炭黑氨基柱净化-HPLC-ICP-MS测定黄酒中铬价态及含量

宋伟华，董文洪，胡贝贞，林环宇

(绍兴出入境检验检疫局综合技术服务中心,浙江绍兴 312000)

炭黑氨基柱净化-HPLC-ICP-MS测定黄酒中铬价态及含量

宋伟华，董文洪，胡贝贞，林环宇

(绍兴出入境检验检疫局综合技术服务中心,浙江绍兴 312000)

建立了一种测定黄酒中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱分析方法。黄酒经炭黑氨基柱净化,超纯水洗脱,色谱条件为:Dionex AS11-HC阴离子预柱(4 mm×50 mm×9 μm);以60 mmol/L(pH9.0)硝酸铵作为流动相,流量为1.5 mL/min;以电感耦合等离子体质谱进行定性和定量分析。结果表明:在0～20 μg/L范围内Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)线性良好,相关系数R2均在0.998以上;添加回收率在81.2%～94.8%之间,相对标准偏差为1.7%～4.1%;定量限分别为0.12 μg/L和0.18 μg/L。本方法简单快速,适用于黄酒中铬形态残留的分析检测,并利用该方法对不同年份、不同企业及不同类型的黄酒进行了检测,发现绍兴地区的黄酒中的铬主要以Cr(Ⅲ)形态存在。

高效液相色谱,炭黑氨基柱净化,电感耦合等离子体质谱,铬形态,黄酒

据统计,我国约有十分之一的耕地被重金属污染,形势非常严峻[1]。因此,对环境、食品以及水资源中的重金属含量进行监测至关重要的。本实验通过日常检测发现黄酒中总铬的含量在9.2～31.7 μg/L。环境中的铬主要以两种价态形式存在,维持人体生命的必需元素Cr(III)和具有高毒、强致癌性的Cr(VI)[2]。因此,对于铬的检测不能局限于总量，更要考虑其各价态的含量。当前,对于水质、食品、化妆品、尿液等中铬的形态研究也有较多的报道[3-9]。但对于黄酒中铬元素的检测也仅限于总量[10]而未见于形态分析。为了有效地评价黄酒中铬存在的形态,实验室建立了炭黑氨基柱净化-HPLC-ICP-MS测定黄酒中铬形态及含量的方法,并利用此方法对绍兴地区不同企业、不同年份及不同类别的黄酒进行了铬形态及含量的测定。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)标准品溶液 中国计量研究院;乙二胺四乙酸二氢二钾二水合物 梯爱希化成工业有限公司;分析纯氨水 江苏强盛功能化学有限公司;UP级(71%)硝酸 苏州晶瑞化学有限公司;色谱纯甲醇 美国天地试剂公司。AG11-HC阴离子预柱(4 mm×50 mm×9 μm) 赛默飞世尔公司;炭黑氨基柱(500 mg/6 mL) 杭州福裕科技有限公司。

电感耦合等离子体质谱Aurora M90 美国布鲁克公司;超纯水仪Millli. Q Element A10 法国Millipore公司;高效液相色谱仪1260 安捷伦科技;多功能纯化器 美国加州仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 实验材料的准备 实验用水由Milli.Q Element A10 超纯水仪制得,用于配制实验所用的标准溶液与样品溶液。硝酸与氨水分别由多功能纯化器纯化后再使用。炭黑氨基柱使用前用5 mL(50%甲醇水溶液)活化,再用25 mL超纯水清洗。

60 mmol的硝酸铵:取3.95 mL纯化后的硝酸,定容到1000 mL,用纯化后的氨水调pH到9.0。

1.2.2 样品的前处理 移取黄酒样品1.0 mL,加入已活化好的炭黑氨基柱中,然后以9.0 mL超纯水进行洗脱,收集15 mL于塑料离心管中,定容到10.0 mL。取收集液0.5 mL置于1.5mL的进样瓶中,加入10 mmol EDTA溶液0.5 mL,于65 ℃水浴中反应45 min后冷却至室温后立即测定铬形态。

1.3 检测条件

高效液相色谱条件 色谱柱:AG11-HC阴离子预柱(4 mm×50 mm×9 μm);流动相为60 mmol/L硝酸铵(pH9.0);流速1.5 mL/min;柱温为20 ℃;进样量:50 μL。

