苏 丽¹ 刘红专¹ 王其枫²

摘 要 本文建立了离子色谱-电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）法测定奶粉中六价铬含量。采用全惰性PEEK材料的离子色谱仪与ICP-MS联用，使用AG7阴离子保护柱快速分离并检测奶粉中的六价铬。方法检出限为0.05 mg/kg，加标回收率为80%～110%，精密度RSD值<6%。该方法操作简单，灵敏度、准确度和精密度较高，适用于奶粉中六价铬含量的检测。

关键词 离子色谱-电感耦合等离子体质谱法；奶粉；六价铬

 Determination of Hexavalent Chromium Content in Milk Powder by Ion Chromatography Coupled with Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry (IC-ICPMS)

SU Li1  LIU Hong-Zhuan1  WANG Qi-Feng2

Abstract A method was established to determine the hexavalent chromium content in milk powder by IC-ICPMS. The AG7 anion protection column was applied to quickly separate and detect hexavalent chromium in milk powder. The detection limit of the method is 0.05 mg/kg. Recoveries and relative standard deviations are between 80%-110% and <6%, respectively. The method is simple to operate with high sensitivity, good accuracy and reproducibility. It is suitable for the detection of hexavalent chromium content in milk powder.

Keywords IC-ICPMS; milk powder; hexavalent chromium

铬在元素周期表中属于ⅥＢ族。地壳中铬的平均含量约为0.01%，在自然界中广泛分布于土壤、岩石、水、大气及生物体中。铬以多种形式存在，其中以三价铬（Cr3+）和六价铬（Cr6+）最稳定常见，并对人体具有生物作用。三价铬作为人体必需的微量元素，与其他物质如激素、胰岛素、各种酶类、细胞的基因物质（DNA和RNA）一起参与人体的代谢控制。六价铬对人体具有毒性，其高氧化性和对皮肤的高渗透性，容易通过消化道、呼吸道、皮肤及黏膜侵入人体并被吸收，可诱发皮肤溃疡、黏膜糜烂、细胞癌变，对人类和环境具有持久危害性。

铬在工业应用中被广泛使用，主要有制革行业、金属加工和电镀，这些行业排放的废水和废气中的铬以六价铬为主要形式存在，成为环境污染的主要来源，因此，六价铬污染问题日益得到广泛关注和重视。GB 5749-2006《生活饮用水卫生标准》对六价铬的限量为0.05 mg/L。GB 36600-2018《土壤环境质量 建设用地土壤污染风险管控标准（试行）》中第一类用地的六价铬含量筛选值为3.0 mg/kg。六价铬的检测能够为行业监管起到至关重要的作用。

由于三价铬可作为营养强化剂用于人体生理功能的辅助调节^[1]，因而特殊用途奶粉中常添加三价铬。虽然奶粉中的铬以三价铬形式添加，但是受使用和保存条件影响，会发生三价铬与六价铬之间的形态转化。因此，从食品安全性角度考虑，有必要对奶粉中六价铬的含量进行测定。

目前，国内外对六价铬的研究主要集中在水质^[2]、保健食品^[3-5]、土壤等方面，多采用分光光度法^[6]、色谱法或色谱-质谱联用法^[7]、火焰原子吸收光谱法^[8]等，其中以分光光度法和火焰原子吸收光谱法最常用。但前处理过程中常使用强碱作为提取试剂，基体复杂，对仪器干扰较大，加之仪器本身的灵敏度较低，造成方法的检出限较高，检测方法无法满足对六价铬污染日益严格的监控要求。徐聪等^[9]采用反相离子对色谱和电感耦合等离子体质谱联用法测定聚氯乙烯塑料中的六价铬。该方法采用强碱作为提取剂，在微波调节下提取，提取液经反相色谱柱分离测定六价铬的含量。这种方法中流动相含有机相较多，有机相进入ICP-MS后会带来一定的基体干扰，且造成锥体积碳，给仪器维护带来困难。

本方法采用全惰性PEEK材料的离子色谱仪与ICP-MS联用技术，使用AG7阴离子保护柱分离六价铬，以ICP-MS作为检测器，通过对提取条件、色谱柱条件和仪器参数等实验条件优化，建立快速分析方法，可快速分离并检测奶粉中的六价铬，灵敏度高，且干扰小，可满足口岸通关对进出口奶粉中六价铬含量快速检测的要求。

