离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的系统与方法与流程

本发明涉及三价铬与六价铬含量测定的技术领域，具体地指一种离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的系统与方法。

背景技术

由于儿童玩具的特殊性，特别是小于三岁儿童的玩具，频繁与儿童的身体和五官的部位接触，如有重金属含量超标的情况，长期接触下来就会对儿童造成伤害。六价铬是很容易被人体吸收的，它可通过消化、呼吸道、皮肤及粘膜侵入人体，摄入可能致癌，对环境有持久危险性。各地区玩具产品法规对于六价铬有着严格的限量要求。虽然三价铬对人体毒性相对较低，但在一定条件下三价铬和六价铬可以相互转化，所以三价铬的含量在玩具中也被重视。

2013年7月20日，新版《欧盟玩具安全指令》en71-3:2013化学部分开始正式实施。该指令不仅对玩具的机械、物理性能、化学性能均提出了严格要求；对重金属元素的限制也由原来的8种增加到19种，将原来的总铬分为了三价铬和六价铬，并下调了各元素迁移量的限量值；其中三价铬和六价铬的限量值远远低于旧版本标准的要求，更是低于大多数六价铬含量检测方法的检出限。目前新版法规推荐的测试方法是icp-aes法和lc-icp-ms方法，icp-aes方法可以满足法规中大部分元素的测试要求，但是icp-aes方法却无法区分测试不同价态的三价铬和六价铬迁移量，且六价铬的限量值较低，icp-aes方法的检出限也无法满足要求。lc-icp-ms方法可以对三价铬和六价铬进行分离测试，测试精度也满足测试要求，但是设备成本较昂贵，在实验室中的普及率较低，测试方法不利于推广普及。

技术实现要素：

本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，而提供一种检测精度高、样品处理快速简单的离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的系统与方法。

为实现上述目的，本发明所提供的离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的系统，包括样品流路、淋洗液流路、柱后衍生液流路、分析流路、进样阀、进样环、紫外可见检测器和计算机处理系统，所述分析流路由的阳离子交换色谱柱、三通阀、编织反应管、光学流通池依次串联组成。

本发明还提供了一种离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的方法，包括如下步骤：

1)用模拟胃液将样品在37℃条件下避光振荡提取0.5～1.5小时，将提取液过滤后，加入柱前衍生液，沸水浴3～6分钟，使提取液中三价铬与柱前衍生液反应生成三价铬络合物，得到待测反应液；

2)将分析仪器设置在进样状态，使淋洗液经淋洗液流路、进样阀进入分析流路；柱后衍生液经柱后衍生液流路、三通阀进入分析流路，在分析流路中的编织反应管中淋洗液和柱后衍生液相混合形成混合液，所述混合液进入光学流通池，经紫外可见检测器将信号传输给计算机系统处理后得到基线，在基线测绘的同时，待测反应液经样品流路、进样阀进入进样环并将进样环充满；

3)将分析仪器转换为分析状态，在淋洗液的推动下，进样环中的待测反应液被送入分析流路中的阳离子交换色谱柱，待测反应液中所含三价铬络合物和六价铬在阳离子交换色谱柱被分离，六价铬和三价铬络合物在淋洗液的作用下先后从色谱柱流出，与柱后衍生液在三通阀中混合，六价铬和柱后衍生液在编织反应管中反应生成六价铬络合物，六价铬络合物和三价铬络合物依次进入光学流通池，经紫外可见检测器分别测定吸光度值并将信号传输给计算机系统处理得到六价铬和三价铬的谱图；

4)使用已知浓度的三价铬和六价铬标样代替试样，重复上述步骤1)至3)分别得到相应的标样谱图，以标样的浓度为横坐标、以标样谱图的峰高为纵坐标绘制工作曲线；

5)将所绘制的试样谱图与标样谱图比较，通过所述标样工作曲线的回归方程计算出试样中的三价铬和六价铬含量。

进一步地，所述模拟胃液中hcl的摩尔浓度为0.05～0.08mol/l。

优选地，所述模拟胃液中hcl的摩尔浓度为0.07mol/l。

进一步地，所述柱前衍生液的配方如下：2,6-吡啶二甲酸15～25mmol/l、磷酸氢二钠15～25mmol/l、碘化钾80～120mmol/l、乙酸铵450～550mmol/l、氢氧化钠25～30mmol/l。

优选地，所述柱前衍生液的配方如下：2,6-吡啶二甲酸20mmol/l、磷酸氢二钠20mmol/l、碘化钾100mmol/l、乙酸铵500mmol/l、氢氧化钠30mmol/l。

进一步地，所述淋洗液的配方如下：2,6-吡啶二甲酸1.5～2.5mmol/l、磷酸氢二钠1.5～2.5mmol/l、碘化钾8～12mmol/l、乙酸铵45～55mmol/l、氢氧化钠2.5～3mmol/l。。

