基于ASE提取IC—ICP—MS聯用測定茶葉中CrⅢ和CrⅥ的研究

章劍揚　王國慶　馬桂岑

摘要：采用加速溶劑萃取（ASE）-離子色譜（IC）-電感耦合等離子體質譜（ICP-MS）法測定，建立了茶葉中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的分析方法。樣品使用0.04 mol/L EDTA二鈉鹽和硝酸銨溶液（pH為7.0～7.5）在80 ℃和1 600 psi壓力下提取，C18固相萃取（SPE）凈化。以0.075 mol/L的硝酸銨作為流動相，AG7色譜柱分離后用ICP-MS測定。結果表明，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）在0～10.0 μg/L線性關系良好，檢出限均達到0.03 μg/L。以實際茶葉樣品為基體，在1.0 μg/L濃度水平下，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的加標回收率分別為86.2%～89.2%、78.8%～79.4%，RSD<4%（n=7）。該方法具有自動化程度高和同時測定2種價態的優點，適合批量、準確測定茶葉中2種價態鉻的含量。

關鍵詞：加速溶劑萃取；離子色譜；電感耦合等離子體質譜；茶葉；鉻

中圖分類號：S571.1；O657.7 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2017）11-2120-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.11.032

Abstract： A method for determination and analysis of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） in tea was established by IC-ICP-MS）. The samples were extracted with 0.04 mol/L EDTA disodium salt and ammonium nitrate solution（pH=7.0～7.5） under pressure at 80 ℃ and 1 600 psi， then were purified with solid phase extraction（SPE） with C18. With 0.075 mol/L ammonium nitrate solution as mobile phase， the AG7-HC ion chromatographic column was separated and detected by ICP-MS. The results showed good linear relationships（r2=1.0） were obtained between Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） in the range of 0～10.0 mg/L and the detection limit were all 0.03 mg/L. With practical tea samples as matrix， the recoveries of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） were in the range of 78.8%～89.2% at concentration of 1.0 μg/L， and the relative standard deviations（RSDs） were less than 4.0%（n=7）. The results indicated the method had advantages of high degree automation and simultaneous determination of 2 valence states， which was suitable for the batch and accurate determination of Cr（Ⅲ） and Cr（Ⅵ） contents in tea.

Key words： accelerated solvent extraction； ion chromatography； inductively coupled plasma mass spectrometry； tea； chromium

鉻在自然界中分布甚廣而稀散，幾乎存在于所有物質之中。鉻可以形成從-2到+6多種價態化合物，最常見的是Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）[1]。對于鉻而言，Cr（Ⅲ）是人體必需的元素，參與人體多種生理活動，而Cr（Ⅵ）則有劇毒[2，3]。NY659-2003標準中茶葉的總鉻限量為5.0 mg/kg[4]，但這并不能反映飲茶中鉻對人體的潛在危害，需要對三價和六價鉻的含量做進一步的測定[5，6]。

由于受到提取液pH的影響，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）同時提取和測定具有一定難度，低pH環境由于提高了氧化還原電位，可能會導致Cr（Ⅵ）被還原為 Cr（Ⅲ），高pH則可能會導致Cr（Ⅲ）沉淀為Cr（OH）3。鉻的不同形態對環境和人體健康有著明顯不同的影響，因此對鉻不同形態進行分析在環境科學、醫藥學、食品科學方面具有十分重要的意義[7]。

單一的儀器檢測技術很難同時完成精確測定Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），采用聯用技術是當前元素形態分析的重要手段[8-13]。加速溶劑萃取（Accelerated solvent extraction，ASE）法是一種基于高壓條件下，降低溶劑黏度，增加物質溶解度和溶質擴散效率， 提高萃取效率的快速萃取固體或半固體樣品的前處理方法[14]，ASE已在環境、藥物、食品、化工等領域得到廣泛應用[15]。

