基于離子色譜-電感耦合等離子體質譜法測定花椒中三價鉻和六價鉻

摘要：為分析花椒中三價鉻和六價鉻，采用離子色譜-電感耦合等離子體質譜法對其三價鉻和六價鉻進行測定，并進行方法學考察、含量測定和體外模擬胃酸條件下三價鉻和六價鉻的轉化。結果表明，該方法能在3 min內將三價鉻和六價鉻分離開，峰形好；方法線性關系好（標準曲線質量濃度為0.5～20 μg/mL，rgt;0.999），三價鉻和六價鉻的定量限分別為0.06 mg/kg和0.07 mg/kg。紅花椒、青花椒和藤椒中三價鉻和六價鉻加標回收率（加標量分別為0.2，0.5，1.0 mg/kg）為80%～100%，RSD均小于10%，由此說明該方法的適用性、準確性和精密度好。紅花椒、青花椒和藤椒中總鉻含量差異很大；30批次花椒中均未檢出六價鉻；花椒中的三價鉻占其總鉻含量的1%～10%。在37 ℃、pH 2～3鹽酸條件下（胃酸），隨著時間的增加，胃酸組和花椒組中六價鉻轉化率均明顯增加，在加入量相同、轉化時間相同的條件下，花椒組中六價鉻轉化率明顯高于胃酸組，說明花椒有利于六價鉻向三價鉻轉化。文章為花椒中鉻形態(tài)分析提供了理論基礎和方法支撐。

關鍵詞：花椒；三價鉻；六價鉻；離子色譜；電感耦合等離子體質譜

中圖分類號：TS201.2""""" 文獻標志碼：A"""" 文章編號：1000-9973（2024）12-0166-05

Determination of Trivalent Chromium and Hexavalent Chromium in

Zanthoxylum bungeanum by Ion Chromatography-Inductively

Coupled Plasma Mass Spectrometry

JIANG Zu-bin1， HUANG Tao-rui1， WANG Xin2， WANG Xiao-ping2*

（1.Sichuan Tourism University， Chengdu 610100， China; 2.Sichuan Institute of

Food Inspection， Chengdu 610097， China）

Abstract： In order to analyze the trivalent chromium and hexavalent chromium in Zanthoxylum bungeanum， ion chromatography-inductively coupled plasma mass spectrometry is used to determine their content. Methodological investigation， content determination and in vitro simulation of the conversion of trivalent chromium and hexavalent chromium under gastric acid conditions are conducted. The results show that the method can separate trivalent chromium and hexavalent chromium within 3 min， and the peak shape is good. The method has a good linear relationship （the mass concentration of standard curve is 0.5～20 μg/mL， rgt;0.999）. The quantification limits of trivalent chromium and hexavalent chromium are 0.06 mg/kg and 0.07 mg/kg respectively. The spiked recovery rates of trivalent chromium and hexavalent chromium in Zanthoxylum bungeanum， Zanthoxylum schinifolium and Zanthoxylum armatum （with spiked amount of 0.2， 0.5， 1.0 mg/kg respectively） are 80%～100%， and the RSDs are all less than 10%， which indicates that the applicability， accuracy and precision of the method are good. There is a great difference in total chromium content in Zanthoxylum bungeanum， Zanthoxylum schinifolium and Zanthoxylum armatum. Hexavalent" chromium is not detected in 30 batches of Zanthoxylum bungeanum. Trivalent chromium in

Zanthoxylum bungeanum accounts for 1%～10% of the total chromium content. Under the conditions of 37 ℃， pH 2～3 hydrochloric acid （gastric acid）， the conversion rates of hexavalent chromium in the gastric acid group and Zanthoxylum bungeanum group both significantly increase with the increase of time. With the same addition amount and the same conversion time， the conversion rate of hexavalent chromium in Zanthoxylum bungeanum group is significantly higher than that in the gastric acid group， indicating that Zanthoxylum bungeanum is conducive to the conversion of hexavalent chromium to trivalent chromium. This paper has provided a theoretical basis and methodological support for the analysis of chromium forms in Zanthoxylum bungeanum.

