HPLC-iCAP Q ICP-MS联用分析玩具样品中Cr （ III ） 和Cr （ VI ） 形态

2 3 自然界中铬主要以Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的形式存在，其中Cr(Ⅲ)是人体必需的微量元素，参与人体内糖与脂肪的代谢，而Cr(ⅥI)则是有害元素，能使人体血液中某些蛋白质沉淀，引起贫血、肾炎、神经炎等疾病，长期接触Cr(ⅥI)将致癌并诱发基因突变。 2009年7月欧盟实施玩具安全新指令2009/48/EC，指令整体设置两年过渡期，于2011年7月生效。其中化学安全性能过渡期定位四年，于2013年7月20日生效。该指令被业界称为最严苛的玩具安全技术法规，它根据材料类别的不同设定不同的限量要求，共分：干燥、易碎、粉状或易弯曲的玩具材料(一类)；液态或粘性材料(二类)；可刮去玩具材料(三类)。而且分别对相应迁移元素的形态分析作出明确要求，其中对于玩具中迁移元素铬的限制，旧指令只要求限制总铬，并不分价态，新指令要求对Cr(Ⅲ)和Cr(ⅥI)分别进行限制，其中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)限量在各类样品中的要求分别如下：一类样品(37.5、0.02mg/kg)；二类样品(9.4、0.005mg/kg)；三类样品(460、0.02mg/kg)。 为适应新指令的要求，建立快速、准确、可靠的铬形态分析方法已成为玩具检测行业重点研究的方向之一。欧盟玩具新指令prEN71-3"]中建议采用LC-ICP-MS法进行玩具样品中铬形态分析，该方法中以含1mMTBAH和0.6mMEDTA(钾盐)的2%甲醇溶液作为流动相(pH7.1)，用C8柱进行分离，然后结吉ICP-MS方法实现指令中对铬形态限量的检测要求。本文在本公司前期实验分析铬形态12.3基础上，建立了准确可靠的HPLC-ICP-MS分析玩具中Cr形态的方法， Cr(ⅥI)的检出限(S/N>3) 可达0.010pg/L。 四丁基氢氧化铵(10%水溶液)(TBAH)(分析纯，国药集团化学试剂有限公司) 。氨水 (Optimal Grade， Fisher Scientific) ●甲醇(Optimal Grade， Fisher Scientific) ·Cr (Ⅲ)1000mg/L (Inorganic Venture)， Cr(Ⅵ) 1000mg/L(国家计量标准物质中心) ( ● 高纯硝酸和浓盐酸 ( Trace Metal Grade，F i sher Scientific) ) Tuning Solution调谐液，采用1%HNO稀释，制成1 pg/L调谐溶液(含Li、Be、Co、In、U、Ce等) 仪器配置 采用Thermo Scientific Dionex UltiMate 3000液相色谱分离，以Thermo Scientific iCAP Qc ICP-MS作为高灵敏度元素检测器，检测从HPLC洗脱的Cr形态。iCAP Q具有专利Flatapole碰撞反应池QCell，本实验使用单氦气作为动能歧视效应(KED)的碰撞气体，选择性地有效抑制了ArC*对2Cr*的干扰，同时能保持相联设备(HPLC-ICP-MS)的高灵敏度。实验中直接将柱子出口与雾化器相联完成仪器之间的联用。同时用通讯电缆连接到iCAP QICP-MS的I/O面板，建立双向触发。使用Thermo ScientificQtegra控制软件的tQuant功能实现全部定量分析(峰面积积分、浓度、校准曲线拟合等)。 参考欧盟prEN71-3推荐的方法，用50倍样品重量的0.07 mol/L的盐酸溶液浸泡，避光，将此溶液至于37±2℃水浴中震荡1小时，然后再在水浴中继续静置1小时，然后立即将浸泡液从固体中过滤出来，如有需要可再采用离心法分离。最后立即将提取液用氨水调pH至7.1左右。检测前用流动相稀释10倍混匀后， 水浴50℃加热3小时，使流动相中的EDTA(2Na)络合Cr(Ⅲ)。 分别取1000 mg/L 的Cr (Ⅲ) 和Cr(Ⅵ)配置成1mg/L标准储备溶液，其中Cr(Ⅲ)中加入0.76mg/mLEDTA(2Na)，调节pH至7.1，然后将此Cr(Ⅲ)标准溶液放在50℃水浴中加热3小时。测定时用流动相逐级稀释1mg/L标准储备溶液配置成0.01、0.05、0.1、0.5、1.0pg/L混合标准溶液，作校准溶液，以流动相作为空白。 iCAP Q ICP-MS调谐 为消除4ArC*对2Cr*的干扰，采用单氦气作为动能歧视效应(KED)的碰撞气体，其中KED电压和CCT气体流量的变化对52Cr的灵敏度影响较大。以1 pg/L铬标准溶液和流动相溶液直接通过蠕动泵泵入雾化器，来观察Cr的信号强度与流动相背景比值。分别调KED电压和CCT气体流量，使灵敏度与背景比值最大。如图1所示，最终选择CCT气体流量为4.0mL/min， KED电压值(CCT 图1KED电压和CCT气体流量对2Cr灵敏度的影响 表1.iCAP Q运行参数 仪器参数 设置值 仪器参数 设置值 RF功率(W) 1550 Q Cell 气体 (mL/min) 4.5(He) 冷却气(L/min) 14 KED 电压(v) 4 辅助气(L/min) 0.8 驻留时间(ms) 200 雾化气(L/min) 1.1 分析质量数 52Cr 表2. UltiMate 3000运行参数 柱子 Thermo Scientific Sycronis C18(4.6*150mm) 洗脱 等度 流动相 0.6mmol EDTA ( 2Na )； 20mmol乙酸铵；0.75mL四丁基氢氧化铵10%水溶液；2%甲醇定容至1000mL；用氨水调pH=7.1左右 流速 1.2mL/min 进样体积 200pL 持续时间 450s 流动相试剂纯度的影响 考察了流动相中用到的试剂纯度对背景强度的影响。