优选地，所述淋洗液的配方如下：2,6-吡啶二甲酸2mmol/l、磷酸氢二钠2mmol/l、碘化钾10mmol/l、乙酸铵50mmol/l、氢氧化钠3mmol/l。

进一步地，所述柱后衍生液的配方如下：1,5-二苯碳酰二肼1.5-2.5mmol/l、甲醇8-12％(v/v)、硫酸2-3％(v/v)。

进一步地，所述离子色谱测试条件如下：色谱柱为ionpaccs5a分析柱(250mm×4mm)与ionpaccg5a保护柱(50mm×4mm)；淋洗液流速为1.0～2.0ml/min；柱后衍生液流速为0.4～0.5ml/min，进样量为250～260ul。

进一步地，三价铬的检测波长为365nm；六价铬的检测波长为530nm。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：

其一，本发明方法采用ic-uv-vis法同时测试三价铬和六价铬含量，该方法在水质检测中已有应用，已有研究者用离子色谱法同时测定饮用水中三价铬和六价铬，检出限低，方法的重现性好，灵敏度高。由于玩具材料中三价铬和六价铬需要先浸提再测试，本研究沿用en71-3中的浸提方法，将浸提液处理后，优化色谱条件，然后测试浸提液中三价格和六价铬的含量，该方法灵敏度高，重复性好，可以满足en71-3的测试要求。

其二，本方法中采用模拟胃液对玩具材料中三价铬和六价铬进行提取，将提取液与2,6-吡啶二甲酸溶液混合反应，其中的三价铬离子与2,6-吡啶二甲酸生成络合物，然后通过阳离子交换色谱柱，利用六价铬和三价铬络合物与色谱柱的不同亲和力而进行分离；在色谱柱后用含1,5-二苯碳酰二肼的柱后衍生液与六价铬在编织反应管中反应生成络合物；生成的三价铬络合物和六价铬络合物分别在365nm和530nm波长处有最大吸收，用紫外可见检测器通过波长切换在365nm和530nm波长下根据吸光度的不同来测定三价铬和六价铬的含量。

附图说明

图1为本发明分析仪器在进样状态时的结构示意图；

图2为本发明分析仪器在分析状态时的结构示意图；

图3为本发明cr(ⅲ)的校准曲线；

图4为本发明cr(ⅵ)的校准曲线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的系统，包括样品流路a、淋洗液流路b、柱后衍生液流路c、分析流路、进样阀1、进样环2、紫外可见检测器4和计算机处理系统3的分析仪器，所述分析流路由依次串联连接的阳离子交换色谱柱5、三通阀6、编织反应管7、光学流通池8组成，详见图1。

本发明离子色谱-柱后衍生法同时测定三价铬与六价铬含量的方法，其步骤如下：

1)用相当于样品质量50倍的模拟胃液将样品在37℃条件下避光振荡提取1小时，将提取液过滤后，加入含有2,6-吡啶二甲酸的柱前衍生液，沸水浴5分钟，使提取液中三价铬与2,6-吡啶二甲酸反应生成三价铬络合物，得到待测反应液；

2)将分析仪器设置在进样状态(图1)，使淋洗液经洗脱液流路b、进样阀1进入分析流路；柱后衍生液经柱后衍生液流路c、三通阀6进入分析流路，在分析流路的编织反应管(7)中淋洗液和柱后衍生液相混合形成混合液，所述混合液进入光学流通池8，经紫外可见检测器4将信号传输给计算机系统3处理后得到基线，在基线测绘的同时，待测反应液经样品流路a、进样阀1进入进样环2并将进样环充满；

3)将分析仪器转换为分析状态(如图2)，在淋洗液的推动下，进样环2中的待测反应液被送入分析流路中的阳离子交换色谱柱5，待测反应液中所含三价铬络合物和六价铬在阳离子交换色谱柱5被分离，六价铬和三价铬络合物在淋洗液的作用下先后从阳离子交换色谱柱5流出，与柱后衍生液在三通阀6中混合，六价铬和柱后衍生液中的1,5-二苯碳酰二肼在编织反应管7中反应生成六价铬络合物，六价铬络合物和三价铬络合物依次进入光学流通池8，经紫外可见检测器4分别在365nm和530nm波长处测定吸光度值，并将信号传输给计算机系统3处理得到六价铬和三价铬的谱图；

4)使用一系列三价铬和六价铬浓度已知的标样代替试样，重复上述步骤1)至3)，分别得到相应的标样谱图，以标样的浓度为横坐标、以标样谱图的峰高为纵坐标绘制工作曲线；

5)将所绘制的试样谱图与标样谱图比较，通过所述标样工作曲线的回归方程计算出试样中的三价铬和六价铬含量。

各溶液的配方及制备方法如下：

(1)标准系列溶液的制备

取标准溶液(含三价铬10mg/l，六价铬0.1mg/l)0.025ml、0.125ml、0.25ml、0.50ml、1.25ml分别置于25ml比色管，用0.07mol/l的氯化钠溶液定容至刻度，得到标准系列溶液。该标准系列溶液浓度见表1。