Key words： Zanthoxylum bungeanum; trivalent chromium; hexavalent chromium; ion chromatography; inductively coupled plasma mass spectrometry

收稿日期：2024-06-15

基金項目：四川省科技廳項目（2020YFH0157）

作者簡介：江祖彬（1966—），男，講師，研究方向：食品加工。

*通信作者：王小平（1990—），男，工程師，碩士，研究方向：食品檢驗。

鉻是一種過渡金屬，在環(huán)境中主要以三價鉻（Cr（Ⅲ））和六價鉻（Cr（Ⅵ））的形式存在。這兩種價態(tài)鉻對人體的毒性有顯著的差異，三價鉻主要以陽離子形式存在，對人體的胰島素調節(jié)和葡萄糖代謝至關重要，而六價鉻主要以陰離子形式存在，有毒，對人體有很強的致癌性［1-3］。隨著鉻工業(yè)的發(fā)展，大量含鉻廢水和廢棄物排入環(huán)境中，造成鉻污染，通過植物和牲畜蓄積，最終威脅人類健康［4-6］。

花椒具有獨特的香氣和麻味，被廣泛地應用于烹飪菜肴中，而且花椒具有散寒止痛、抗菌殺蟲、增加食欲等功效，是藥食兩用的食物［7-8］。由于環(huán)境遭到嚴重污染，因此花椒中重金屬引發(fā)大量關注，即出現(xiàn)了很多關于花椒中重金屬的研究報道，如曹葉霞等［9］采用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法對五臺山花椒中的鈣、鎂、鉀、鋅、錳、鉛、銅、鉻、鐵、鎘10種金屬元素進行了測定；李聯(lián)隊等［10］對花椒枝皮、葉、果皮和種子中Pb、Cd、As、Cu、Hg、Cr展開研究，發(fā)現(xiàn)花椒枝皮、葉、果皮和種子對6種重金屬的積累量有明顯差異，其中花椒葉對 Cr 蓄積很強；鄧波等［11］將四川某地花椒中金屬元素含量與GB/T 30391—2013進行對比，發(fā)現(xiàn)當?shù)鼗ń分械蔫F元素含量較高，鎘元素含量低于國家標準，鉛元素含量稍高于國家標準。有的重金屬對人體的傷害僅是其某一價態(tài)，如六價鉻，因此出現(xiàn)了很多六價鉻檢測方法的報道，分光光度法、電感耦合等離子體質譜法、原子吸收光譜法、離子色譜法和高相液相串聯(lián)電感耦合等離子體質譜法等方法被應用于六價鉻的檢測［12-14］，如Saraiva等［15］應用高相液相串聯(lián)電感耦合等離子體質譜法對生熟牛奶和牛肉中鉻形態(tài)展開研究，發(fā)現(xiàn)Cr（Ⅲ）～Cr（Ⅵ）在牛奶和牛肉樣品的熱加工過程中不發(fā)生變化；褚琳琳等［16］應用離子交換火焰原子吸收光譜法測定土壤中六價鉻的含量；張榕等［17］對采用紫外可見分光光度法直接測定高濃度六價鉻溶液的光程進行優(yōu)化，實現(xiàn)更寬線性濃度范圍、更高濃度溶液分析準確度和較短測定時間。關于六價鉻的檢測方法研究很多，但是還未查閱到針對花椒中六價鉻的報道，因此本研究基于離子色譜-電感耦合等離子體質譜法測定花椒中三價鉻和六價鉻，以期為花椒中鉻形態(tài)分析方法的建立和鉻形態(tài)分析提供基礎理論和方法支撐。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

紅花椒、青花椒、藤椒（均為干制品）：購于四川省農貿市場和超市；三價鉻和六價鉻標準溶液（濃度均為1 000 μg/mL）：壇墨質檢科技股份有限公司；鉻和鍺標準溶液（濃度均為1 000 μg/mL）：國家有色金屬及電子材料分析測試中心；乙二胺四乙酸二鈉、氨水（均為優(yōu)級純）：成都市科龍化工有限公司；50%氫氧化鈉、硝酸（均為優(yōu)級純）：賽默飛世爾科技公司。

iCAP Q電感耦合等離子體質譜儀、Dionex ICS-5000 DP離子色譜儀 賽默飛世爾科技公司；G3268-80001色譜柱（4.6 mm×30 mm） 廣東安捷倫新材料科技有限公司；ME204/02分析天平 瑞士梅特勒-托利多公司；DL-1電爐 北京中興偉業(yè)世紀儀器有限公司；SHJ-6AB磁力攪拌水浴鍋 常州金壇良友儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 總鉻的測定

