一种定量检测含铬物质中铬元素价态及其含量的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于分析领域，涉及检测样品中铬元素价态及含量的方法，具体涉及一种 定量检测含铬物质中铬元素价态及其含量的方法。
【背景技术】
[0002] 在自然环境中，铬元素主要以两种价态稳定存在，即Cr(III)和Cr(VI)。这两 种铬离子的生理学功能完全相反，Cr(III)是生物体必需的营养元素，影响生物体内葡萄 糖，脂类和蛋白质的正常代谢；而Cr(VI)则是公认的致癌剂和突变剂。生物体如果缺乏 Cr(in)会导致出现类似糖尿病的症状。目前有多种形式的Cr(III)补充剂，其中富铬酵 母被认为是天然存在、有机铬含量较高且生物利用率较高的Cr (III)补充剂。对富铬酵母 细胞中铬元素价态的测定，特别是高毒性的Cr(VI)含量的测定，非常必要。分离液态样品 中的Cr(III)和Cr(VI)经常利用液相色谱，但在很多色谱分离方法中的流动相为酸性，在 分离过程中会诱导样品中一部分的Cr(VI)还原为Cr(III)，影响了样品测量值的准确度。 Cr(III)和Cr(VI)的检测方法中，感应耦合等离子体质谱（ICP-MS)方法具有高精度，低检 测限，测量范围广和可同时检测多种元素等优点。测量固态样品中的Cr (III)和Cr (VI)含 量时，在分离和检测步骤前需要通过碱法消解将样品中结合态的铬离子解离为游离态，碱 性消化液中含有的镁离子能够将碱性环境下Cr (III)向Cr (VI)的转化抑制到最小，但当样 品中Cr(III)的浓度远高于Cr(VI)时，如富铬酵母，样品中的部分Cr(III)在消化过程中 仍会转化为Cr (VI)。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的是提供一种定量检测含铬物质中铬元素价态及其含量的方法。
[0004] 本发明是为了解决无法准确测量富铬酵母细胞中不同价态铬元素含量的问题。本 发明提供一种测定富铬酵母细胞内铬元素价态的测定方法。
[0005] 本发明提供的测定含铬物质中铬元素价态及其含量的方法，包括如下步骤：
[0006] 均为1的标准溶液为标准样品，将所述标准样品进行定量测定，得到对应不同总 铬含量的色谱图，以总铬含量为自变量，以其对应的峰面积为因变量，得到所述标准样品中 总铬含量的标准曲线；
[0007] 所述总铬含量为Cr (III)含量与Cr (VI)含量之和；
[0008] 2)将步骤1)所述标准样品用螯合剂螯合后，过柱分离，再进行定量测定，得到对 应不同Cr (III)和Cr (VI)的含量的色谱图，以Cr (III)和Cr (VI)的含量为自变量，以其对 应的峰面积为因变量，得到所述标准样品中Cr(III)和Cr(VI)含量的标准曲线；
[0009] 3)将待测样品a进行碱法解离，得到解离后的待测样品b，再将所述解离后的待测 样品b过柱分离后进行定量测定，得到Cr (VI)对应的峰面积，结合步骤2)所述Cr (VI)含 量的标准曲线，即得到解离后的待测样品b中Cr (VI)的含量，计为I&VI ;
[0010] 4)将步骤3)所述待测样品a与酸性消化液加热混匀后，对所得混合液进行定量测 定，得到总铬含量对应的峰面积，再结合步骤1)所述总铬含量的标准曲线，即得到所述待 测样品中的总铬含量，计为;
[0011] 5)按照如下公式计算得到步骤3)所述待测样品a中Cr (III)和Cr (VI)的实际含 量：
[0012] Cr (VI)的实际含量=Cr (VI)测量值I&VIX测量体积X稀释倍数/取样量
[0013] Cr(III)的实际含量=待测样品中的总铬含量Igg-CMVI)的实际含量。
[0014] 上述方法还包括在所述步骤2)之后步骤3)之前插入如下步骤：
