炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態及含量

宋偉華，董文洪，胡貝貞，林環宇

(紹興出入境檢驗檢疫局綜合技術服務中心,浙江紹興 312000)

炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態及含量

宋偉華，董文洪，胡貝貞，林環宇

(紹興出入境檢驗檢疫局綜合技術服務中心,浙江紹興 312000)

建立了一種測定黃酒中Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)的高效液相色譜-電感耦合等離子體質譜分析方法。黃酒經炭黑氨基柱凈化,超純水洗脫,色譜條件為:Dionex AS11-HC陰離子預柱(4 mm×50 mm×9 μm);以60 mmol/L(pH9.0)硝酸銨作為流動相,流量為1.5 mL/min;以電感耦合等離子體質譜進行定性和定量分析。結果表明:在0～20 μg/L范圍內Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)線性良好,相關系數R2均在0.998以上;添加回收率在81.2%～94.8%之間,相對標準偏差為1.7%～4.1%;定量限分別為0.12 μg/L和0.18 μg/L。本方法簡單快速,適用于黃酒中鉻形態殘留的分析檢測,并利用該方法對不同年份、不同企業及不同類型的黃酒進行了檢測,發現紹興地區的黃酒中的鉻主要以Cr(Ⅲ)形態存在。

高效液相色譜,炭黑氨基柱凈化,電感耦合等離子體質譜,鉻形態,黃酒

據統計,我國約有十分之一的耕地被重金屬污染,形勢非常嚴峻[1]。因此,對環境、食品以及水資源中的重金屬含量進行監測至關重要的。本實驗通過日常檢測發現黃酒中總鉻的含量在9.2～31.7 μg/L。環境中的鉻主要以兩種價態形式存在,維持人體生命的必需元素Cr(III)和具有高毒、強致癌性的Cr(VI)[2]。因此,對于鉻的檢測不能局限于總量，更要考慮其各價態的含量。當前,對于水質、食品、化妝品、尿液等中鉻的形態研究也有較多的報道[3-9]。但對于黃酒中鉻元素的檢測也僅限于總量[10]而未見于形態分析。為了有效地評價黃酒中鉻存在的形態,實驗室建立了炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻形態及含量的方法,并利用此方法對紹興地區不同企業、不同年份及不同類別的黃酒進行了鉻形態及含量的測定。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)標準品溶液 中國計量研究院;乙二胺四乙酸二氫二鉀二水合物 梯愛?；晒I有限公司;分析純氨水 江蘇強盛功能化學有限公司;UP級(71%)硝酸 蘇州晶瑞化學有限公司;色譜純甲醇 美國天地試劑公司。AG11-HC陰離子預柱(4 mm×50 mm×9 μm) 賽默飛世爾公司;炭黑氨基柱(500 mg/6 mL) 杭州福?？萍加邢薰?。

電感耦合等離子體質譜Aurora M90 美國布魯克公司;超純水儀Millli. Q Element A10 法國Millipore公司;高效液相色譜儀1260 安捷倫科技;多功能純化器 美國加州儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 實驗材料的準備 實驗用水由Milli.Q Element A10 超純水儀制得,用于配制實驗所用的標準溶液與樣品溶液。硝酸與氨水分別由多功能純化器純化后再使用。炭黑氨基柱使用前用5 mL(50%甲醇水溶液)活化,再用25 mL超純水清洗。

60 mmol的硝酸銨:取3.95 mL純化后的硝酸,定容到1000 mL,用純化后的氨水調pH到9.0。

1.2.2 樣品的前處理 移取黃酒樣品1.0 mL,加入已活化好的炭黑氨基柱中,然后以9.0 mL超純水進行洗脫,收集15 mL于塑料離心管中,定容到10.0 mL。取收集液0.5 mL置于1.5mL的進樣瓶中,加入10 mmol EDTA溶液0.5 mL,于65 ℃水浴中反應45 min后冷卻至室溫后立即測定鉻形態。

1.3 檢測條件

高效液相色譜條件 色譜柱:AG11-HC陰離子預柱(4 mm×50 mm×9 μm);流動相為60 mmol/L硝酸銨(pH9.0);流速1.5 mL/min;柱溫為20 ℃;進樣量:50 μL。

電感耦合等離子體質譜條件 射頻功率1400 W;等離子氣體流速18 L/min;輔助氣流速1.8 L/min;鞘氣流速0.2 L/min;霧化器流速1.0 L/min,駐留時間80000 μs;碰撞氣125 mL/min氦氣。