本研究以EDTA二鈉鹽以及硝酸銨溶液為提取液，采用加速溶劑萃取技術（ASE）對茶葉中2種價態鉻進行提取，經過離子色譜（IC）分離后使用電感耦合等離子體質譜儀（ICP-MS）分析測定，建立了茶葉中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的測定方法，初步明確茶葉中2種價態鉻的含量現狀。

1 材料與方法

1.1 儀器與試劑

Dionex ASE 200型快速溶劑萃取儀；Dionex ICS 3000型離子色譜儀；Thermo Fisher ICap Q型ICP-MS；Orion 3 Star pH計。

硝酸；氨水（Sigma，色譜純）；EDTA二鈉鹽（Sigma，色譜純）；六價鉻標準溶液（1 000 mg/L，國家計量標準物質中心）；三價鉻標準溶液（1 000 mg/L），超純水（電阻率18.2 MΩ/cm）

1.2 溶液的配制

流動相（0.075 mol/L NH4NO3）：1 L水中加入約4 mL硝酸和5 mL氨水，10%硝酸溶液或10%氨水調pH為7.1左右；提取溶液（0.04 mol/L EDTA）： 1 L流動相中加入13.3 g EDTA二鈉鹽，用10%硝酸溶液或10%氨水溶液調節pH 7.1左右。Cr（Ⅲ）-EDTA標準儲備液（1 mg/L）：取0.05 mL Cr（Ⅲ）標準溶液，加入0.38 g EDTA（2Na），去離子水稀釋50 mL，調pH為7.1，在70 ℃水浴下保持1 h。Cr（Ⅵ）標準儲備液（1 mg/L）：取0.05 mL Cr（Ⅵ）標準溶液，去離子水稀釋50 mL，調pH為7.1。

1.3 ASE提取條件及色譜條件

將茶葉粉碎至30目左右，過篩。精密稱取0.5 g粉碎后的茶葉樣品，與石英砂混勻（分別經過10%NaOH和10%HNO3浸泡后，并用去離子水清洗至pH為中性），倒入墊有玻璃纖維素膜的鋯提取池中，在設定的條件下提取。將提取液定容至50 mL， 0.45 μm濾膜過濾，待測。ASE提取條件見表1，離子色譜參數見表2。

1.4 ICP-MS測定條件

由于ICP-MS在測定52Cr時會受到35Cl16O1H+或40Ar12C+等多原子離子的干擾，為降低背景，采用碰撞池和動能歧視效應KED模式測定，參數條件見表3。

2 結果與分析

2.1 ASE提取條件優化

2.1.1 樣品池的選擇 將茶葉粉碎至30目左右，過篩。精密稱取0.5 g粉碎后的茶葉樣品，與石英砂混勻（分別經過10%NaOH和10%HNO3浸泡后，并用去離子水清洗至pH為中性），倒入墊有玻璃纖維素膜的鋯和不銹鋼提取池中，在設定的條件下提取。將提取液定容至50 mL，0.45 μm濾膜過濾。結果表明，不銹鋼樣品池中Cr本底較高，且呈不規律狀態溶出，而鋯樣品池基本無污染，因此選擇鋯樣品池作為ASE提取樣品池。

2.1.2 ASE參數優化 按照表4對添加價態鉻標準樣品1.0 mg/L的茶葉樣品進行不同的處理，每組處理重復1次，得到各個處理的回收率，再采用數據處理軟件進行差異顯著性比較，從而得到溫度、靜態時間、壓力和循環次數等ASE最佳參數。將提取溫度、靜置時間、提取壓力和循環次數4個因素標記為A、B、C、D，按照表1所示4個水平設計單因素試驗，考察不同因素對提取效率的影響。結果表明，參數B、C、D同一條件下，因素A提取溫度對提取效率的影響明顯，且在A3后處于平穩，該現象與鉻元素隨著溫度上升溶解度增加對應；在確定因素A的最佳溫度為80 ℃后，進一步分析因素B對提取效率的影響，結果說明增加浸泡時間可增加溶出率，且在5 min后趨于平穩，因此確定因素B為5 min；在確定因素A和B后，考察壓力對提取的影響，發現提取壓力越高，溶出率越高，且效果顯著，因此選擇1 600 psi；在此基礎上，分析了因素D對提取效率的影響，隨著循環次數的增加，提取效率D2條件下趨于穩定，說明適當的循環次數能將樣品內鉻提取完全。因此選擇在80 ℃下靜態5 min，循環2次，即A3B3C4D2為本研究ASE最佳提取條件。

