離子色譜柱切換在線前處理法同時測定皮革及織物中的三價鉻與六價鉻離子

賀婕等

摘要采用一根NG1反相色譜柱作為前處理柱在線去除樣品中的水溶性有機基質， 建立了離子色譜柱切換技術同時測定Cr與Cr的方法。進樣前，先將待測樣品水溶液與一定濃度的乙二胺四乙酸（EDTA）溶液充分反應，使其中的Cr絡合生成陰離子產物，該陰離子產物在可見光范圍內有較強吸收；進樣后，樣品中的離子經前處理柱分離后被收集在2 mL接收環內，通過柱切換技術，淋洗液將接收環內的離子帶至陰離子分析柱中分離，Cr與1，5二苯卡巴肼（DPC）溶液進行衍生化反應后與Cr的EDTA絡合物在同一波長下有較強吸收，由此可完成對兩種離子的同波長測定。

1引言

鉻元素廣泛存在于自然界中，常以Cr和Cr兩種形式存在。其中Cr是人體必需的微量元素，在正常食品補給劑量下無毒，但較高濃度則表現出細胞毒性反應；Cr易穿過細胞膜被人體吸收，干擾人體內的正常生理過程，是致癌和致突變的誘發因子，濃度大時會導致死亡＼[1＼]。正因二者具有不同的毒副作用，建立針對不同價態鉻離子的測定方法就顯得尤為重要。

目前針對樣品中不同價態的鉻，有氧化還原法，分光光度法，原子吸收光譜法等檢測方法。比較幾種方法，利用過差減法進行的氧化還原法原理簡單且成本低，但反應時間長，需嚴格控制溶液酸度，防止Cr與Cr相互轉變，易使檢測結果出現誤差；分光光度法與原子吸收光譜法發展較快，應用廣泛，其中分光光度法在測定Cr時存在基質干擾，導致結果不準確＼[2～4＼]，而原子吸收光譜本身無法分辨Cr與Cr，需借助硅膠等介質，吸附后分別洗脫檢測，操作復雜且成本較高＼[5，6＼]。近幾年，利用色譜高效的分離性能與幾種檢測器相結合來測定不同價態鉻的方法有了較大的進展[7]，其中離子交換色譜＼[8～11＼]和反相離子對色譜＼[12，13＼]應用較多。

皮革是一種日常生活中經常接觸的物質，因其鞣制過程用到鉻，而被列入了鉻含量測定的黑名單。國際上對皮革中Cr的含量有嚴格的控制，通用的測定標準一般是先將粉碎的皮革浸提，后加入DPC還原生成紫紅色配合物，用紫外可見分光光度法進行測定。但浸提液中存在的水溶性有機物如染料，嚴重干擾了目標離子的測定。對此，國內外科學家已進行大量研究，解決方法主要有毛細管電泳法預分離＼[14＼]、固相萃取柱除有機基質＼[15，16＼]以及加入有機脫色劑處理＼[17＼]，但這些方法均因成本高、操作復雜或檢測靈敏度低等缺點，沒有得到廣泛應用。本方法利用柱切換技術，于分離系統之前增加了樣品前處理系統，除去樣品中存在的水溶性有機基質，實現了對樣品的在線前處理，省去繁瑣的樣品前處理過程，減少了人力消耗。與已有方法相比，本方法增加了對Cr的柱前衍生，將待測樣品水溶液與EDTA溶液充分反應，使Cr絡合生成在可見光區有強吸收的陰離子基團，與未絡合的Cr一并進入陰離子色譜柱中分離，Cr在柱后衍生生成在可見光區同樣有較強吸收的基團，由此完成對Cr與Cr的同時檢測，應用范圍更廣，對于樣品中鉻的測定也更加完善。

2實驗部分

2.1儀器與試劑

SHCIC離子色譜儀（中國青島盛瀚色譜技術有限公司），配有一個六通進樣閥及100 μL定量環，兩個UC3281 HPLC泵，一個柱后衍生裝置；實驗室自制陰離子柱＼[18＼]，Dionex IonPac NG1（35 mm ×4 mm）反相柱（美國賽默飛世爾科技有限公司）；ZQH100柱切換器（中國青島盛瀚色譜技術有限公司）；UV3292紫外可見檢測器（中國北京優聯光電技術有限公司）；P680高效液相色譜四源梯度泵（美國賽默飛世爾科技有限公司）；JY92Ⅱ超聲細胞粉碎儀（中國寧波新芝生物科技股份有限公司）；UV2550型紫外可見分光光度計（日本島津儀器公司）；PHSJ5型pH酸度計（上海儀電科學儀器股份有限公司）； 0.22 μm尼龍濾膜過濾頭。

