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離子色譜ICP-MS 分析天然水中的鉻
閱讀：179 發(fā)布時間：2025-4-30引言 需要檢測鉻毒性的樣品種類范圍很寬，包括飲用水、 食品以及臨床樣品（臨床樣品主要用于職業(yè)暴露評 價）。不過，有毒的只是鉻的六價形式 Cr(VI) ，而三 價形式的鉻則是人體營養(yǎng)的基本元素。因此，要想確 定鉻的毒性，必須測量其 Cr(VI) ，而不是簡單的總 鉻濃度。 有兩個途徑可以解決這個問題：首先，如果測量的總 鉻濃度低于有毒的 Cr(VI) 水平，那么即使所有的鉻 都是以 Cr(VI) 存在，也有理由得出該樣品中鉻的濃 度不具有毒性。不過，這種方法對于含有高濃度 Cr(III) 的樣品來講，會導(dǎo)致大量的假陽性現(xiàn)象，因 此比較準(zhǔn)確的方法是分離后測定 Cr(VI) 本身。理想 的方法是對兩種鉻的形態(tài)分離和測定，一次分析可以 得到總鉻和有毒的 Cr(VI) 的含量。
元素的不同形態(tài)的分離和檢測通常是一個直面的挑戰(zhàn)。 而鉻的形態(tài)分析卻不尋常。這是因為天然樣品，比如 水中鉻的一般形態(tài)是 Cr(VI) 的鉻酸鹽 (CrO4 2–) 以及 Cr(III) 的鉻離子(Cr3+)。鉻酸鹽是一種陰離子，而三 價鉻離子是陽離子。所以在相同條件下，采用一種離 子交換方法是不能對這兩種離子都起作用的。還有一 個問題是在諸如水這樣的樣品中，Cr(III) 是穩(wěn)定 的氧化態(tài)，而 Cr(VI) 離子則是強氧化劑，在酸介質(zhì) 或有機物存在時，很容易被還原。因此，在樣品采集、 儲存和制備過程中都必須非常小心，以保證原始樣品 中鉻的形態(tài)分配在分析之前保持不變。因此，在樣品 采集、儲存和制備過程中都必須非常小心，以保證原 始樣品中鉻的形態(tài)分配在分析之前保持不變。
實驗 本文介紹的方法采用一種優(yōu)化的樣品穩(wěn)定方法，將 樣品與 EDTA 放在 40 °C 恒溫箱中，EDTA 與 Cr(III) 形成一種絡(luò)合物，然后用一個簡單的色譜法分離 Cr(III)EDTA 絡(luò)合物和 Cr(VI)。形成 Cr(III)EDTA 絡(luò) 合物的反應(yīng)取決于保溫時間和溫度。在 60 °C 1 個小 時之內(nèi)或 40 °C 3 小時條件下，反應(yīng)。在室溫條 件下，即使放置 7 小時，反應(yīng)也不會全。 注意該方法對于天然水樣品，需要加入比較高濃度的 EDTA。因為其它一些離子，比如 Ca 和 Mg，通常在 硬質(zhì)飲用水中的濃度為 10’s 或 100’s mg/L，也會和 Cr(III) 競爭形成 EDTA 的絡(luò)合物，如 EDTA 量不夠， 導(dǎo)致 Cr(III) 的回收率隨基體偏低。
采用離子色譜 (IC) 分離 Cr 的形態(tài)，ICP-MS電感耦合等離子體質(zhì)譜 測定的 聯(lián)用技術(shù)是一種理想的分析方法。用一種簡單的、低 成本的離子色譜裝置就可以分離鉻的不同形態(tài)。ICPMS 可以實現(xiàn)相當(dāng)?shù)蜐舛鹊你t形態(tài)的測量，提供準(zhǔn)確 的暴露水平評價濃度，甚至可以測量天然的或背景水 平濃度的鉻。 ICP-MS 具有靈敏度，因此是許多元素很好的 檢測器。碰撞/反應(yīng)池的引入，消除了基體有關(guān)的 ArC 和 ClOH 的干擾，所以 ICP-MS 可以更為準(zhǔn)確和 靈敏的測定主同位素 52Cr。鉻形態(tài)分離所用的樣品制 備方法，色譜柱類型以及色譜條件列于表1。注意， 除了樣品用 EDTA 鈉鹽穩(wěn)定外，流動項中也要加入 EDTA，在分離期間穩(wěn)定 Cr(III) 的絡(luò)合物。另外，必 須將溶液調(diào)到 pH 7，以利于鉻形態(tài)的穩(wěn)定和優(yōu)化 的色譜分離。
圖 1 是本工作所用的離子色譜的結(jié)構(gòu)。注意，采用非 金屬離子色譜泵（Metrohm 818 IC 泵）傳輸流動相， 用安捷倫 7500ce ICP-MS 的可選集成樣品引入系統(tǒng) (ISIS) 填載和切換樣品環(huán)。這種結(jié)構(gòu)維持高精密度和 較高的 IC 泵壓力，比完整的 IC 或 HPLC 系統(tǒng)更為 簡單且成本低。因為除了 ICP-MS 項系統(tǒng)，只需要配 上 IC 泵模塊即可。
結(jié)果和討論 在上述條件下，用安捷倫 7500ce 的 H2 池模式去除 ArC 和 ClOH 對 52Cr 的干擾，鉻形態(tài)分析的檢出限 (DLs) <20 ng/L，見表 2。 許多有關(guān)六價鉻的國際規(guī) 范中指定的最大允許濃度是 1 µg/L，要求的檢出限是 其十分之一(100 ng/L)。本工作即使采用少至 100 µL 的進樣體積，也還是很容易滿足這些要求的。不過， 將進樣體積增加到 500 µL，檢出限降低到 13.2 ng/L Cr(III)，15.8 ng/L Cr(VI)。