电感耦合等离子体质谱条件 射频功率1400 W;等离子气体流速18 L/min;辅助气流速1.8 L/min;鞘气流速0.2 L/min;雾化器流速1.0 L/min,驻留时间80000 μs;碰撞气125 mL/min氦气。

2 结果与分析

根据日常检测工作及参考文献[12-13]知道,在黄酒中含有较高浓度的无机盐,尤其是钙离子含量在0.05～0.4 g/L范围内。因此,配制EDTA钾盐的溶液浓度为10 mmol/L,调pH7.0。标准溶液、样品均用10 mmol/L的EDTA钾盐1∶1稳定,以利于铬形态的稳定和色谱分离。

2.1 前处理方法的选择

2.1.1 前处理方法的选择 本实验比较了不同前处理的方法,如:直接进样、固相萃取柱净化等。结果表明,直接进样方便,但由于黄酒中含有丰富的糖、氨基酸、色素等营养成分,容易影响离子色谱的分离性能和使用寿命,且检测再现性差,设备污染严重。最终选取了炭黑氨基柱净化后洗脱稀释进样的方式进行处理,效果较佳。

2.1.2 前处理方法的优化 黄酒中富含氨基酸,蛋白质、糖、色素等多种有机物,对Cr在色谱柱上的形态分离会有干扰,同时高含量的氨基酸、蛋白质等有机物也容易对离子色谱柱造成损伤,因此有必要在样品进色谱柱前进行净化处理。考虑到样品的基质特性,选取对氨基酸、蛋白质及色素有比较好吸附能力的炭黑氨基萃取小柱作为净化柱[14]。通过对活化后的炭黑氨基柱的空白洗脱液测试发现,里面有一定量的残留Cr(Ⅲ),我们采用25 mL超纯水洗脱后,能使残留在净化柱中的Cr(Ⅲ)小于仪器检出限。

考察了不同洗脱液的洗脱效果:1.0 mL空白溶液(含20 μg/L的Cr混标和15%的乙醇)过净化柱后,分别用9.0 mL纯水、5%的甲醇、10%甲醇洗脱,测定并计算回收率,结果如表2所示。由表2可见,铬对洗脱溶剂中是否含有甲醇不敏感,所有条件下回收率都大于95%。因而,采用超纯水作为洗脱液。

表1 过柱后的各个形态物质的加标回收率(%)

2.2 仪器条件的选择

2.2.1 ICP-MS部分 联机前使用布鲁克.道尔顿公司提供的调谐液(Be、Mg、Co、In、Ba、Ce、TL、Pb、Th浓度 1 μg/L)对ICP-MS进行自动调谐校正,使仪器灵敏度和质量数准确度在最佳状态。由于样品及流动相中都会有其他元素引入并在等离子体中形成多原子离子如ArC+和ClOH+对Cr52的检测造成干扰。因此需要利用仪器具备的锥面碰撞技术导入碰撞气以消除。采用仪器制造商推荐的He作为碰撞气,优化流量为125 mL/mim。

2.2.2 液相色谱部分 因Cr(Ⅲ)和Cr(VI)在有氧化或还原物条件下形态间易互相转化,所有器皿的清洗与试剂的配制均采用超纯水。液相色谱的不锈钢(Cr含量>13%)也会带入本底污染,本实验中将液相部件间的连接不锈钢管路及定量环换成PEEK管,再用磷酸清洗,硝酸溶液(v∶v,1∶1)对液相色谱中剩余的不锈钢泵体及切换阀进行钝化处理,再用超纯水清洗至流出液pH为中性,并选择PEEK管装的离子色谱柱来分析样品。以60 mmoL的硝酸铵溶液(pH9.0)为流动相,流速为1.5 mL/min,进样量为50 μL为液相分析条件,比较发现戴安的离子色谱柱对于Cr的分离优于汉密尔顿的柱子。汉密尔顿的色谱柱也能对Cr的两种形态进行分离,但分析时间过长,整个分离过程将近10 min。而戴安的柱子可以在3 min内完成分析与冲洗,并有较好的分离效果,0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)标样色谱图见图1。因而采用戴安AG11-HC阴离子预柱(4 mm×50 mm×9 μm)来作为样品分离的色谱柱。