1  实验步骤

1.1 试剂及仪器条件

乙二胺四乙酸二钠（EDTA-2Na）（分析纯，上海试剂四厂）；氨水（Optimal Grade, Fisher Scientific）；硝酸（Optimal Grade, Fisher Scientific）；Cr（Ⅲ） 1000 mg/L（国家有色金属及电子材料分析测试中心）；Cr（Ⅵ）1000 mg/L（国防科技工业应用化学一级计量站）。

缓冲液[0.1 mol/L EDTA（2Na）]：将EDTA（2Na）加入流动相中得到溶液浓度为0.1mol/L ，用1%稀硝酸溶液或1%稀氨水溶液调节pH值至7.0～7.5。

流动相（0.07 mol/L NH₄NO₃）：0.07 mol NH₄NO₃定容至1000 mL去离子水中，用稀氨水调节pH值至7.1左右。

Cr（Ⅲ）-EDTA 标准储备液（10 mg/L）：取1.0 mL三价铬标准溶液（1000 mg/L），用缓冲液定容至100 mL，溶液浓度为10 mg/L。在（50&plusmn;2）℃条件下加热1 h，生成Cr（Ⅲ）-EDTA 络合物，冷却至室温备用。

三价铬和六价铬混合标准溶液：分别取Cr（Ⅲ）-EDTA 标准储备液（10 mg/L）10 mL和六价铬标准溶液（1000 mg/L）0.1 mL，用流动相定容到100 mL容量瓶中，混合标准溶液中三价铬和六价铬浓度均为1 mg/L。分别移取上述溶液0.01 mL、0.05 mL、0.1 mL、0.2 mL、0. 5 mL、1.0 mL ，用流动相定容至100 mL。混合标准溶液中三价铬和六价铬浓度均为0.1&mu;g/L、0.5&mu;g/L、1&mu;g/L、2&mu;g/L、5&mu;g/L、10&mu;g/L。

iCAP Q ICP-MS电感耦合等离子体质谱仪（美国赛默飞世尔公司），ICS-600 （美国戴安公司），IonPac AG7 4 mm&times;50 mm（美国戴安公司），恒温振荡器（金坛富华仪器有限公司）。

1.2 样品前处理

取约0.1 g（精确至0.0001 g）固体奶粉样品，置于50 mL离心管中，加入流动相25 mL，缓冲液5 mL，放置于（50&plusmn;2）℃水浴摇床中，水浴加热1.5 h，用稀氨水调节溶液pH值，使溶液pH值保持中性至弱碱性7.0～7.5之间；冷却至室温，用一级水定容至 50 mL；将溶液干滤或者在8000 r/min 转速下离心10 min，随后立即将上清液过0.45&mu;m滤膜，滤液用IC-ICP-MS分析。

1.3 仪器条件

色谱条件和ICP-MS参数见表1～表  2。

表1  色谱条件

Table 1  Operation parameters of HPLC

表2  ICP-MS参数

Table 2  Operation parameters of ICP-MS

2  结果与分析

2.1 样品萃取条件优化

根据电化学原理，六价铬在酸性条件下氧化还原电位高，氧化性强且不稳定，容易被还原成三价铬，因此在萃取步骤中，加入稀氨水，使溶液保持中性至弱碱性。

本方法采用含EDTA的弱碱性硝酸铵缓冲溶液作为提取溶液，而不是参考文献[9]中用氢氧化钠、碳酸钠等强碱试剂作为提取溶液。因为强碱性条件下三价铬容易生成氢氧化铬沉淀，而加入EDTA缓冲溶液，不仅可以有效控制提取溶液的酸碱度，还能通过EDTA和三价铬络合阻止在提取过程中三价铬向六价铬转化。

2.2 色谱柱的选择

色谱柱的考察选取常见的IonPac AG7和Hamilton PR P-X100两种阴离子色谱柱。在流动相流速为1.0 mL/min时，浓度为0.1&mu;g/L的六价铬标准溶液在以上两种色谱柱中色谱峰信噪比相当，但是IonPac AG7的出峰时间约为1.5 min，而Hamilton PR P-X100的出峰时间约为5.0 min。

2.3 线性拟合

按照上述方法测定0.1～10.0&mu;g/L Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）标准系列，以Cr（Ⅵ）的质量浓度为横坐标，以扫描峰面积为纵坐标，绘制校准曲线。得出Cr（Ⅲ）的线性回归方程为y=1.00124E5x &ndash;343.418，相关系数为0.999，Cr（Ⅵ）的线性回归方程为y=9.1926E4x&ndash;236.455，相关系数为1.000。Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）的质量浓度与对应峰面积呈良好的线性关系，如图1～2所示。