2.2 色譜分離條件優化

2.2.1 硝酸銨的濃度 用IC進行分離時，流動相離子強度會直接影響保留時間和分離度，對不同濃度 （0.05～0.15 mol/L硝酸銨）的流動相進行對比。試驗表明，隨著硝酸銨濃度的增加，保留時間縮短，峰形有明顯改善，但Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）分離度變差。另外，流動相離子濃度越大，ICP-MS的維護頻率越高。因此，綜合考慮分離度，峰性和大批量樣品分析的時間成本，流動相條件選擇0.075 mol/L硝酸銨。

2.2.2 提取液中EDTA量優化 本方法中Cr（Ⅲ）是與EDTA絡合后保留在色譜柱上，由于茶葉提取過程中會溶解部分的Ca、Mg、Mn、Fe等陽離子，這些離子也同樣與EDTA絡合，從而影響了Cr（Ⅲ）的峰形和測定精度。取等份的茶葉，分別用10、20、40和80 mmol/L的EDTA在上述ASE條件下提取，得到譜圖1。從Cr（Ⅲ）的峰圖得到10 mmol/L EDTA絡合下Cr（Ⅲ）峰出現分叉，而80 mmol/L EDTA絡合下的Cr（Ⅲ）峰高降低顯著，40 mmol/L EDTA可以較好地消除峰分叉，并且峰高降低影響較小，因此選擇40 mmol/L的EDTA作為本試驗中的提取液濃度。

2.2.3 方法的準確度和精密度 使用流動相將 Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）標準儲備液稀釋，配制成0.1、0.5、1.0、5.0和10.0 μg/L的混合標準溶液，在上述色譜條件下測定，得到如下工作曲線和譜圖（圖2至圖4）。為驗證該方法的準確度和精密度，選取紅茶和綠茶兩類樣品進行加標回收試驗（表5、圖5），計算加標回收率；同時進行7次平行樣的獨立分析，計算方法精密度。從表5可見，方法的相對標準表差均不高于3.9%；在1.0 μg/L的加標水平下，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的回收率分別為86.2%～89.2%、78.8%～79.4%。從圖6可以看出，0.1 μg/L混合標準溶液的峰高的信噪比S/N>10，得出在離子色譜進樣量為100 μL，質譜采用He碰撞池和動能歧視效應KED模式下，該方法對兩種價態Cr的檢出限均達到了0.03 μg/L，說明兩種價態Cr的定量下限在0.1 μg/L以下，可以滿足實際樣品測定。

2.2.4 實際樣品測定 按照上述提取步驟和檢測方法對市售茶葉樣品分別抽取4個綠茶和4個紅茶進行了測定（圖7和表6）。所測茶樣中有2個紅茶樣品和一個綠茶樣品中未檢到Cr（Ⅵ），并且在所測抽查樣品中Cr（Ⅵ）含量顯著低于Cr（Ⅲ）。

3 小結

研究采用ASE批量提取，將高靈敏度的ICP-MS與耐酸堿的IC聯用，建立了茶葉中超痕量鉻價態分析的方法。將所建立的方法用于實際分析并以加標回收試驗驗證了其對不同茶類樣品的適用性，該方法操作簡單，自動化程度高，重復性好，靈敏度滿足日常檢測要求，可批量操作，為茶葉中Cr（Ⅲ）與Cr（Ⅵ）分析測定提供了參考。

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