RPIP—HPLC—ICP—MS測定飲用水中鉻形態

祝銀+劉琴+楊承虎+王范盛+李子孟+宋凱

摘要 本文建立一種改進的高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法測定淡水中鉻形態的方法。通過樣品加標回收驗證本方法的準確度，本方法Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的回收率均在93%～115%之間。通過制備7個濃度水平確定得到鉻元素的校準曲線范圍，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的相關系數接近1（r=0.999 9），Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的LOD分別為0.094、0.100 μg/L，Cr（Ⅲ）的LOQ為0.28 μg/L，Cr（Ⅵ）為0.30 μg/L。綜上所述，方法的定量限、重現性和準確度滿足淡水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的定量分析，可以有效應用于其預期的使用。

關鍵詞 形態分析；鉻形態；飲用水；高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜法

中圖分類號 O657.7+2；O657.63 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2018）01-0174-02

Determination of Chromium Speciation in Drinking Water by RPIP-HPLC-ICP-MS

ZHU Yin 1，2 LIU Qin 1，2 YANG Cheng-hu 1，2 WANG Fan-sheng 1，2 LI Zi-meng 1，2 SONG Kai 1，2

（1 Marine Fisheries Research Institute of Zhejiang Province，Zhoushan Zhejiang 316021； 2 Key Lab of Sustainable Utilization of Technology Research for Fishery Resource of Zhejiang Province）

Abstract The approach presented in this paper refered to the modification of a method for the detection and quantitative determination of chromium species in water by high-performance liquid chromatography inductively coupled plasma mass spectrometry. The accuracy of the method was verified by sample adding recovery estimation. The recovery rates of both determined analytes were between 93% and 115%.Calibration curve was obtained by preparing seven concentration levels of each chromium species. In both cases，the correlation coefficient was close to 1（r=0.999 9）for Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）. Using the HPLC-ICP-MS method，LOD was 0.094 μg/L and 0.100 μg/L for Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ），respectively. According to the modified blank determination method，LOQ for Cr（Ⅲ）was 0.28 μg/L and for Cr（Ⅵ）was 0.30 μg/L.As a result of the method validation experiment，the obtained limit of quantification，repeatability and intermediate precision were satisfied for the quantification of Cr（Ⅲ）and Cr（Ⅵ）in water matrices. The method can be applied effectively for its intended use.

Key words speciation analysis；chromium speciation；drinking water；HPLC-ICP-MS

鉻是硬度最大的金屬元素，化學符號Cr，廣泛分布于環境中，并且在工業中有許多應用，例如電鍍與鋼鐵業[1]。在鉻的幾種存在形式中，Cr（Ⅲ）是人體必需的營養物質，但Cr（Ⅵ）是劇毒，具強氧化性，并且極易滲透生物膜[2]。目前，歐盟飲用水中允許的總鉻含量是50 μg/L。國內現行地表水的Cr（Ⅵ）根據不同的水域對應不同限量值，Ⅴ類水質限量為100 μg/L，Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類水質限量均為50 μg/L，Ⅰ類限量為10 μg/L。

高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜技術（HPLC-ICP-MS）是測定水樣中鉻元素形態的良好分析手段。ICP-MS作為最靈敏的檢測器之一，具有元素特異性、寬線性動態范圍和極低檢測限等優點[3]。ICP-MS的動態反應池技術（DRC）極大地降低了40Ar12C+和35Cl16OH+的光譜干擾，從而提高了鉻元素分析的靈敏度[4]。鉻形態分析的色譜方法可能包括離子色譜（IC），離子對反相色譜（RPIPC）。RPIP-HPLC是廣泛使用的一種簡單、靈活、靈敏的分離鉻化合物的方法。盡管在這一領域擁有大量文獻，但尚未建立充分有效的方法，尤其是關于形態分析的可追溯性和不確定度測量的論證。本研究的目的是使用RPIP-HPLC-ICP-MS測定飲用水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），并對分析程序進行詳細的驗證。

1 材料與方法

1.1 儀器設備

ICP-MS：7900a型（USA，Agilent）；HPLC：1220型（USA，Agilent）。色譜柱：Perkin Elmer C8（3.3 mm，3 μm）；柱溫25 ℃；進樣體積50 μL；流速1.2 mL/min；流動相0.8 mmol/L TBAH，0.6 mmol/L EDTA，pH=6.9；洗脫程序為等度洗脫；總進樣時間3 min。質譜條件RF 功率1 050 W；采樣深度7.8 mm；冷卻氣流量（Ar）13 L/min；等離子體氣流量（Ar）15 L/min；霧化氣流量（Ar）0.88 L/min；輔助氣流量（Ar）1.2 L/min；樣品提升速率0.8 mL/min；采集時間750 s；積分時間1 s；監測質量數（m/z+）為52Cr+；采樣錐和截取錐為Ni。