图1 0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)标样色谱图Fig.1 Chromatogram of a mixture of Cr(Ⅲ)and Cr(VI)standards

2.3 线性关系、测定低限、添加回收率及精密度

2.3.1 线性关系及测定低限 0～20.0 μg/L范围内配制浓度为0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、10、20 μg/L的2种铬形态的混合标准溶液,并分别以v∶v(1∶1)与10 mmol/L EDTA钾盐溶液混合,在50 ℃水浴中反应1 h,使Cr(Ⅲ)生成稳定的Cr(Ⅲ)-EDTA配合物,冷却后上机检测。回归出铬形态的标准曲线(见表3),Y为响应值,X为测试浓度(μg/L),在0～20.0 g/L范围内,2种铬形态标准曲线线性良好,相关系数均大于0.998。将0.5 μg/L的混标溶液逐级稀释,以3倍信噪比为检出限,10倍信噪比为定量限,实验数据见表3。

表2 Cr价态线性关系及检出限

2.3.2 添加回收及精密度 在实验室内按照1.2条件对添加标准溶液黄酒样品进行测定,验证方法的准确性和添加回收率。三个浓度下回收率在81.2%～94.8%,精密度1.7%～4.1%,检测结果见表4。

2.4 方法的验证

联系三家不同的实验室对加标2.5、5.0、10.0 μg/L含有基质的样品,按照方法对回收率和稳定性进行了验证,验证情况如表5。各实验室回收率在81.6%～89.2%,精密度0.8%～4.8%。

表3 黄酒样品添加结果及精密度数据

表4 方法验证数据

2.5 实际样品的检测

选取铬总量含量较高的酒按照2.2条件对绍兴地区不同厂家的年份酒样中的铬形态及含量进行了测定并确定了各形态的含量,数据如表6所示,并以产品种类较丰富的A厂家为列,做了不同类型黄酒中铬形态分析测定,结果如表7所示。

由表6、表7中数据发现:黄酒中的铬以Cr(Ⅲ)的形态存在,只有味淋酒中检测出少量的Cr(Ⅵ)。分析原因,可能是黄酒中在发酵过程中普遍会产生少量乙酸等酸性物质,导致黄酒的pH在3～4左右,同时黄酒中含有总酚、氨基酸等抗氧化物,容易使Cr(Ⅵ)转化成Cr(Ⅲ)。为了验证这个转化过程,将10 μg/L Cr(Ⅵ)黄酒加标样品两天前后Cr(Ⅵ)检测结果的对比,如图2所示,由图可见,2 d后,Cr(Ⅵ)的峰消失了,在Cr(Ⅲ)的位置出现了峰,由此推测,Cr(Ⅵ)在酸性黄酒中不稳定,易向Cr(Ⅲ)转化。而味淋酒由于不经过发酵处理,其pH相对较高,一般在6.0左右,同时含有的总酚、氨基酸等的发酵产物的含量也相对较低,为Cr(Ⅵ)存在创造了一定条件。

表5 不同厂家不同年份酒中的铬形态分析

表6 同厂家不同品种的酒的比较

图2 1 μg/LCr(Ⅵ)黄酒加标2 d前后谱图对照Fig.2 1 μg/L Cr(Ⅵ)rice wine with standard spectra comparison before and after two days

3 结论

通过对色谱及光谱质谱条件的优化,建立了炭黑氨基柱净化-HPLC-ICP-MS测定黄酒中铬价态及含量的方法。该方法简单快速,适用于黄酒中铬形态残留的分析检测，在0～20 μg/L范围内Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)线性良好,添加回收率在81.2%～94.8%之间,定量限分别为0.12 μg/L和0.18 μg/L。利用该方法对不同年份、不同企业及不同类型的黄酒进行了检测,发现绍兴地区的黄酒中的铬主要以Cr(Ⅲ)形态存在,此项工作的开展有助于黄酒消费者选择性的采购和监管部门采取相应的措施。

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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

宋伟华(1982-)，女,硕士研究生，工程师，从事食品工业品检测工作,E-mail：zcswh@sx.ziq.gov.cn。

浙江省公益性技术应用研究(分析测试)项目(2013C37095)。

TS207

A

1002-0306(2015)21-0303-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.054