柱后衍生离子色谱法测定玩具中可迁移Cr(Ⅵ)

霍巨垣， 陈丽琼*, 王 欣, 钟新林

(1.深圳市计量质量检测研究院，广东深圳 518109；2.赛默飞世尔科技，广东广州 510770)

铬在自然界中主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的形式存在。Cr(Ⅲ)是人体的一种必须微量元素，在正常食品补给剂量下，Cr(Ⅲ)是无毒的[1]，但较高剂量的Cr(Ⅲ)则会引起细胞毒性反应，长期的累积毒性还有待进一步的研究[2]。Cr(Ⅵ)具有很大的毒性，在生物体系内具有很强的流动性，以铬酸根和铬酸氢根离子通过细胞膜。Cr(Ⅵ)化合物具有免疫毒性、神经毒性、生殖毒性、肾脏毒性以及致癌性等，其致癌性已被国际癌症研究机构(IARC)及美国政府工业卫生学家协会(ACGIH)确认。

Cr(Ⅵ)对人体的危害早已引起人们的重视，很多国家和地区相继出台了法规[3,4]，限制Cr(Ⅳ)的使用。欧盟玩具安全新指令[4]对可迁移元素的限量要求从原来的8种增加到19种，而且分别对Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ) 进行了限量要求；三类玩具材料中的可迁移Cr(Ⅵ)限量分别为0.02、0.005、0.2 mg/kg。新指令对Cr(Ⅵ)的限量非常低，传统的二苯碳酰二肼分光光度法[5 - 7]的灵敏度已不能满足检测要求[8]。因此，建立一种可以快速、灵敏、准确测定玩具中可迁移Cr(Ⅵ)的方法具有十分重要的意义。

近年来，很多学者致力于研究用色谱方法与电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)联用技术来分离检测Cr(Ⅵ)。这里的色谱方法包括高效液相色谱法(HPLC)[9 - 11]和离子色谱法(IC)[12 - 14]。色谱方法与ICP-MS法联用技术可以结合色谱法的高分离能力和ICP-MS的高灵敏检测，可以检测低至0.01 μg/L的Cr(Ⅵ)，可满足玩具中Cr(Ⅵ)的检测要求。但色谱与ICP-MS联用技术所用设备昂贵，且运行费用也比较高，不是每个常规分析实验室都能配备。

本实验采用离子色谱结合紫外-可见光谱检测技术，建立了Cr(Ⅵ)的测定方法。与目前色谱-ICP-MS联用技术相比，方法的检出限略高，为0.005 mg/kg，但基本可以满足三类玩具材料对Cr(Ⅵ)的检测要求，而且本方法仅需要用到配备紫外检测器的离子色谱，设备相对简单，更适合大范围推广。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

ICS-1600离子色谱仪(美国，热电费世尔公司)，配有Ultimate 3000可变波长检测器和柱后衍生装置；AS7阴离子分析柱(250×4 mm，美国热电费世尔公司)；水浴控温摇床(德国，JULABO公司);C18小柱。

Cr(Ⅵ)单元素标准储备溶液(GBW(E)080257/12051)：100 mg/L,国家标准物质研究中心；HCl、(NH4)2SO4、氨水、甲醇、H2SO4均为优级纯；1,5-二苯碳酰二肼(DPC)为分析纯；实验室用水由Mili-Q Element纯水机制得(美国Milipore公司)。色谱进样前所有样品溶液都经0.45 μm PES聚醚砜滤膜(德国Membrana公司)过滤。

1.2 实验方法

1.2.1测试试样的制备按BS EN 71-3:2013[15]进行。

1.2.2测试试样中Cr(Ⅵ)的提取使用适当大小的容器，将制备好的测试试样用质量为其50倍、浓度为0.07 mol/L的HCl与其混合。在温度为37±2 ℃的水浴摇床中振荡1 h，然后在37±2 ℃下放置1 h后。立即将混合物中的固体物有效分离，先使用膜过滤器过滤，然后根据需要在5 000 g条件下离心分离。所得提取液用氨水(1+1)调节pH值至7.0～8.0，待测。对于深色样品提取液，必要时用C18小柱或其它有效方式进行脱色。