1.2 試劑材料

Cr（Ⅵ）標準儲備溶液1 000 mg/L，NSI；Cr（Ⅲ）標準儲備溶液1 000 mg/L，NSI；四丁基氫氧化銨（TBAH，美國Sigma-Aldrich 公司）；乙二胺四乙酸（EDTA），分析純；硝酸，優級純；甲醇，優級純。

1.3 樣品處理

樣品收集在100 mL聚乙烯瓶中，并立即凍結，在分析前除霜。樣品經0.2 μm再生纖維素濾膜過濾。樣品與流動相按體積比3∶1稀釋，保存在玻璃瓶中，室溫下1 h左右，形成（CrEDTA）-復合物。

2 結果與分析

2.1 線性范圍

用10 μg/L的標準溶液配置工作曲線（n=7），確定Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的保留時間。通過分析極端濃度分析物的方差，確定工作曲線范圍，并根據文獻計算F值[5]。在本研究中，F值估計鉻元素校準曲線的濃度限值為0.3、10.0 μg/L?？梢缘贸鼋Y論，計算結果的方差在統計學上無顯著差異。因此，校準曲線的選擇是正確的。制備7個濃度水平（0.3、1.0、2.0、3.0、5.0、7.5、10.0 μg/L）的點分別得到鉻元素的校準曲線，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的相關系數接近1（r=0.999 9）。Cr（Ⅵ）的靈敏度高于Cr（Ⅲ）。

2.2 檢出限和定量限

檢出限（LOD）定義為可以可靠測量的最低濃度。這個值是由空白樣品-空白測定方法信號的標準偏差的3倍計算出來的[6-8]。在本研究中，使用了以下3種方法測定LOD：①改進的空白測定方法?；趯啥糠治龅目瞻讟颖镜臏y定：LOD=3 S。其中S表示鉻元素濃度為的0.5 μg/L時10個獨立測量值的標準偏差（n=3）[5，9]。②圖解法?；?個標準溶液的標準偏差得到，根據公式LOD=3 S0（S0表示截距）計算Cr（Ⅲ）和Cr（VI）（n=6）濃度為0.3、0.4、0.5 μg/L時的標準偏差。③線性回歸方法?；谛盘柕臉藴势詈托是€的斜率（標準偏差/斜率比）計算：LOD=3.3 S/b。其中，S表示表示信號的標準偏差（根據校準曲線估計），b為校準曲線的斜率[5，10]。定量限（LOQ）是分析物定量測定的最低濃度，可用精度和準確度的可接受水平確定。在本研究中，計算為3倍LOD。采用HPLC-ICP-MS法，根據改進的空白測定方法Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的LOD分別為0.094、0.100 μg/L[Cr（Ⅲ）的LOQ為0.28 μg/L，Cr（Ⅵ）為0.30 μg/L]。因為在m/z+為52時，鉻元素的LOD值為背景標準偏差的3倍（表1）。因此，得到的結果易于與其他比較。

2.3 精密度

精密度在重現性和中間精密度條件下確定，并通過分析加入了2 μg/L鉻元素標準溶液的飲用水進行評估。重現性和中間精密度表示為變異系數（CV）。同一操作者在短時間內使用相同的方法和設備測定重現性，在同一天重復測量上述水樣10次。對于Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），得到的結果分別為1.5%和1.6%。所得結果對應于先前提出的值。

同一操作者在較長時間內用相同方法獲得的結果評估中間精密度，連續3 d從相同的加標飲用水樣品中進行測定。得到變異系數Cr（Ⅲ）為3.4%、Cr（Ⅵ）為3.5%，表明中間精密度良好。

2.4 準確度

評價方法準確度最常用的方式是使用特定標準物質。本研究中，因為缺少適用于鉻形態分析的標準物質[13，18-19]，方法通過確定每個分析物的回收率來驗證優化分析過程的效率。將2種鉻元素添加到濃度為2.0 μg/L的4種不同水體基質中，在飲用水加標溶液中進行的回收率結果見表2?？梢钥闯?，提出的方法可以檢測水中存在的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），并且低于WHO提出的水中總鉻含量。采集的樣品中檢測出鉻元素的回收率在93%～115%之間。結果表明，Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的回收率在±10%之內。加標樣品回收率在加標值±25%以內，則認為可接受。該標準由美國EPA方法6020A推薦用于ICP-MS的元素分析，并在本研究中得到確認。

3 結論

目前，鉻的形態分析主要是在環境樣品中進行。HPLC-ICP-MS法使飲用水中Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的檢測和量化快速、準確。采用改良的空白測定法測定LOD，并將所得結果與其他研究人員所得的值進行比較。在大部分鉻形態研究文獻中，LOD通常用最簡單的方法計算，即背景的3倍標準偏差。每個元素的回歸系數為0.999 9，從而證明了該方法的線性和重現性。對加標樣品的定量分析表明，2種鉻元素的回收率在93%～115%之間。

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