HPLC-ICP-MS法檢測水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）

張素靜，駱如欣，馬　棟

（司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫學重點實驗室，上海200063）

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HPLC-ICP-MS法檢測水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）

張素靜，駱如欣，馬棟

（司法部司法鑒定科學技術研究所上海市法醫學重點實驗室，上海200063）

摘要：目的建立高效液相色譜（HPLC）和電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）聯用技術檢測水中三價鉻Cr（Ⅲ）和六價鉻Cr（Ⅵ）的分析方法。方法樣品以緩沖溶液（75 mM HNO3和0.6 mM EDTA的水溶液，氨水調pH=7）配制，75 mM HNO3（氨水調pH=7）為流動相分離兩種價態的鉻。結果Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的方法檢出限均為0.5ng/mL，線性范圍均為1.5～100 ng/mL，加標回收率和精密度均滿足分析要求。結論建立的HPLC-ICP-MS檢測水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的方法，檢出限為0.5 ng/mL，方法簡單準確，適用于水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的檢測，并為建立生物樣本如血液和尿液中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的檢測方法建立基礎。

關鍵詞：鉻；形態分析；高效液相色譜-電感耦合等離子質譜法；水

鉻（Chromium，Cr），分子量51.996，是一種具有銀白色光澤的金屬，在自然界分布廣泛，其工業應用也十分廣泛，主要用于制造優質合金，也用于皮革、印染、電鍍、制藥、油漆和涂料制造業等工業，進而以各種排放液進入環境［1-4］。這些進入環境尤其是水體的鉻主要以Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的形式存在，兩種形式生物作用不同［5-6］，Cr（Ⅲ）是人體必需微量元素，參與人體代謝，也是在人體內存在的主要形式，Cr（Ⅵ）則有致癌性以及致突變性［6-7］。

本文旨在建立一種簡單的HPLC-ICP-MS法檢測水中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ），也為后續建立生物樣本如血液和尿液中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的檢測方法建立基礎。

1　材料與方法

1.1試劑與儀器

Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）標準品溶液1 000 μg/mL（國家有色金屬及電子材料分析測試中心）；65%HNO3（德國Merck公司）；EDTA-2Na（美國CNW公司）；氨水（阿拉丁試劑（上海）有限公司）；水為超純水，由Milli-Q（Millipore純水系統）制得。

Agilent Infinity 1260液相色譜儀（美國Agilent公司）、7500Ce電感耦合等離子體質譜儀（美國Agilent公司）、pH調節計（上海三信儀器廠）。

1.2溶液配制

緩沖溶液：為75 mM HNO3和0.6 mM EDTA的水溶液，氨水調pH=7。

標準使用液：用緩沖溶液配制1.5，2，5，10，20，50，100ng/mL的Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的混合標準溶液。

1.3樣品制備

取0.5 mL緩沖溶液、0.5 mL樣品于2 mL進樣小瓶中，混勻，進樣檢測。

1.4儀器條件

1.4.1色譜條舍

色譜柱為Agilent Bio-WAX Column（50mm× 4.6 mm，5 μm）；柱溫為室溫；流動相為75 mM HNO3（氨水調pH=7）；恒流0.6mL/min；進樣量100μL。

1.4.2質譜條舍

ICP-MS條舍見表1。

1.5選擇性

將緩沖溶液及10 ng/mL標準溶液在1.4項條舍下進行檢測，考察方法專屬性。

1.6線性關系及檢出限（LOD）和定量限（LOQ）

將系列混合標準溶液在1.4項條舍下進樣檢測，分別以兩種待測物質量濃度為x，待測物峰面積為y，進行回歸運算，求得直線回歸方程。以兩種待測物峰強度信噪比（S/N）大于等于3的質量濃度為LOD，S/N大于等于10為LOQ。

1.7精密度與加標回收率

在去離子水中分別添加3、5、20、100 ng/mL的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），每個質量濃度點6份，按1.3項制備后得到的溶液濃度分別為1.5、2.5、10、50 ng/mL，進樣檢測，根據當日標準曲線計算濃度，同法連續測定4d，計算精密度和加標回收率。

2　結果

2.1方法專屬性

圖1為緩沖溶液的色譜圖，圖2為10 ng/mL的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的色譜圖。結果表明，緩沖溶液不干擾Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的檢測，且Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）色譜分離較好。

