炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態(tài)及含量

宋偉華，董文洪，胡貝貞，林環(huán)宇

(紹興出入境檢驗檢疫局綜合技術(shù)服務(wù)中心,浙江紹興 312000)

炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態(tài)及含量

宋偉華，董文洪，胡貝貞，林環(huán)宇

(紹興出入境檢驗檢疫局綜合技術(shù)服務(wù)中心,浙江紹興 312000)

建立了一種測定黃酒中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的高效液相色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜分析方法。黃酒經(jīng)炭黑氨基柱凈化,超純水洗脫,色譜條件為:Dionex AS11-HC陰離子預(yù)柱(4 mm×50 mm×9 μm);以60 mmol/L(pH9.0)硝酸銨作為流動相,流量為1.5 mL/min;以電感耦合等離子體質(zhì)譜進(jìn)行定性和定量分析。結(jié)果表明:在0～20 μg/L范圍內(nèi)Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)線性良好,相關(guān)系數(shù)R2均在0.998以上;添加回收率在81.2%～94.8%之間,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.7%～4.1%;定量限分別為0.12 μg/L和0.18 μg/L。本方法簡單快速,適用于黃酒中鉻形態(tài)殘留的分析檢測,并利用該方法對不同年份、不同企業(yè)及不同類型的黃酒進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)紹興地區(qū)的黃酒中的鉻主要以Cr(Ⅲ)形態(tài)存在。

高效液相色譜,炭黑氨基柱凈化,電感耦合等離子體質(zhì)譜,鉻形態(tài),黃酒

據(jù)統(tǒng)計,我國約有十分之一的耕地被重金屬污染,形勢非常嚴(yán)峻[1]。因此,對環(huán)境、食品以及水資源中的重金屬含量進(jìn)行監(jiān)測至關(guān)重要的。本實驗通過日常檢測發(fā)現(xiàn)黃酒中總鉻的含量在9.2～31.7 μg/L。環(huán)境中的鉻主要以兩種價態(tài)形式存在,維持人體生命的必需元素Cr(III)和具有高毒、強致癌性的Cr(VI)[2]。因此,對于鉻的檢測不能局限于總量，更要考慮其各價態(tài)的含量。當(dāng)前,對于水質(zhì)、食品、化妝品、尿液等中鉻的形態(tài)研究也有較多的報道[3-9]。但對于黃酒中鉻元素的檢測也僅限于總量[10]而未見于形態(tài)分析。為了有效地評價黃酒中鉻存在的形態(tài),實驗室建立了炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻形態(tài)及含量的方法,并利用此方法對紹興地區(qū)不同企業(yè)、不同年份及不同類別的黃酒進(jìn)行了鉻形態(tài)及含量的測定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)標(biāo)準(zhǔn)品溶液 中國計量研究院;乙二胺四乙酸二氫二鉀二水合物 梯愛希化成工業(yè)有限公司;分析純氨水 江蘇強盛功能化學(xué)有限公司;UP級(71%)硝酸 蘇州晶瑞化學(xué)有限公司;色譜純甲醇 美國天地試劑公司。AG11-HC陰離子預(yù)柱(4 mm×50 mm×9 μm) 賽默飛世爾公司;炭黑氨基柱(500 mg/6 mL) 杭州福裕科技有限公司。

電感耦合等離子體質(zhì)譜Aurora M90 美國布魯克公司;超純水儀Millli. Q Element A10 法國Millipore公司;高效液相色譜儀1260 安捷倫科技;多功能純化器 美國加州儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗材料的準(zhǔn)備 實驗用水由Milli.Q Element A10 超純水儀制得,用于配制實驗所用的標(biāo)準(zhǔn)溶液與樣品溶液。硝酸與氨水分別由多功能純化器純化后再使用。炭黑氨基柱使用前用5 mL(50%甲醇水溶液)活化,再用25 mL超純水清洗。

60 mmol的硝酸銨:取3.95 mL純化后的硝酸,定容到1000 mL,用純化后的氨水調(diào)pH到9.0。

1.2.2 樣品的前處理 移取黃酒樣品1.0 mL,加入已活化好的炭黑氨基柱中,然后以9.0 mL超純水進(jìn)行洗脫,收集15 mL于塑料離心管中,定容到10.0 mL。取收集液0.5 mL置于1.5mL的進(jìn)樣瓶中,加入10 mmol EDTA溶液0.5 mL,于65 ℃水浴中反應(yīng)45 min后冷卻至室溫后立即測定鉻形態(tài)。

1.3 檢測條件

高效液相色譜條件 色譜柱:AG11-HC陰離子預(yù)柱(4 mm×50 mm×9 μm);流動相為60 mmol/L硝酸銨(pH9.0);流速1.5 mL/min;柱溫為20 ℃;進(jìn)樣量:50 μL。