表1标准溶液浓度ug/l

(2)模拟胃液的配制

准确移取5.8ml盐酸溶液，用二级水定容至1000ml，该溶液中盐酸浓度为0.07mol/l。

(3)柱前衍生液配制

准确称取2,6-吡啶二甲酸3.34g、十二水合磷酸氢二钠7.16g、碘化钾16.6g、乙酸铵38.54g、氢氧化钠1.20g，置于1000ml容量瓶中，用超纯水稀释定容，该溶液为淋洗液储备液，也作为柱前衍生液，加入到提取液中与三价铬反应生成三价铬络合物。

(4)淋洗液配制

准确移取上述步骤(3)配制的淋洗液储备液100ml于1000ml容量瓶，用超纯水稀释至刻度，用2mol/l氢氧化钠溶液调节溶液ph值至6.8，该溶液为淋洗液使用液，用0.22um的膜过滤后使用，各物质浓度见表2。

表2淋洗液浓度

(5)柱后衍生液配制

准确称取1,5-二苯碳酰二肼0.48g溶于100ml甲醇，在约500ml超纯水中加入25ml浓硫酸，将上述溶液混合，用超纯水定容至1000ml，用0.22um的膜过滤后使用。

(6)校准溶液测定

移取标准溶液20ml到25ml比色管中，加入2.5ml淋洗液储备液，用纯水定容至刻度，加热煮沸2min，冷却后测定，以峰面积为纵坐标，标准溶液浓度为横坐标绘制标准工作曲线。

(7)样品提取

称取样品0.5g(精确至0.0001g)，将25ml模拟胃液与试样混合均匀，在37℃的水浴条件下避光振荡1小时，然后静置1小时后，提取液过0.22um的滤膜，避光放置。

(8)样品柱前衍生

准确移取20ml提取液于25ml比色管中，加入2.5ml柱前衍生液，用1mol/l氢氧化钠溶液调节ph至6.8±0.1，然后用超纯水定容至刻度，沸水浴5min，冷却，待测。

(9)空白试验

除不加样品外，按照步骤(5)-(7)进行，用于消除因水、试剂中的杂质和仪器的响应误差。

(10)离子色谱条件

为了确定检测波长，采用紫外可见分光光度计分别对衍生后的三价铬和六价铬进行波长扫描，结果表明，衍生后的三价铬在365nm处有最大吸收峰，而六价铬则在530nm处有最大吸收，因此确定实验中三价铬和六价铬的检测波长分别为365nm和530nm.

a)色谱柱：ionpaccs5a分析柱(250mm×4mm)与ionpaccg5a保护柱(50mm×4mm)；

b)淋洗液：溶液含2,6-吡啶二甲酸2mmol/l、磷酸氢二钠2mmol/l、碘化钾10mmol/l、乙酸铵50mmol/l、氢氧化钠2.8mmol/l，等度洗脱；；

c)淋洗液流速：1.0ml/min；

d)柱后衍生试剂：溶液含1,5-二苯碳酰二肼2mmol/l、甲醇10％(v/v)、硫酸2.5％(v/v)；

e)柱后衍生液流速：0.4ml/min；

f)进样量：250ul；

g)检测波长：0-5.0min，365nm；5.0-8.0min，530nm；

(11)样品中三价铬和六价铬的含量的计算，按照如下公式计算样品中三价铬和六价铬的含量：

式中：

wi——样品中三价铬或六价铬的含量，mg/kg；

ci——提取液中三价铬或六价铬浓度，mg/l；

c0i——空白样品提取液中三价铬或六价铬的浓度，mg/l；

m——试样质量，g；

v——试样最终定容体积，ml。

本发明所述玩具材料中三价铬和六价铬的分析方法，三价铬的线性范围均为10-500μg/l，检出限为8.7mg/l(n/s＝3)，相对标准偏差(rsd)为1.32％(n＝7)；六价铬的线性范围为0.1-5.0μg/l，检出限为0.1mg/l(n/s＝3)，相对标准偏差(rsd)为2.17％(n＝7)。

(12)测试结果

采用本发明的测定方法，选取不同材质的10个玩具配件，包括塑料、纸、布料、涂层，在样品中加入不同浓度水平的标准物质，测试加标回收率，校准曲线及回收率测试结果见图3、图4和表3，样品测试加标回收率在90-110％范围内，满足玩具材料三价铬和六价铬含量的检测要求。

表3样品回收率测试

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，应当指出，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。