[0015] 将不同(Mill)与Cr(VI)摩尔比值的标准样品进行碱法解离，得到解离后的标 准样品，再将所述解离后的标准样品过柱分离后进行定量测定，得到解离后的标准样品中 Cr (VI)的含量；
[0016] 按照如下公式计算Cr (III)转化为Cr (VI)的转化率：
[0017] 转化率％= (Cr(VI)测量值-Cr(VI)加入值）*100/Cr(VI)测量值
[0018] 其中，Cr(VI)测量值为该步骤所得解离后的标准样品中Cr(VI)的含量；
[0019] Cr (VI)加入值为该步骤中Cr (VI)的实际加入量。
[0020] 上述方法的步骤2)中，所述螯合剂为pH值为7. 0、浓度为5mM的EDTA · Na2的水 溶液，螯合温度为75°C，螯合时间为3h ;
[0021 ] 所述碱法解离的方法均包括如下步骤：
[0022] 向所述标准样品或待测样品a中加入碱性消化液、MgCl2和磷酸钾缓冲液后加热搅 拌后冷却至室温，离心，收集所得上清液，并用水洗涤所得沉淀，将所述上清液和洗液混合 并调节pH值至7. 0,过滤，收集滤液得到所述解离后的标准样品或解离后的待测样品b ;
[0023] 所述碱性消化液具体为由NaOH、NaC03和水组成的混合液；其中，NaOH在所述碱性 消化液中的浓度为20g/l，NaC0 3在所述碱性消化液中的浓度为30g/l ;
[0024] 每0. 03g标准样品或待测样品a对应的所述碱性消化液的体积用量具体为5~ 20ml，对应的MgCl2的体积用量具体为0. 04~0. 20g，对应的磷酸钾盐缓冲液的体积用量具 体为(λ 05 ~(λ 2ml ;
[0025] 所述磷酸钾缓冲液的浓度具体为1. 0M，pH值具体为7. 0 ;
[0026] 所述加热搅拌步骤中，温度具体为90_95°C，时间为60_90min ;
[0027] 所述离心步骤中，相对离心力为3000g_5000g，时间为4min_8min ;
[0028] 所述过滤步骤中，所用滤膜的孔径为0. 22 μ m-0. 45 μ m，具体为0. 45 μ m。
[0029] 所述步骤2)-3)中，过柱分离所用色谱柱均为高效液相弱阴离子交换柱，具体为 安捷伦高效液相1260,色谱柱更具体为Agilent Bio WAX，2.1X50mm，检测器为安捷伦感应 耦合等离子体质谱7700 ;
[0030] 所述分离步骤中，流动相为pH值为7. 0的浓度为40~100mM的ΝΗ4Ν03水溶液，流 速为0. 1~0. 5ml/min，具体为0. 2ml/min，进样量为10μ 1~40μ 1 ;Cr(III)的保留时间 为1. 1-1. 3min，具体为1. 2min ;Cr(VI)的保留时间为1. 9-2. 3min，具体为2. 2min ;数据采 集时间为5min ;
[0031] 所述步骤1)至4)中，定量测定的方法均为感应耦合等离子体质谱法，所用模式为 氦气模式，氦气流速为5ml/min ;载气的流速为1. 051/min ;采样深度为8mm ;同位素检测为 52Cr〇
[0032] 所述步骤3)中，固体的待测样品的取样量为0.0 lg~0. 05g。
[0033] 所述步骤4)中，酸性消化液由体积比为4 :1的浓硝酸和高氯酸组成的混合液；浓 硝酸的质量百分浓度为70 %，高氯酸的质量百分浓度为70-72% ;
[0034] 所述酸性消化液的体积用量为5~20ml，具体为10ml ;
[0035] 所述步骤4)加热步骤中，温度为130_160°C。
[0036] 所述待测样品为含铬元素的样品，具体为含铬元素的固态样品，更具体为富铬酵 母细胞。
[0037] 本发明优化了样品的分离检测方法，分离、检测过程中保持了环境中的pH始终处 于中性环境，避免了样品在分离过程中Cr(III)的氧化和Cr(VI)的还原；分离检测样品的 速度快，缩短了样品的测量时间；所需样品进样量小；确定了碱法消化对样品中Cr(VI)浓 度的影响，能够准确定量测量富铬酵母样品中Cr (III)和Cr(VI)的含量。