按照 GB 5009.268—2016《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》第一法電感耦合等離子體質譜法對花椒中總鉻進行測定。

1.2.2 三價鉻和六價鉻的測定

花椒樣品經灰化和乙二胺四乙酸二鈉絡合后，采用陰離子色譜柱分離，分離后的目標化合物進入電感耦合等離子體質譜儀，質譜儀根據(jù)質荷比進行分離測定，以保留時間和質荷比（Cr 52）定性，外標法定量，完成三價鉻和六價鉻的測定［18-19］。

樣品提?。喝》鬯檫^100目篩后的樣品0.5 g于100 mL坩堝中，置于電爐上，以最大功率灼燒樣品約30 min。冷卻至室溫后加入10 mL 0.1 mol/L乙二胺四乙酸二鈉（用氫氧化鈉調節(jié)pH為11左右）溶液，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，在90 ℃溫度下不斷攪拌30 min，取出后冷卻至室溫，用水定容至50 mL容量瓶中，過水系微孔濾膜（0.45 μm），得待測液。

標準儲備溶液制備：準確量取1.0 mL三價鉻和六價鉻標準溶液于100 mL容量瓶中，加入20 mL 0.1 mol/L乙二胺四乙酸二鈉（pH為11左右）溶液，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，在90 ℃溫度下不斷攪拌30 min，取出后冷卻至室溫，用水定容至刻度，得均含10 μg/mL三價鉻和六價鉻的混合儲備液。

離子色譜儀條件：G3268-80001色譜柱（4.6 mm×30 mm）；等度洗脫；流動相：30 mmol/L、pH為7.0～7.2的硝酸銨溶液（硝酸和氨水混合）；流速：0.5 mL/min；進樣體積：25 μL。

ICP-MS 條件：采集元素：Cr；采集模式：He；射頻功率：1 550 W；提取透鏡 1：-5.0 V；提取透鏡 2：-250 V；輔助氣流量：0.9 L/min；霧化氣流量：0.8 L/min。

1.2.3 體外模擬胃酸條件下三價鉻和六價鉻轉化

胃酸組：在2 mL pH為2～3的鹽酸溶液中分別加入等量三價鉻和六價鉻（0.2，0.5，1.0 μg），將其放置于37 ℃水浴鍋中，一段時間（10，30，60，120 min）后，取出加入20 mL 0.1 mol/L乙二胺四乙酸二鈉（pH為11左右）溶液，置于磁力攪拌恒溫水浴鍋中，在 90 ℃溫度下不斷攪拌30 min，取出后冷卻至室溫，用水定容至50 mL，待測。

花椒組：稱取0.5 g花椒置于50 mL三角瓶中，加入2 mL pH為2～3的鹽酸溶液，再加入等量的三價鉻和六價鉻（0.2，0.5，1.0 μg），將其置于37 ℃水浴鍋中一段時間（10，30，60，120 min）后，按照1.2.2中方法對花椒組中三價鉻和六價鉻進行測定［20］。

2 結果與分析

2.1 方法標準曲線、檢出限、定量限和精密度

用水將三價鉻和六價鉻混合儲備液稀釋至10 μg/L標準溶液，采用本方法進行測定，色譜圖見圖1。

由圖1可知，三價鉻和六價鉻在3 min內實現(xiàn)良好分離，且峰形好，三價鉻和六價鉻的峰面積大小一致，說明采用本方法測定溶液中的三價鉻和六價鉻，兩者沒有相互轉化或損失，即本方法能夠準確測定溶液中的三價鉻和六價鉻。

由表1可知，以峰面積（y）為縱坐標、標準溶液質量濃度（x）為橫坐標制作標準曲線，得到回歸方程和相關系數(shù)。在 0.5～20 μg/L 范圍內，三價鉻和六價鉻的r均＞0.999，說明方法的線性回歸方程相關性好。將0.5 g取樣量定容至50 mL，三價鉻和六價鉻的檢出限均為0.02 mg/kg， 定量限分別為0.06 mg/kg和0.07 mg/kg。

