+的保留時間延長，峰面積變大。當EDTA濃度為0.5 mmol/L時， 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Cr3+和Cr6+分離效果的影響

2.1.4 甲醇濃度的影響 在流動相中加入甲醇是為了減少固定相與離子對試劑之間的相互反應，實驗考察了流動相中不同比例甲醇對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，本實驗選擇合適的甲醇濃度為2%。

表4 不同甲醇比例對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流動相進樣。連續(xù)測定11次，測定在不同CH4流量及反應池電壓下的標準偏差值(SD)。檢出限(3SD)如表5所示。最優(yōu)的CH4流量為0.8 mL/min，反應池電壓為0.5 V ，此時總鉻的檢出限為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+混標進樣，其分離色譜圖如圖1所示。

表5 不同反應流量及反應池電壓下的檢出限

圖1 10 μg/L Cr3+和Cr6+混標溶液的分離色譜圖

2.3 線性關(guān)系與檢出限

用流動相配制不同濃度的混標溶液，稀釋得到一系列不同濃度的標準溶液，在優(yōu)化條件下對各溶液進行測定，結(jié)果見表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)與對應峰面積(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 加標回收率與重復性

選取塑料玩具、布絨玩具、紙類玩具等市售的3種玩具進行前處理后，在空白樣品中分別添加0.5，1.0，5.0 μg/L的混合標準溶液，按照本方法進行回收率實驗，回收率結(jié)果見表7。由表7可見，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確度。

表7 Cr3+和Cr6+的回收率

用流動相配制1 μg/L的Cr3+和Cr6+混合標準溶液，按實驗方法進樣分析，驗證方法的重復性， 1 μg/L的Cr3+和Cr6+混標溶液，連續(xù)進樣7次，按峰面積計算得 Cr3+的RSD為3.0%， Cr6+的RSD為5.0%，表明方法具有較好的重復性。

2.5 實際樣品的測定

采用本方法對塑料玩具、布絨玩具等市售5種玩具進行測定。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)測定玩具中痕量Cr3+和Cr6+的分析方法，對玩具樣品中Cr3+和Cr6+的測定進行了研究。方法具有選擇性好、簡便快速、重復性好、準確度高等特點，適用于玩具中痕量Cr3+和Cr6+的檢測，可滿足EN71-3第一類和第三類檢出限的要求。

[1] Xu J，Cui W，Wen Y，Yang L G，Zhang L，Kang X J.J.Environ.Health(徐婧，崔雯，聞毅，楊立剛，張林，康學軍.環(huán)境與健康雜志)，2010，27(5)：465-469.

[2] Zhang Z D.Biotechworld(張子棟.生物技術(shù)世界)，2013，(8)：71.

[3] EN 71-3-2013.Safety of Toys-Part 3：Migration of Certain Elements(歐洲標準.玩具安全 第3部分：特定元素的遷移).

[4] Huang L N，F(xiàn)ang H，Yi L Z，Zheng J G.J.Instrum.Anal.(黃理納，方晗，蟻樂洲，鄭建國.分析測試學報)，2014,33(8):971-978.

[5] Jiang T，Zhong R M.J.GuangdongEduc.Inst.(江濤，鐘若梅.廣東教育學院學報)，2009，29(5)：89-92.

[6] Xu X Q，Zhu Y，Yang T，Ye Y F，Jiang X X.Chin.J.Anal.Lab.(許秀琴 ，朱勇，楊挺，葉宇飛，江瀟瀟.分析試驗室)，2007,26：92-93.

[7] Xu Z G，Zheng L，Wu Q Z.EnvironmentalPollution&Control(徐子剛，鄭琳, 吳清洲.環(huán)境污染與防治)，2002，24(5)：314-315.

[8] Sun M，Wu Q H.Phys.Test.Chem.Anal.：Chem.Anal.(孫梅，吳強華.理化檢驗：化學分冊)，2008，44(10)：1012-1016.

[9] Lin L，Zheng Y，Wei B W，Yu W J，Lu W W，Hu Z Y.Chin.J.Anal.Lab.(林莉，鄭翊，衛(wèi)碧文，于文佳，陸文偉，胡忠陽.分析試驗室)，2013，32(8)：82-85.

[10] Song J E，Yan D，Zeng X C，Zhang Z X.Environ.Chem.(宋娟娥，嚴冬，曾祥程,張之旭.環(huán)境化學)，2013，32(8)：1590-1592.

[11] Li F，Wang Y，Zhang C，Huang C，Ye L H.J.NingboUniv.:Nat.Sci.Ed.(黎飛，王揚，張成，黃城，葉磊海.寧波大學學報：理工版)，2012，25(3)：13-16.

[12] Wei B W，Xie Q H，Zheng Y，Lin L，Yu W J，Liao J W.Phys.Test.Chem.Anal.：Chem.Anal.(衛(wèi)碧文，謝秋慧，鄭翊，林莉，于文佳，繆俊文.理化檢驗：化學分冊)， 2010，46(5)：500-502.

[13] Shen X L，F(xiàn)ang H，Zou Z J，Yu Y H.Commun.Sci.Technol.(沈曉鑾，方晗，鄒振基，余彥海.科技傳播)， 2013，(23)：115-116.

[14] Hong J Q，Chen M，Li J，Cheng Y L，Wang Z.JournalofInspectionandQuarantine(洪錦清，陳明，李敬，程玉龍，王瓚.檢驗檢疫學刊)，2013，23(5)： 7-9，76.

[15] McSheehy S，Nash M.Environ.Chem.，2009，28(4)：618-620.

[16] Yu R P，Hu Z Y，Ye M L，Che J S.Chin.J.Chromatogr.(虞銳鵬，胡忠陽，葉明立，車金水.色譜)，2012,30(4)：409-413.

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

北京國檢局科技計劃課題(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：玩具化學分析檢測，Tel：010-58648468，E-mail： zhangjf@bjciq.gov.cn