電感耦合等離子體質(zhì)譜條件 射頻功率1400 W;等離子氣體流速18 L/min;輔助氣流速1.8 L/min;鞘氣流速0.2 L/min;霧化器流速1.0 L/min,駐留時間80000 μs;碰撞氣125 mL/min氦氣。

2 結(jié)果與分析

根據(jù)日常檢測工作及參考文獻(xiàn)[12-13]知道,在黃酒中含有較高濃度的無機鹽,尤其是鈣離子含量在0.05～0.4 g/L范圍內(nèi)。因此,配制EDTA鉀鹽的溶液濃度為10 mmol/L,調(diào)pH7.0。標(biāo)準(zhǔn)溶液、樣品均用10 mmol/L的EDTA鉀鹽1∶1穩(wěn)定,以利于鉻形態(tài)的穩(wěn)定和色譜分離。

2.1 前處理方法的選擇

2.1.1 前處理方法的選擇 本實驗比較了不同前處理的方法,如:直接進(jìn)樣、固相萃取柱凈化等。結(jié)果表明,直接進(jìn)樣方便,但由于黃酒中含有豐富的糖、氨基酸、色素等營養(yǎng)成分,容易影響離子色譜的分離性能和使用壽命,且檢測再現(xiàn)性差,設(shè)備污染嚴(yán)重。最終選取了炭黑氨基柱凈化后洗脫稀釋進(jìn)樣的方式進(jìn)行處理,效果較佳。

2.1.2 前處理方法的優(yōu)化 黃酒中富含氨基酸,蛋白質(zhì)、糖、色素等多種有機物,對Cr在色譜柱上的形態(tài)分離會有干擾,同時高含量的氨基酸、蛋白質(zhì)等有機物也容易對離子色譜柱造成損傷,因此有必要在樣品進(jìn)色譜柱前進(jìn)行凈化處理。考慮到樣品的基質(zhì)特性,選取對氨基酸、蛋白質(zhì)及色素有比較好吸附能力的炭黑氨基萃取小柱作為凈化柱[14]。通過對活化后的炭黑氨基柱的空白洗脫液測試發(fā)現(xiàn),里面有一定量的殘留Cr(Ⅲ),我們采用25 mL超純水洗脫后,能使殘留在凈化柱中的Cr(Ⅲ)小于儀器檢出限。

考察了不同洗脫液的洗脫效果:1.0 mL空白溶液(含20 μg/L的Cr混標(biāo)和15%的乙醇)過凈化柱后,分別用9.0 mL純水、5%的甲醇、10%甲醇洗脫,測定并計算回收率,結(jié)果如表2所示。由表2可見,鉻對洗脫溶劑中是否含有甲醇不敏感,所有條件下回收率都大于95%。因而,采用超純水作為洗脫液。

表1 過柱后的各個形態(tài)物質(zhì)的加標(biāo)回收率(%)

2.2 儀器條件的選擇

2.2.1 ICP-MS部分 聯(lián)機前使用布魯克.道爾頓公司提供的調(diào)諧液(Be、Mg、Co、In、Ba、Ce、TL、Pb、Th濃度 1 μg/L)對ICP-MS進(jìn)行自動調(diào)諧校正,使儀器靈敏度和質(zhì)量數(shù)準(zhǔn)確度在最佳狀態(tài)。由于樣品及流動相中都會有其他元素引入并在等離子體中形成多原子離子如ArC+和ClOH+對Cr52的檢測造成干擾。因此需要利用儀器具備的錐面碰撞技術(shù)導(dǎo)入碰撞氣以消除。采用儀器制造商推薦的He作為碰撞氣,優(yōu)化流量為125 mL/mim。

2.2.2 液相色譜部分 因Cr(Ⅲ)和Cr(VI)在有氧化或還原物條件下形態(tài)間易互相轉(zhuǎn)化,所有器皿的清洗與試劑的配制均采用超純水。液相色譜的不銹鋼(Cr含量>13%)也會帶入本底污染,本實驗中將液相部件間的連接不銹鋼管路及定量環(huán)換成PEEK管,再用磷酸清洗,硝酸溶液(v∶v,1∶1)對液相色譜中剩余的不銹鋼泵體及切換閥進(jìn)行鈍化處理,再用超純水清洗至流出液pH為中性,并選擇PEEK管裝的離子色譜柱來分析樣品。以60 mmoL的硝酸銨溶液(pH9.0)為流動相,流速為1.5 mL/min,進(jìn)樣量為50 μL為液相分析條件,比較發(fā)現(xiàn)戴安的離子色譜柱對于Cr的分離優(yōu)于漢密爾頓的柱子。漢密爾頓的色譜柱也能對Cr的兩種形態(tài)進(jìn)行分離,但分析時間過長,整個分離過程將近10 min。而戴安的柱子可以在3 min內(nèi)完成分析與沖洗,并有較好的分離效果,0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)標(biāo)樣色譜圖見圖1。因而采用戴安AG11-HC陰離子預(yù)柱(4 mm×50 mm×9 μm)來作為樣品分離的色譜柱。