2.2 方法加標實驗

0.5 mg/kg三價鉻和0.5 mg/kg六價鉻在花椒中的加標色譜圖見圖2。

由圖2可知，三價鉻和六價鉻的峰面積大小基本一致，說明采用該方法測定花椒中的三價鉻和六價鉻不會造成三價鉻和六價鉻相互轉化。為考察方法的適用性，在常食用的紅花椒、青花椒和藤椒中進行三水平（0.2，0.5，1.0 mg/kg）六平行加標實驗，加標回收實驗結果見表2。六價鉻在紅花椒、青花椒和藤椒中加標水平分別為0.2，0.5，1.0 mg/kg，其加標回收率均大于90%，且RSD均小于10%，說明該方法測定花椒中六價鉻的適用性、準確性和精密度都很好；三價鉻在紅花椒、青花椒和藤椒中加標水平分別為0.5，1.0 mg/kg，其加標回收率為90.6%～99.2%，RSD均小于10%；0.2 mg/kg三價鉻在紅花椒、青花椒和藤椒中的加標回收率為80.5%～82.5%，其加標回收率低，但滿足GB/T 27404—2008 《實驗室質量控制規(guī)范 食品理化檢測》，且RSD均小于10%。因此，該方法同時測定花椒中三價鉻和六價鉻的適用性、準確性和精密度都能夠滿足測定要求。

2.3 花椒中三價鉻和六價鉻的測定

為調查目前花椒中鉻污染情況，本文在市場上隨機選取了10批紅花椒、10批青花椒、10批藤椒，對其總鉻、三價鉻和六價鉻進行測定分析。由表3可知花椒中三價鉻、六價鉻和總鉻測定結果，紅花椒、青花椒、藤椒中總鉻含量差異很大，紅花椒中總鉻最高可達1.442 mg/kg，最低僅為0.033 mg/kg，相差約43倍，由此可知，花椒中總鉻含量與花椒品種關系不大，而與其種植環(huán)境息息相關；30批花椒中三價鉻測得量都很低，最高為青花椒1，含量僅為0.184 mg/kg，三價鉻占總鉻的百分比為1%～10%；本文所選的紅花椒、青花椒和藤椒中均未檢出六價鉻，即花椒中鉻對人體危害較小，由此可推測目前花椒中鉻污染未對人體健康構成威脅，但也要對其進行持續(xù)關注。

2.4 體外模擬胃酸條件下三價鉻和六價鉻轉化

據(jù)文獻報道，在酸性條件下，六價鉻會轉化成三價鉻［21-22］，人體胃酸為pH 2～3的鹽酸，為此本文在體外模擬胃酸環(huán)境（胃酸組）和胃酸+花椒環(huán)境（花椒組），其中轉化溫度為37 ℃，對三價鉻和六價鉻的轉化進行研究。由表4可知，在pH 2～3的鹽酸條件下，部分六價鉻轉化成三價鉻，與文獻報道一致，隨著時間增加，無論是胃酸組還是花椒組，六價鉻的轉化率明顯增加，相同加入量、相同轉化時間下，花椒組中的六價鉻轉化率明顯高于胃酸組，即花椒有利于六價鉻向三價鉻轉化，這可能是由于花椒具有一定的還原力［23-24］，促進了六價鉻的轉化，因此食用花椒可以降低六價鉻中毒風險。

3 結論

基于離子色譜-電感耦合等離子體質譜法對花椒中三價鉻和六價鉻進行測定，3 min內完成分離，峰形好，三價鉻和六價鉻的檢出限均為0.02 mg/kg。對方法進行加標回收考察，紅花椒、青花椒和藤椒中加標回收率為80%～100%（0.2，0.5，1.0 mg/kg加標量），且加標回收率相對標準偏差RSD均＜10%，滿足GB/T 27404—2008《實驗室質量控制規(guī)范 食品理化檢測》中對加標回收率的要求；花椒（紅花椒、青花椒和藤椒）中總鉻含量差異很大，三價鉻占總鉻的百分比為1%～10%，所測30批花椒中均未檢出六價鉻。在胃酸體系下（pH 2～3的鹽酸，37 ℃），六價鉻向三價鉻轉化，且隨著轉化時間的增加，轉化率逐漸升高，說明花椒有利于六價鉻轉化，即相同加入量、相同轉化時間下，花椒組中的六價鉻轉化率明顯高于胃酸組。

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