ICP-MS调谐完毕后，直接从雾化器自吸入去离子水，检测2Cr信号值；然后依次加入乙二胺四乙酸二钠和乙酸铵、TBAH、氨水(调节pH值)、甲醇后分别测52Cr背景信号；最后通过系统及色谱柱后，测试流动相52Cr背景信号。最终发现流动相中所用试剂纯度能满足本方法的要求，主要背景信号来自色谱柱，因此需要选择背景较低的柱子进行测试。 四丁基氢氧化铵10%水溶液 (TBAH)加入量 考察了TBAH加入量对色谱分离的影响，如图2所示流动相中分别加入TBAH 0.5mL、0.75mL和1.0mL进行对比，发现随着TBAH加入量的减少，能缩短出峰时间，但是同时将提高背景，且峰形变宽。最终选择参数如表2所示。 图2TBAH加入量对色谱分离的影响 (上：0.5mL；中：0.75mL，.，下：1.0mL) 流动相pH值影响 随着pH的逐级增大， Cr (Ⅲ) 和Cr(Ⅵ)的分离度变差，最终选择调节流动相pH为7.1。 图3流动相pH值的影响 随着流速的增大出峰时间提前，综合考核分离效果和分离时间，最终选择流速为1.2mL/min。 图4流动相流速的影响 (上：1.0mL/min； 中： 1.2mL/min；下：1.5mL/min) 色谱分离图 如图5所示为校准溶液及玩具样品的铬形态色谱分离图，其分离效果较好，出峰总时间约为420s. 图5校准溶液及玩具样品Cr(Ⅲ)、Cr(ⅥI)色谱分离图 校准曲线 图6 Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的校准曲线 Cr (Ⅲ)、Cr (VI) 的检出限 采用逐级稀释的方法得到0.01 pg/L标准溶液，如图7所示为 0.01pg/L标准溶液色谱图，在Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)出峰位置仍可看到明显的峰，以此浓度作为检出限。 图7.0.01pg/L标准溶液色谱图 重复性 分别对标液及样品重复测试三次，均能得到较好的重复性。以其中测试样品为例，如图8所示，给出了三次测试的色谱重叠图及其积分值。 图8样品三次测试色谱重叠图及积分值 采用以上优化条件对1-7#玩具样品进行分析，表3为七组样品的Cr(Ⅲ)和Cr(ⅥI)测试结果。 回收率 对上述样品进行加标回收率计算， Cr(ⅥI)的回收率结果为80%~99%，能满足实验室玩具检测的要求。 结论 根据欧盟玩具安全新指令2009/48/EC中对铬形态测试的要求，其Cr(Ⅲ)和Cr(ⅥI)的最低限量分别为9.4、0.005mg/kg， 而本文所建立的HPLC-ICP-MS方法，其Cr形态分离效果好，检出限能满足法规的限量要求，是一种有效可行的玩具中Cr形态分析方法。 ( 1. prEN 7 1- 3 rev D RAFT. S a fety of toys-Part3：Migration of certain elements. ) ( 2.新的欧盟玩具标准中的铬形态分析的HPLC-ICP-MS分析方法研究. ) 3. Speciation analysis of Cr(Il) and Cr(VI) in drinkingwaters using anion exchange chromatographycoupled to the Thermo Scientific iCAP QICP-MS.Thermo Scientific Application Note： 43098. 表3样品中Cr(Ⅲ)和Cr(VI)形态测试结果 样品名称 形态 Cr (Ⅲ) Cr (VI) 1# 结果(pg/L) 0.37 0.077 RSD (%) 0.5 3.3 2# 结果(pg/L) 0.193 0.039 RSD (%) 1.8 2.9 3# 结果(pg/L) 0.398 0.084 RSD (%) 2.5 1.8 4# 结果(pg/L) 0.251 0.099 RSD (%) 2.1 1.5 5# 结果(pg/L) 0.128 0.045 RSD (%) 4.1 2.1 6# 结果(pg/L) 0.224 0.097 RSD (%) 2.6 3.7 7# 结果(pg/L) ND ND RSD(%) / / thermoscientific.com ( C 2013 T h e rmo Fishe r Scie n tific Inc . Al l ri g hts reserved. All trademarks are the pro p erty of Thermo Fisher Scientific Inc. a nd i ts s ubsidiaries. Specifications， terms a nd p r icin g are subject to change. Not all products are available in all countries. Please consult your l ocal s ales r epresentative for d e tails. ) 北京 免费服务热线： 上海浦东新金桥路27号6号楼 北京东城区安定门东大街28号 8008105118 邮编：201206 雍和大厦西楼F座7层702-715室 4006505118 电话：021-68654588 邮编：100007 传真：021-64457830 电话：010-84193588 传真：010-88370548 ThermoFisherS CIENTIFIC Thermo Fisher Scientific，San Jose， CA USA is ISO Certified.上海SCIENTIFIC