重鉻酸鉀（K2Cr2O7，分析純，上海浦江化工廠）；氯化鉻（CrCl3·6H2O，分析純，天津市東麗區天大化學試劑廠）；乙二胺四乙酸二鈉（EDTA·2Na，分析純，北京化工廠）；1，5二苯卡巴肼（DPC，分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；50% （w/w） NaOH（美國賽默飛世爾科技有限公司）； Na2HPO4·12H2O（分析純，國藥集團化學試劑有限公司）；濃H2SO4（衢州巨化試劑有限公司）；乙腈、甲醇（色譜純，德國默克公司）；實驗室用水為18.2 MΩ·cm去離子水（美國密理博公司）。

2.2標準溶液配制及樣品前處理

1000 mg/L Cr標準溶液：準確稱取0.51 g CrCl3·6H2O于100 mL容量瓶中，以水溶解并定容。

1000 mg/L Cr標準溶液：準確稱取0.28 g K2Cr2O7于100 mL容量瓶中，以水溶解并定容，即得。

稱取0.37 g EDTA溶于10 mL水中， 得100 mmol/L EDTA溶液。稱取質量分數為50% NaOH 0.4 g， 用去離子水稀釋至10 mL， 得0.5 mmol/L NaOH溶液。稱取0.4 g DPC于100 mL甲醇中，邊攪拌邊緩慢加入8 mL濃H2SO4，用水定容至1 L， 即得柱后衍生液。

20 mmol/L NaOH溶液：稱取質量分數為50 %的NaOH 1.6 g，用水定容至1 L，該淋洗液在氮氣保護下現配現用。

磷酸鹽緩沖溶液（PBS）：稱取約3.58 g Na2HPO4于100 mL容量瓶中，用水溶解并定容，用H3PO4調節緩沖溶液至pH=8.0±0.1。

Cr與Cr混合標樣：取不同體積Cr與Cr標準溶液，用磷酸鹽緩沖溶液稀釋至5 mL，加入0.5 mL 100 mmol/L EDTA溶液與67 μL 0.5 mol/L NaOH溶液，用水定容至10 mL，反應1 h，經0.22 μm尼龍濾膜過濾，收集濾液待用。

樣品前處理：稱取剪碎的樣品約0.30 g，加入10 mL磷酸鹽緩沖溶液，在超聲細胞粉碎儀中超聲萃取約3 h，取5 mL溶液，加入1 mL 100 mmol/L EDTA溶液與0.2 mL 0.5 mol/L NaOH溶液，用水定容至10 mL，反應約1 h，經0.22 μm尼龍濾膜過濾，收集濾液待用。

2.3實驗裝置

整個檢測過程可分為4個步驟：（1）進樣：注射進樣，使閥1上固定的100 μL定量環充滿待測樣品；（2）0.0～2.5 min樣品中有機基質的在線去除：切換閥1至Inject，當待測樣品隨著泵1泵入的NaOH淋洗液經過NG1前處理柱時，樣品中的有機物基質被保留在柱中，無保留作用的離子則隨著淋洗液被固定于閥2上的2 mL接收管收集；（3）2.5～20.0 min目標離子的分析和前處理柱的再生：切換閥1至Load，閥2至Inject，接收管內的待測離子由泵2泵入的NaOH淋洗液帶至陰離子分析柱中分離，同時，前處理柱以乙腈為淋洗液，洗去柱中保留的有機物基質，進行再生；（4）20～25.0min平衡系統：前處理柱換NaOH為淋洗液，使前處理柱在下一次進樣前得到平衡。最后，Cr的EDTA絡合物與經DPC衍生的Cr在545 nm波長下進行吸光度檢測，閥2切回Load。色譜儀器裝置圖如圖1所示，閥上實線所示為Load狀態，而虛線為Inject狀態。

3結果與討論

3.1樣品萃取條件選擇

分別以水、pH=8的磷酸鹽緩沖溶液、20 mmol/L NaOH溶液為萃取液，提取樣品中的Cr與Cr，前處理方法同2.2節。比較3種溶液的萃取效果并參考文獻＼[19＼]可知，當pH值過高時，Cr易生成沉淀析出，故以20 mmol/L NaOH為萃取液時，Cr的檢出濃度相對最小。同時參考國標方法＼[20＼]，皮革及織物因與皮膚接觸而產生危害，宜采用模擬人體汗液體系為萃取液較為合適，因此在本實驗中將磷酸鹽緩沖溶液（pH=8.0±0.1）選為萃取液。