2 結果與分析

根據日常檢測工作及參考文獻[12-13]知道,在黃酒中含有較高濃度的無機鹽,尤其是鈣離子含量在0.05～0.4 g/L范圍內。因此,配制EDTA鉀鹽的溶液濃度為10 mmol/L,調pH7.0。標準溶液、樣品均用10 mmol/L的EDTA鉀鹽1∶1穩定,以利于鉻形態的穩定和色譜分離。

2.1 前處理方法的選擇

2.1.1 前處理方法的選擇 本實驗比較了不同前處理的方法,如:直接進樣、固相萃取柱凈化等。結果表明,直接進樣方便,但由于黃酒中含有豐富的糖、氨基酸、色素等營養成分,容易影響離子色譜的分離性能和使用壽命,且檢測再現性差,設備污染嚴重。最終選取了炭黑氨基柱凈化后洗脫稀釋進樣的方式進行處理,效果較佳。

2.1.2 前處理方法的優化 黃酒中富含氨基酸,蛋白質、糖、色素等多種有機物,對Cr在色譜柱上的形態分離會有干擾,同時高含量的氨基酸、蛋白質等有機物也容易對離子色譜柱造成損傷,因此有必要在樣品進色譜柱前進行凈化處理?？紤]到樣品的基質特性,選取對氨基酸、蛋白質及色素有比較好吸附能力的炭黑氨基萃取小柱作為凈化柱[14]。通過對活化后的炭黑氨基柱的空白洗脫液測試發現,里面有一定量的殘留Cr(Ⅲ),我們采用25 mL超純水洗脫后,能使殘留在凈化柱中的Cr(Ⅲ)小于儀器檢出限。

考察了不同洗脫液的洗脫效果:1.0 mL空白溶液(含20 μg/L的Cr混標和15%的乙醇)過凈化柱后,分別用9.0 mL純水、5%的甲醇、10%甲醇洗脫,測定并計算回收率,結果如表2所示。由表2可見,鉻對洗脫溶劑中是否含有甲醇不敏感,所有條件下回收率都大于95%。因而,采用超純水作為洗脫液。

表1 過柱后的各個形態物質的加標回收率(%)

2.2 儀器條件的選擇

2.2.1 ICP-MS部分 聯機前使用布魯克.道爾頓公司提供的調諧液(Be、Mg、Co、In、Ba、Ce、TL、Pb、Th濃度 1 μg/L)對ICP-MS進行自動調諧校正,使儀器靈敏度和質量數準確度在最佳狀態。由于樣品及流動相中都會有其他元素引入并在等離子體中形成多原子離子如ArC+和ClOH+對Cr52的檢測造成干擾。因此需要利用儀器具備的錐面碰撞技術導入碰撞氣以消除。采用儀器制造商推薦的He作為碰撞氣,優化流量為125 mL/mim。

2.2.2 液相色譜部分 因Cr(Ⅲ)和Cr(VI)在有氧化或還原物條件下形態間易互相轉化,所有器皿的清洗與試劑的配制均采用超純水。液相色譜的不銹鋼(Cr含量>13%)也會帶入本底污染,本實驗中將液相部件間的連接不銹鋼管路及定量環換成PEEK管,再用磷酸清洗,硝酸溶液(v∶v,1∶1)對液相色譜中剩余的不銹鋼泵體及切換閥進行鈍化處理,再用超純水清洗至流出液pH為中性,并選擇PEEK管裝的離子色譜柱來分析樣品。以60 mmoL的硝酸銨溶液(pH9.0)為流動相,流速為1.5 mL/min,進樣量為50 μL為液相分析條件,比較發現戴安的離子色譜柱對于Cr的分離優于漢密爾頓的柱子。漢密爾頓的色譜柱也能對Cr的兩種形態進行分離,但分析時間過長,整個分離過程將近10 min。而戴安的柱子可以在3 min內完成分析與沖洗,并有較好的分離效果,0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)標樣色譜圖見圖1。因而采用戴安AG11-HC陰離子預柱(4 mm×50 mm×9 μm)來作為樣品分離的色譜柱。

圖1 0.2 μg/L的Cr(Ⅲ)、Cr(VI)標樣色譜圖Fig.1 Chromatogram of a mixture of Cr(Ⅲ)and Cr(VI)standards