1.2.3仪器条件色谱柱：IonPac AS7分析柱(250×4 mm)与IonPac AG7A保护柱(50×4 mm)。淋洗液为250 mmol/L (NH4)2SO4-100 mmol/L氨水溶液(pH=7～8)，等度洗脱，流速：1.0 mL/min。柱后衍生剂为含2 mmol/L DPC、10%甲醇、2.5%H2SO4的水溶液，流速：0.5 mL/min。检测波长：530 nm。进样量：1 200 μL。

1.2.4标准系列溶液的配制取Cr(Ⅵ) 标准储备溶液用流动相配制标准系列，浓度分别为0、0.10、0.20、0.50、1.0、5.0、10、20、50 μg/L，须现配现用。

2 结果与讨论

2.1 定性与定量方法分析

Cr(Ⅵ)标准溶液的色谱图如图1。判断保留时间6.004 min处为Cr(Ⅵ)峰。因此，本方法以Cr(Ⅵ)标准溶液色谱峰的保留时间进行定性，峰面积外标法进行定量。

2.2 柱后衍生剂流速的选择

考察了柱后衍生剂流速对Cr(Ⅵ)峰面积的影响，结果如图2所示。由图2可以看出，当柱后衍生剂小于0.5 mL/min时，Cr(Ⅵ)的响应值随着流速增大而增大，而当柱后衍生剂大于等于0.5 mL/min时，Cr(Ⅵ)的响应值随着流速增大基本保持恒定。这是因为DPC跟Cr(Ⅵ)反应需要在一定的酸度下进行的，当流速过小时，柱后衍生剂跟流动相混合后的酸度不足，DPC和Cr(Ⅵ)反应不完全。

2.3 线性范围和检出限

用NH4Cl溶液配制了0.1～50 μg/L的Cr(Ⅵ)标准溶液系列，一次进样，以各溶液Cr(Ⅵ)色谱峰的面积对浓度绘制标准工作曲线，拟合直线的相关系数为0.9997。检测0.1 μg/L Cr(Ⅵ)溶液，软件计算信噪比约为3，得出在进样量为1 200 μL时，本方法对玩具材料中Cr(Ⅵ)的检出限为0.005 mg/kg。方法基本能够达到新指令2009/48/EC对三类玩具材料的检测要求。

图1 Cr(Ⅵ)标准溶液和空白溶液的色谱图Fig.1 Chromatogram of standard solution of Cr(Ⅵ)(a)blank solution;(b)1 μg/L Cr(Ⅵ) solution.

图2 衍生剂流速对0.5 μg/L Cr(Ⅵ)响应值的影响Fig.2 Effects of the flow rate of derivatization reagent on the response of 0.5 μg/L Cr(Ⅵ)

2.4 加标回收率和精密度

为了验证本方法的准确度和精密度，选取了5类玩具的Cr(Ⅵ)阴性材料(墨水、塑料、涂层、布料、纸张)，进行加标回收试验，计算加标回收率；同时进行7次平行样的独立分析，计算方法精密度(RSD)，结果见表1。从表1可见，RSD≤5%；墨水0.10 μg/L加标水平的回收率为92.8%；0.50 μg/L加标水平的回收率为95.4%～102.4%；5.0 μg/L加标水平的回收率为99.4%～100.6%。

表1 加标回收率和精密度测定

2.5 实际样品测试

本实验对50个采自深圳各大商场、批发市场的玩具进行检测，涵盖5大类主要玩具材料，包括塑料、涂层、织物、木料、皮革。测试结果表明，有1个玩具的皮革材料的Cr(Ⅵ)超过了2009/48/EC的限值要求，这可能是皮革在加工中使用了含Cr(Ⅵ)的鞣剂或颜料引入的。

3 结论

采用柱后衍生离子色谱法对玩具材料中可迁移Cr(Ⅵ)进行检测，选用AS7色谱柱作为分离柱，以(NH4)2SO4溶液洗脱，用DPC进行柱后衍生，获得很好的检测效果。当进样量为1 200 μL时，对玩具材料中Cr(Ⅵ)的检出限为0.005 mg/kg。方法操作简便，灵敏度基本能够满足新指令对玩具材料中可迁移Cr(Ⅵ)的检测要求,而且所需设备相对于联用技术,购置和运行费用都比较低,更容易大范围推广。