3.2分析檢測條件選擇

本實驗利用柱切換技術實現對樣品萃取液中有機物基質在線去除。為保證前處理柱中洗脫的離子均能被接收管收集，設計以下實驗：在未接陰離子分析柱的條件下，經前處理柱洗脫的離子與衍生液反應后直接進入紫外可見檢測器檢測，離子出峰保留時間在0.9～2.0 min，淋洗液流速為1 mL/min，為避免樣品離子在接收管中擴散引起損失，閥2的切換時間為2.5 min，接收管體積為2 mL。

對Cr標樣與EDTA衍生產物及Cr標樣與DPC衍生產物進行紫外可見全波長掃描，確定二者同時檢測波長為545 nm。

優化Cr與EDTA溶液衍生反應條件，分別考察NaOH濃度、EDTA濃度， 以及反應溫度和反應時間4個影響因素。

利用分光光度法測定Cr與DPC衍生產物吸光度值，完成對Cr的定量方法已比較成熟＼[2＼] 。本實驗考察DPC濃度及酸度對反應影響，如圖3所示。保持H2SO4與甲醇濃度不變，配制一系列不同濃度的DPC衍生液，確定濃度為0.4 g/L時，響應較大且噪音小；考察硫酸濃度對衍生反應的影響，在H2SO4濃度較低時，衍生反應慢，無法達到在線衍生檢測的要求，而在H2SO4濃度升至0.15 mol/L時，生成衍生物速度較快且信號值相對較為穩定，重現性好。

2Abdollahi H. Anal. Chim. Acta， 2001， 442 （2）： 327-336

3Andrade F J， Tudino M B， Troccoli O E. Analyst， 1996， 121（5）： 613-616

4LIN JianYuan， ZHU TingTing， ZHOU Jun. Guangdong Weiliang Yuansu Kexue， 2008， 15（11）： 60-64

林建原， 朱婷婷， 周 俊. 廣東微量元素科學， 2008， 15（11）： 60-64

5Maltez H F， Carasek E. Talanta， 2005， 65 （2）： 537-542

6Martendal E， Maltez H F， Carasek E. J. Hazard. Mater.， 2009， 161 （1）： 450-456

7WANG Xin， XING YuanNa， CHEN ZeYong， HUO JuYuan， CHEN LiQiong. Chinese J. Anal. Chem.， 2013，41（1）： 123-127

王 欣，幸苑娜， 陳澤勇， 霍巨垣， 陳麗瓊. 分析化學， 2013， 41（1）： 123-127

8YU RuiPeng，HU ZhongYang， YE MingLi， CHE JinShui. Chinese Journal of Chromatography， 2012， 30（4）： 409-413

虞銳鵬， 胡忠陽， 葉明立， 車金水. 色譜， 2012， 30（4）： 409-413

9Chen Z L， Megharaj M， Naidu R. Talanta， 2007， 73 （5）： 948-952

10ZHU Min， LIN ShaoMei， YAO Qi， XU ZiGang， ZHU Yan. Journal of Zhejiang University （Science Edition）， 2007， 34（3）： 326-329

朱 敏， 林少美， 姚 琪， 徐子剛， 朱 巖. 浙江大學學報（理學版）， 2007， 34（3）： 326-329

11Yang Y， He J， Huang Z， Zhong N， Zhu Z， Jiang R， You J， Lu X， Zhu Y， He S. J. Chromatogr. A， 2013， 1305 （1）： 171-175

12Wolf R E， Morrison J M， Goldhaber M B. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （9）： 1051-1060

13Kuo C Y， Jiang S J， Sahayam A C. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （6）： 636-641

14WANG BaiSong， WAN JunSheng， DING FuXin， WANG WuShang. Journal of Instrumental Analysis， 2006， 25（6）： 56-59

王柏松， 萬俊生， 丁富新， 王武尚. 分析測試學報， 2006， 25（6）： 56-59

15NIU ZengYuan， YE XiWen， WANG YingJie， WANG Yan， JIAO LiZhen， WANG JingTang. China Leather， 2006， 35（11）： 35-38

牛增元， 葉曦雯， 王英杰， 王 巖， 矯麗珍， 王境堂. 中國皮革， 2006， 35（11）： 35-38

16TONG ChengBao. Westleather， 2013， 35（12）： 40-42

童成豹. 西部皮革， 2013， 35（12）： 40-42

17SHEN Bing， GAN DeFen， YU XuFeng. China Leather， 2003， 32（21）： 29-33

沈 兵， 干德芬， 俞旭峰. 中國皮革， 2003， 32（21）： 29-33

18Huang Z， Zhu Z， Subhani Q， Yan W， Guo W， Zhu Y. J. Chromatogr. A， 2012， 1251： 154-159

19Woittiez R W， Lagerwaard A， Volkers K J， Tangonan M D C. J. Radioanal. Nucl. Chem.， 1993， 169（1）： 229-237

20GB/T 228072008， Leather and furChemical testsDetermination of chromium Ⅵ content， National Standards of the People′s Republic of China