表1　ICP-MS工作參數

圖1　緩沖溶液色譜圖

圖2　10 ng/mL的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）色譜圖

2.2線性方程、檢出限和定量限

本研究中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的檢出限均為0.5ng/mL，定量限均為1.5ng/mL，均在1.5～100ng/mL范圍內線性良好，結果見表2。

2.3精密度與加標回收率

精密度和加標回收率結果見表3。

3　討論

3.1樣品處理

Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）之間非常容易受pH值影響而通過發生氧化還原反應進行轉化［8-9］，并且本實驗中用到了EDTA絡合Cr（Ⅲ）使其穩定，一般高溫條舍有利于形成較穩定的絡合物［10］，但較高溫度也有可能使得氧化還原反應加速，因此實驗中需要比較溫和的溫度和pH值條舍來減少兩者之間的相互轉化。

3.1.1溫度影響

本研究分別考察了常溫和40℃條舍下對Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的影響。將Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標準品按1.3制備后，分別在兩個溫度下孵育30 min，再進樣檢測。所得結果如圖3所示，在40℃下孵育30min后，Cr（Ⅵ）色譜圖出現明顯的Cr（Ⅲ）色譜峰，因此在樣品制備過程中不對其進行加熱。

3.1.2pH值影響

研究考察了所用緩沖溶液pH分別為3、5、7、8時，配制Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標準品進樣檢測，所得結果如圖4～6所示。由圖中可以看出，pH=3時，相比較之下Cr（Ⅲ）的峰形明顯變差，而Cr（Ⅵ）的色譜圖中出現了Cr（Ⅲ）的色譜峰；pH=5時，Cr（Ⅵ）的色譜圖中出現了Cr（Ⅲ）的色譜峰；pH=7和pH=8時，沒有出現Cr（Ⅵ）向Cr（Ⅲ）的轉化，且峰形均較好。綜合考慮，選擇條舍更為溫和的pH=7。

表2　Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的線性方程、檢出限和定量限

表3　精密度和加標回收率

圖3　不同溫度下Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的轉化情況

圖4　不同pH值時Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的轉化情況

圖5　不同pH值時Cr（Ⅲ）的色譜圖

圖6　不同pH值時Cr（Ⅵ）的色譜圖

圖7　碰撞氣流量考察

3.2ICP-MS條件

ICP-MS檢測時碰撞氣的使用可以提高檢測靈敏度。圖7顯示在碰撞氣流量為4 mL/min時，BEC值（背景值）開始降低，Blank（空白溶液）響應值和Std（標準溶液）響應值差距開始拉大，且基本為差距最大，因此采用碰撞氣流量為4mL/min進行檢測。

4　結論

本研究建立的HPLC-ICP-MS檢測水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的方法，檢出限為0.5 ng/mL，方法簡單準確，適用于水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的檢測，并為建立生物樣本如血液和尿液中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）的檢測方法建立基礎。

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（本文編輯：卓先義）

鑒定實踐

Determination of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）in water using HPLC-ICP-MS

ZHANG Su-jing，LUO Ru-xin，MA Dong
（Shanghai Key Laboratory of Forensic Medicine，Institute of Forensic Science，Ministry of Justice，Shanghai 200063，China）

Abstract：Objective To establish a high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry method for the determination of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）in water. Method Samples were prepared with buffer solution containing 75 mM HNO3and 0.6 mM EDTA（pH=7）. The mobile phase was 75 mM HNO3（pH=7）. Results The detection limits of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）were 0.5 ng/mL，and the linear ranges were 1.5～100 ng/mL. Conclusion The method was proved to be accurate and reliable for the determination of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）in water.

Key words：Cr；species analysis；high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry （HPLC-ICP-MS）；water

中圖分類號：DF795.1

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j.issn.1671-2072.2016.02.006

文章編號：1671-2072-（2016）02-0031-05

收稿日期：2016-01-07

基金項目：國家自然科學基金項目（81302613）；上海市技術標準專項（13DZ0503001）；中央級科研院所社會公益研究資助項目（GY1102）；上海市法醫學重點實驗室資助項目（14DZ2270800）

作者簡介：張素靜（1986—），女，法醫師，主要從事毒物分析研究。E-mail：zhangsj@ssfjd.cn。

通信作者：馬棟（1978—），男，副研究員，主要從事毒物分析研究。E-mail：madong@ssfjd.cn。