【附图说明】
[0038] 图1为本发明中实施例1的不同Cr (III) :Cr (VI)比值混合物色谱图。
[0039] 图2为本发明中实施例2的仅测样品中Cr (VI)的色谱图。
[0040] 图3为本发明中实施例2的测量样品中Cr (III)和Cr (VI)的色谱图。
【具体实施方式】
[0041] 下面结合具体实施例对本发明作进一步阐述，但本发明并不限于以下实施例。所 述方法如无特别说明均为常规方法。所述原材料如无特别说明均能从公开商业途径而得。
[0042] 实施例1、液态样品Cr (III)和Cr (VI)分离，检测方法的优化。
[0043] 1)制作总铬的标准曲线：
[0044] 以 Cr(III)和 Cr(VI)浓度分别为 0· 1，0· 5，1，5，10,50 和 100μ g/Ι，且 Cr(III)与 Cr (VI)摩尔比值均为1为标准样品，将该标准样品通过ICP-MS进行定量测定，得到对应不 同总铬含量的色谱图，以总铬含量为自变量，以其对应的峰面积为因变量，得到标准样品中 总铬含量的标准曲线；
[0045] 2)制作 Cr (III)和 Cr (VI)标准曲线：
[0046] 将前述标准样品用浓度为5mM、pH 7. 0的EDTA · Na2水溶液作为螯合剂进行螯合， 螯合温度为75°C，螯合时间为3h，然后经高效液相弱阴离子交换柱进行分离，通过ICP-MS 进行定量测定，得到对应不同Cr (III)和Cr (VI)的含量的色谱图，以Cr (III)和Cr (VI)的 含量为自变量，以其对应的峰面积为因变量，得到标准样品中Cr (III)和Cr (VI)含量的标 准曲线；
[0047] 上述通过ICP-MS进行定量测定步骤中，所用模式均为氦气模式，氦气流速为5ml/ min ;载气的流速为1. 05L/min ;采样深度为8mm ;同位素检测为52Cr。
[0048] 所用弱阴离子交换柱均为Agilent Bio WAX column (2. 5 μ m)，流动相 为pH7. 0的75mM的NH4N03水溶液，流动相的流速为0. 2ml/min，进样量为10 μ 1。
[0049] Cr (III)和Cr (VI)保留时间分别为1. 2和2. 2min，检测限均为0. 1 μ g/1。样品分 析时间为4min。
[0050] 3)再按照如上方法，将Cr (III)与Cr (VI)摩尔比值替换为10,100和1000,所得 Cr (III)与Cr (VI)的分离情况见图1。由图可知，用该方法可有效地分离Cr (III) :Cr (VI) 比值在1~1000的样品。
[0051] 实施例2、固态样品铬元素价态分析方法的建立
[0052] 由于固态样品需要碱法消解后再进行分离测定，故需要检测碱法消解及螯合处理 后对样品分离和检测的影响。
[0053] 1、碱法消解对样品中Cr (VI)分离测定的影响。
[0054] 吸取20 μ g/1 Cr (III)标准溶液和1 μ g/1 Cr (VI)标准溶液于一洁净三角瓶中， 准确量取5ml消化液，0. 04g MgCl2和0. 05ml浓度为1. 0Μ、ρΗ值为7. 0的磷酸缓冲液，室温 连续搅拌样品5min后加热样品至95°C并维持60min后逐渐冷至室温，过程中持续搅拌样 品。4000g离心5min取上清液，用去离子水分三次洗涤沉淀，将上清液和洗液合并至一个干 净的容器中，将容器置于搅拌器上，缓慢逐滴向消化杯中加入5M硝酸溶液调节pH至7. 0,持 续搅拌。将待测液用孔径为0.45 μ m的膜抽滤并转移至250ml容量瓶中，定容。样品按照 实施例1中列出的分离和检测条件进行测量。所得结果见图3。
[0055] 图2显示了分别将混合标准溶液用碱法消解处理或不处理后，样品Cr (VI)的色谱 峰出峰情况，结果表明经碱法消解后Cr(VI)峰的保留时间和峰面积都未改变，检测富铬酵 母的色谱峰，其Cr (VI