圖1 0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)標(biāo)樣色譜圖Fig.1 Chromatogram of a mixture of Cr(Ⅲ)and Cr(VI)standards

2.3 線性關(guān)系、測定低限、添加回收率及精密度

2.3.1 線性關(guān)系及測定低限 0～20.0 μg/L范圍內(nèi)配制濃度為0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、10、20 μg/L的2種鉻形態(tài)的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,并分別以v∶v(1∶1)與10 mmol/L EDTA鉀鹽溶液混合,在50 ℃水浴中反應(yīng)1 h,使Cr(Ⅲ)生成穩(wěn)定的Cr(Ⅲ)-EDTA配合物,冷卻后上機檢測。回歸出鉻形態(tài)的標(biāo)準(zhǔn)曲線(見表3),Y為響應(yīng)值,X為測試濃度(μg/L),在0～20.0 g/L范圍內(nèi),2種鉻形態(tài)標(biāo)準(zhǔn)曲線線性良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.998。將0.5 μg/L的混標(biāo)溶液逐級稀釋,以3倍信噪比為檢出限,10倍信噪比為定量限,實驗數(shù)據(jù)見表3。

表2 Cr價態(tài)線性關(guān)系及檢出限

2.3.2 添加回收及精密度 在實驗室內(nèi)按照1.2條件對添加標(biāo)準(zhǔn)溶液黃酒樣品進(jìn)行測定,驗證方法的準(zhǔn)確性和添加回收率。三個濃度下回收率在81.2%～94.8%,精密度1.7%～4.1%,檢測結(jié)果見表4。

2.4 方法的驗證

聯(lián)系三家不同的實驗室對加標(biāo)2.5、5.0、10.0 μg/L含有基質(zhì)的樣品,按照方法對回收率和穩(wěn)定性進(jìn)行了驗證,驗證情況如表5。各實驗室回收率在81.6%～89.2%,精密度0.8%～4.8%。

表3 黃酒樣品添加結(jié)果及精密度數(shù)據(jù)

表4 方法驗證數(shù)據(jù)

2.5 實際樣品的檢測

選取鉻總量含量較高的酒按照2.2條件對紹興地區(qū)不同廠家的年份酒樣中的鉻形態(tài)及含量進(jìn)行了測定并確定了各形態(tài)的含量,數(shù)據(jù)如表6所示,并以產(chǎn)品種類較豐富的A廠家為列,做了不同類型黃酒中鉻形態(tài)分析測定,結(jié)果如表7所示。

由表6、表7中數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn):黃酒中的鉻以Cr(Ⅲ)的形態(tài)存在,只有味淋酒中檢測出少量的Cr(Ⅵ)。分析原因,可能是黃酒中在發(fā)酵過程中普遍會產(chǎn)生少量乙酸等酸性物質(zhì),導(dǎo)致黃酒的pH在3～4左右,同時黃酒中含有總酚、氨基酸等抗氧化物,容易使Cr(Ⅵ)轉(zhuǎn)化成Cr(Ⅲ)。為了驗證這個轉(zhuǎn)化過程,將10 μg/L Cr(Ⅵ)黃酒加標(biāo)樣品兩天前后Cr(Ⅵ)檢測結(jié)果的對比,如圖2所示,由圖可見,2 d后,Cr(Ⅵ)的峰消失了,在Cr(Ⅲ)的位置出現(xiàn)了峰,由此推測,Cr(Ⅵ)在酸性黃酒中不穩(wěn)定,易向Cr(Ⅲ)轉(zhuǎn)化。而味淋酒由于不經(jīng)過發(fā)酵處理,其pH相對較高,一般在6.0左右,同時含有的總酚、氨基酸等的發(fā)酵產(chǎn)物的含量也相對較低,為Cr(Ⅵ)存在創(chuàng)造了一定條件。

表5 不同廠家不同年份酒中的鉻形態(tài)分析

表6 同廠家不同品種的酒的比較

圖2 1 μg/LCr(Ⅵ)黃酒加標(biāo)2 d前后譜圖對照Fig.2 1 μg/L Cr(Ⅵ)rice wine with standard spectra comparison before and after two days

3 結(jié)論

通過對色譜及光譜質(zhì)譜條件的優(yōu)化,建立了炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態(tài)及含量的方法。該方法簡單快速,適用于黃酒中鉻形態(tài)殘留的分析檢測，在0～20 μg/L范圍內(nèi)Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)線性良好,添加回收率在81.2%～94.8%之間,定量限分別為0.12 μg/L和0.18 μg/L。利用該方法對不同年份、不同企業(yè)及不同類型的黃酒進(jìn)行了檢測,發(fā)現(xiàn)紹興地區(qū)的黃酒中的鉻主要以Cr(Ⅲ)形態(tài)存在,此項工作的開展有助于黃酒消費者選擇性的采購和監(jiān)管部門采取相應(yīng)的措施。

[1]http://business.sohu.com/20111107/n324738966.shtml.