皮革和毛皮化學實驗六價鉻含量的測定， 中華人民共和國國家標準， GB/T 228072008

AbstractA new analytical method has been developed for the simultaneous determination of Cr and Cr using online sample pretreatment valveswitching ion chromatography. The organic matrix in leather was removed by using a reversephase column as the pretreatment column. Before injection， EDTA was added into sample solution to react with the Cr to form anion which could absorb visible light strongly. After injection， the ions separated by the pretreatment column were received in a collection loop. Then the ions were delivered into an analytical column and separated. Cr then was derived with the derivatization reagent 1，5diphenylcarbazide （DPC）， and detected together with CrEDTA complex by a UVVis detector. Under the optimum conditions， the linear range of the method for Cr and Cr was 0.3-10 mg/L （r=0.9991） and 0.05-2 mg/L（r=0.9992）， whereas detection limits （S/N=3） were 80.78 μg/L and 6.67 μg/L， respectively. The recoveries were in the range of 88.7%-108.5% with the relative standard deviations for retention time and peak area less than 3%. The method could be applied to determine Cr and Cr in leather and cloth effectively and quickly.

KeywordsIon chromatography； Column switching； Online pretreatment； Chromium

11Yang Y， He J， Huang Z， Zhong N， Zhu Z， Jiang R， You J， Lu X， Zhu Y， He S. J. Chromatogr. A， 2013， 1305 （1）： 171-175

12Wolf R E， Morrison J M， Goldhaber M B. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （9）： 1051-1060

13Kuo C Y， Jiang S J， Sahayam A C. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （6）： 636-641

14WANG BaiSong， WAN JunSheng， DING FuXin， WANG WuShang. Journal of Instrumental Analysis， 2006， 25（6）： 56-59

王柏松， 萬俊生， 丁富新， 王武尚. 分析測試學報， 2006， 25（6）： 56-59

15NIU ZengYuan， YE XiWen， WANG YingJie， WANG Yan， JIAO LiZhen， WANG JingTang. China Leather， 2006， 35（11）： 35-38

牛增元， 葉曦雯， 王英杰， 王 巖， 矯麗珍， 王境堂. 中國皮革， 2006， 35（11）： 35-38

16TONG ChengBao. Westleather， 2013， 35（12）： 40-42

童成豹. 西部皮革， 2013， 35（12）： 40-42

17SHEN Bing， GAN DeFen， YU XuFeng. China Leather， 2003， 32（21）： 29-33

沈 兵， 干德芬， 俞旭峰. 中國皮革， 2003， 32（21）： 29-33

18Huang Z， Zhu Z， Subhani Q， Yan W， Guo W， Zhu Y. J. Chromatogr. A， 2012， 1251： 154-159

19Woittiez R W， Lagerwaard A， Volkers K J， Tangonan M D C. J. Radioanal. Nucl. Chem.， 1993， 169（1）： 229-237

20GB/T 228072008， Leather and furChemical testsDetermination of chromium Ⅵ content， National Standards of the People′s Republic of China

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AbstractA new analytical method has been developed for the simultaneous determination of Cr and Cr using online sample pretreatment valveswitching ion chromatography. The organic matrix in leather was removed by using a reversephase column as the pretreatment column. Before injection， EDTA was added into sample solution to react with the Cr to form anion which could absorb visible light strongly. After injection， the ions separated by the pretreatment column were received in a collection loop. Then the ions were delivered into an analytical column and separated. Cr then was derived with the derivatization reagent 1，5diphenylcarbazide （DPC）， and detected together with CrEDTA complex by a UVVis detector. Under the optimum conditions， the linear range of the method for Cr and Cr was 0.3-10 mg/L （r=0.9991） and 0.05-2 mg/L（r=0.9992）， whereas detection limits （S/N=3） were 80.78 μg/L and 6.67 μg/L， respectively. The recoveries were in the range of 88.7%-108.5% with the relative standard deviations for retention time and peak area less than 3%. The method could be applied to determine Cr and Cr in leather and cloth effectively and quickly.

KeywordsIon chromatography； Column switching； Online pretreatment； Chromium

11Yang Y， He J， Huang Z， Zhong N， Zhu Z， Jiang R， You J， Lu X， Zhu Y， He S. J. Chromatogr. A， 2013， 1305 （1）： 171-175

12Wolf R E， Morrison J M， Goldhaber M B. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （9）： 1051-1060

13Kuo C Y， Jiang S J， Sahayam A C. J. Anal. At. Spectrom.， 2007， 22 （6）： 636-641

14WANG BaiSong， WAN JunSheng， DING FuXin， WANG WuShang. Journal of Instrumental Analysis， 2006， 25（6）： 56-59

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