2.4 方法检出限

稀释并检测Cr（Ⅵ）标准溶液，采用大于3倍信噪比（S/N>3）的峰高所对应的Cr（Ⅵ）形态含量作为方法检出限，溶液中浓度为100 ng/L。按0.1 g定容50 mL计，方法检出限为0.05 mg/kg。如图3所示。

2.5 方法的准确度和精密度

在6份奶粉样品中，分别加入0.5&mu;g/L和5.0&mu;g/L两个水平浓度的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）。每个水平进行6次平行性试验，分析方法的准确度和精密度。样品中六价铬和三价铬的加标回收率和精密度RSD值见表3。

图1  三价铬的线性范围

Fig.1  Standard curve of trivalent chromium

图2  六价铬的线性范围

Fig.2  Standard curve of hexavalent chromium

   表3  样品中六价铬和三价铬在0.5&mu;g/L和5.0&mu;g/L添加水平下的加标回收率和精密度RSD值

Table 3  Recovery and precision of hexavalent chromium and trivalent chromium with the adding level at 0.5&mu;g/L and 5.0&mu;g/L

加标0.5&mu;g/L三价铬和六价铬回收率谱图叠加图见图4。加标5.0&mu;g/L三价铬和六价铬回收率谱图叠加图见图5。

由表3可见，Cr（Ⅵ）的回收率在80%～110%之间，精密度RSD值介于4.0%～0%之间，表明该方法具有良好的精密度和准确度。

2.6 实际样品的测定

本文对奶粉1和奶粉2两个实际样品进行了测定，结果见表4。

表4  实际样品测定结果

Table 4  Results of samples

3  结论

本方法采用全惰性PEEK材料的离子色谱仪与ICP-MS联用，使用AG7阴离子保护柱快速分离并检测奶粉中的六价铬。通过对样品提取条件的选择、仪器参数的调谐、色谱柱的选择等实验条件进行优化，最终确定最优的检测条件。六价铬标准曲线在检测范围内线性关系良好，相关系数大于0.999。方法检出限为0.05 mg/kg。两个不同水平的样品Cr（Ⅵ）的回收率在80%～110%之间，精密度RSD值小于6%，具有较好的准确度和精密度。研究表明，该方法样品前处理简便，实验试剂绿色环保，方法检出限低，准确度和精密度高，可满足口岸通关对进出口奶粉中六价铬含量的检测要求，适用于口岸高通量快速筛查。

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参考文献

[1] 刘明理, 曹进, 丁宏, 等. 液相色谱-质谱法测定保健食品中三价铬及六价铬含量[J]. 食品安全质量检测学报, 2017, 8(07): 2465-2470.

[2] 王华健, 黎艳红, 丰伟悦,等.反相离子对色谱-电感耦合等离子体质谱联用技术测定水中痕量Cr( Ⅲ )和Cr(Ⅵ )[J]. 分析化学, 2009, 37(03): 433-436． 

[3] 杨振宇, 郭德华, 杨克成, 等. 保健食品中的六价铬测定[J]. 质谱学报, 2008, 29(02): 92-96.

[4] 李静, 王雨, 陈华宝,等.牛奶中三价铬和六价铬的同时提取和检测方法[J]. 食品科学, 2010, 31(10): 250-253.

[5] 钟志雄, 朱炳辉, 吴西梅.化妆品及保健品中Cr3+和Cr6+的柱后衍生-离子色谱法测定[J].分析测试学报, 2008, 27(05): 546-548.

[6] GB/T 5750.6-2006 生活饮用水标准检验方法 金属指标[S]. 北京: 中国标准出版社, 2007.

[7] 樊祥, 程甲, 张润何, 等. 高效液相色谱-电感耦合等离子体质谱法测定食品中的六价铬含量[J]. 食品安全质量检测学报, 2018, 9(21): 5704-5708.

[8] HJ 1082-2019土壤和沉积物 六价铬的测定 碱溶液提取-火焰原子吸收分光光度法[S]. 北京: 中国环境出版社, 2020.

[9] 徐聪, 胡光辉, 赵婷, 等. 反相离子对色谱-电感耦合等离子体质谱法测定聚氯乙烯塑料中六价铬[J]. 理化检测-化学分析, 2020, 56(02): 148-154.

（文章类别：CPST-A）