[2]Memon JR,Memon SQ,Bhanger MI,et al[J].Journal of Hazardous Materials，2009,163:511-516.

[3]李世豫,李淑姘.離子交換分離選擇測定工業(yè)污水中微量六價鉻及三價鉻[J].環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,1982,3(5):19-25.

[4]王華建,黎艷紅,豐偉悅,等.反相離子對色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)測定水中痕量Cr(III)與Cr(VI)[J].分析化學(xué),2009,37(3):433-436.

[5]黎飛,王揚,張成,等.HPLC/ICP-MS法測定水質(zhì)中Cr(Ⅲ)與Cr(VI)的研究[J].寧波大學(xué)學(xué)報(理工版)2012,25(3):13-16.

[6]郭志英,于水.HPLC/ICP-MS在環(huán)境用品的痕量元素形態(tài)分析中的應(yīng)用[J].質(zhì)譜學(xué)報,2006,27(1):56-62.

[7]黃冬根,廖世軍,賀詠梅.食品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)分離及ICP-MS法測定研究[J].食品科學(xué),2005,26(7):172-174.

[8]龐艷華,劉名揚,劉淑艷,等. 反相離子對色譜-電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定化妝品中不同形態(tài)鉻[J].色譜,2011,29(10):1027-1030.

[9]朱敏,林少美,姚琪,等.離子色譜一電感耦合等離子體質(zhì)譜聯(lián)用檢測尿樣中的三價鉻和六價鉻[J].浙江大學(xué)學(xué)報:理學(xué)版,2007,34(3):326-329.

[10]程和勇,徐子剛,黃旭,等.電感耦合等離子體質(zhì)譜測定不同酒類中鉻、砷、鎘、汞、鉛含量[J].浙江大學(xué)學(xué)報(理學(xué)版),2011,36(6):679-682.

[11]Pantsar-Kallio M,Manninen P K. Frdsenius[J]. Journal of Chromatography A,1996,750(1-2):89-95.

[12]方繼德,黎莉.白酒和黃酒中無機元素含量分析[J].微量元素與健康研究,2004,21(6):69.

[13]李博斌,劉興泉,吳堅,等.黃酒中糖和無機元素成分與黃酒口味品質(zhì)的定量關(guān)系研究[J].中國釀造,2010,221(8):37-39.

[14]胡貝貞,宋偉華,謝麗萍,等.加速溶劑萃取/凝膠滲透色譜-固相萃取凈化/氣相色譜質(zhì)譜法測定茶葉中殘留的33種農(nóng)藥[J].色譜,2008,26(1):22-28.

Determination of chromium species and content in rice wine by high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry

SONG Wei-hua,DONG Wen-hong,HU Bei-zhen,LIN Huan-yu

(Comprehensive Technologic Service Center of Shaoxing Entry-Exit Inspection and Quarantine Bureau,Shaoxing 312000,China)

A high performance liquid chromatography and inductively coupled plasma mass spectrometry(HPLC-ICP-MS)method was developed for determination of Cr(Ⅲ),Cr(Ⅵ)in rice wine. The wine sample was purified with Carb-NH2SPE column,eluted with ultra-pure water and then separated on a Dionex AS11-HC(4 mm×50 mm×9 μm)column using 60 mmol/L ammonium nitrate(pH9.0)at 1.5mL/min as mobile phase. Identification and quantification were achieved by inductively coupled plasma mass spectrometry(ICP-MS). It showed good liner correlation between 0 and 20 μg/L with correlation coeficients better than 0.998.The average recoveries of Cr(Ⅲ)and Cr(Ⅵ)ranged from 81.2% to 94.8% at different spiked level sand the relative standard deviations ranged from 1.7% to 4.1%. The quantification limits of Cr(Ⅲ)and Cr(Ⅵ)were 0.12 μg/L and 0.18 μg/L respectively. The method was suited for determination of chromium species in rice wine. Shao xing rice wines of different kind and different age from different manufacturers were determinted using the established method,results showed that Cr(Ⅲ)was the main specie.

high performance liquid chromatography;carbon black amino column;inductively coupled plasma mass spectrometry;chromium species;rice wine

2015-01-23

宋偉華(1982-)，女,碩士研究生，工程師，從事食品工業(yè)品檢測工作,E-mail：zcswh@sx.ziq.gov.cn。

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究(分析測試)項目(2013C37095)。

TS207

A

1002-0306(2015)21-0303-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.054