2.3 線性關系、測定低限、添加回收率及精密度

2.3.1 線性關系及測定低限 0～20.0 μg/L范圍內配制濃度為0.0、0.2、0.5、1.0、2.0、10、20 μg/L的2種鉻形態的混合標準溶液,并分別以v∶v(1∶1)與10 mmol/L EDTA鉀鹽溶液混合,在50 ℃水浴中反應1 h,使Cr(Ⅲ)生成穩定的Cr(Ⅲ)-EDTA配合物,冷卻后上機檢測?；貧w出鉻形態的標準曲線(見表3),Y為響應值,X為測試濃度(μg/L),在0～20.0 g/L范圍內,2種鉻形態標準曲線線性良好,相關系數均大于0.998。將0.5 μg/L的混標溶液逐級稀釋,以3倍信噪比為檢出限,10倍信噪比為定量限,實驗數據見表3。

表2 Cr價態線性關系及檢出限

2.3.2 添加回收及精密度 在實驗室內按照1.2條件對添加標準溶液黃酒樣品進行測定,驗證方法的準確性和添加回收率。三個濃度下回收率在81.2%～94.8%,精密度1.7%～4.1%,檢測結果見表4。

2.4 方法的驗證

聯系三家不同的實驗室對加標2.5、5.0、10.0 μg/L含有基質的樣品,按照方法對回收率和穩定性進行了驗證,驗證情況如表5。各實驗室回收率在81.6%～89.2%,精密度0.8%～4.8%。

表3 黃酒樣品添加結果及精密度數據

表4 方法驗證數據

2.5 實際樣品的檢測

選取鉻總量含量較高的酒按照2.2條件對紹興地區不同廠家的年份酒樣中的鉻形態及含量進行了測定并確定了各形態的含量,數據如表6所示,并以產品種類較豐富的A廠家為列,做了不同類型黃酒中鉻形態分析測定,結果如表7所示。

由表6、表7中數據發現:黃酒中的鉻以Cr(Ⅲ)的形態存在,只有味淋酒中檢測出少量的Cr(Ⅵ)。分析原因,可能是黃酒中在發酵過程中普遍會產生少量乙酸等酸性物質,導致黃酒的pH在3～4左右,同時黃酒中含有總酚、氨基酸等抗氧化物,容易使Cr(Ⅵ)轉化成Cr(Ⅲ)。為了驗證這個轉化過程,將10 μg/L Cr(Ⅵ)黃酒加標樣品兩天前后Cr(Ⅵ)檢測結果的對比,如圖2所示,由圖可見,2 d后,Cr(Ⅵ)的峰消失了,在Cr(Ⅲ)的位置出現了峰,由此推測,Cr(Ⅵ)在酸性黃酒中不穩定,易向Cr(Ⅲ)轉化。而味淋酒由于不經過發酵處理,其pH相對較高,一般在6.0左右,同時含有的總酚、氨基酸等的發酵產物的含量也相對較低,為Cr(Ⅵ)存在創造了一定條件。

表5 不同廠家不同年份酒中的鉻形態分析

表6 同廠家不同品種的酒的比較

圖2 1 μg/LCr(Ⅵ)黃酒加標2 d前后譜圖對照Fig.2 1 μg/L Cr(Ⅵ)rice wine with standard spectra comparison before and after two days

3 結論

通過對色譜及光譜質譜條件的優化,建立了炭黑氨基柱凈化-HPLC-ICP-MS測定黃酒中鉻價態及含量的方法。該方法簡單快速,適用于黃酒中鉻形態殘留的分析檢測，在0～20 μg/L范圍內Cr(Ⅲ)、Cr(Ⅵ)線性良好,添加回收率在81.2%～94.8%之間,定量限分別為0.12 μg/L和0.18 μg/L。利用該方法對不同年份、不同企業及不同類型的黃酒進行了檢測,發現紹興地區的黃酒中的鉻主要以Cr(Ⅲ)形態存在,此項工作的開展有助于黃酒消費者選擇性的采購和監管部門采取相應的措施。

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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

宋偉華(1982-)，女,碩士研究生，工程師，從事食品工業品檢測工作,E-mail：zcswh@sx.ziq.gov.cn。

浙江省公益性技術應用研究(分析測試)項目(2013C37095)。

TS207

A

1002-0306(2015)21-0303-04

10.13386/j.issn1002-0306.2015.21.054