CN111257479A - 一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法 - Google Patents

一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于重金属检测技术领域。本发明公开了一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其包括取样、样品前处理、离子交换态铬测试样制备、碳酸盐结合态铬测试样制备、三价铬与六价铬测定等步骤。本发明采用柱前衍生的方式，用EDTA‑2Na水溶液直接提取测试样中的Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ），在一定温度下，使Cr（Ⅲ）与EDTA‑2Na发生络合反应，然后选择Hamilton PRP‑X100阴离子交换色谱柱将Cr（Ⅲ）和Cr（Ⅵ）基线分离，再以ICP‑MS测定52Cr，从而实现了水样中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)定量分析；样品前处理操作简便快速、于6 min内实现了Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的分离测定，能满足铬形态检测分析的需要，并为保障水产品质量安全及铬污染修复技术的研究提供方法支持。

Description

一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法
技术领域
本发明涉及重金属检测技术领域，尤其是涉及一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法。
背景技术
铬广泛存在于大气、水体、沉积物及生物体内。铬主要以三价铬Cr(Ⅲ)和六价铬Cr(Ⅵ)形式存在，Cr(Ⅱ)、Cr(Ⅳ)和Cr(V)因其易被氧化而不稳定。需要注意的是，铬在生物体内存在的积极意义和毒性大小与其存在的价态有极大的关系。金属铬和Cr(Ⅱ)的毒性很小甚至无毒；Cr(Ⅲ)对于维持葡萄糖、脂质和蛋白质的代谢具有重要作用，是生物体必需的微量元素之一；而Cr(Ⅵ)却是一种对生物系统有毒性作用的元素，其毒性比Cr(Ⅲ)大100-1000倍。近年来，随着工业快速发展、人类社会活动不断增加，水环境中的铬污染大部分是由于大量废水被任意排放及固体残渣等废弃物所致。然而需要引起注意的是Cr所造成的污染是很难被降解或削减的，一般是只能通过在不同的区域或不同环境中相互迁移，在此迁移过程中，由于环境条件的改变，Cr会不可避免地发生一些形态或价态上的改变，并且会由低浓度的铬逐渐富集成高浓度的铬，通过被食物链中不同级别的生物吸收，造成不同层次的蓄积，进而制约水产养殖业的发展，并对人类健康造成无法预估的伤害。
铬形态分析的检测技术主要有HPLC-ICP-MS、IC-ICP-MS、RPLC-ICP-MS、GC-ICP-MS、以及CE-ICP-MS等。其中HPLC与ICP-MS联用技术以不同的色谱分离柱完成不同种类样品分析物的分离，具有元素专一性，线性范围宽，检测限低等特点，且HPLC的流速和ICP-MS的进样速度相匹配，不需要复杂的样品前处理和复杂的接口，是具有高灵敏度和高选择性的形态分析系统，成为目前金属元素形态分析中最有效的检测手段。
目前国家标准只有GB/T 7467-1987《水质六价铬的测定二苯碳酰二肼分光光度法》可测定水质中的六价铬。因此，对环境中不同铬形态含量进行摸底调查，准确评估环境中不同铬形态的迁移转化特征，为进一步研究铬的生理和毒理作用提供数据支撑，为铬污染修复工作提供理论依据，为行政执法部门提供技术支持，对保护海洋环境具有重要意义。
发明内容
为解决现有环境(水体沉积物)检测中铬元素形态的检测技术不足，本发明提供了一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其能同时检测样品中的三价铬和六价铬，为准确分析检测环境中的铬元素情况提供重要的技术基础。
为实现上述目的，本发明中采用的技术方案如下：
一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，包括以下步骤：
a)取样：获得水体沉积物样品，将水体沉积物样品置于低温环境下保存；
b)样品前处理：将水体沉积物干燥后研磨，过100目筛制得水体沉积物样品，低温避光保存；
c)离子交换态铬测试样制备：称取2.0g水体沉积物样品与50～100mL离心管中，加入20～30mL氯化镁溶液，超声处理30～50分钟，然后以4000～6000rpm的转速离心处理6～10分钟，取全部上清液定容至50～100mL得离子交换态测试样，离心处理后的不容物A留于离心管中备用；
d)碳酸盐结合态铬测试样制备：向不容物A加入20～40mL醋酸钠-醋酸溶液，超声处理60～80分钟，然后以4000～6000rpm的转速离心处理5～10分钟，取全部上清液并定容至50～100mL得碳酸盐结合态测试样；
e)三价铬与六价铬测定：取离子交换态铬测试样和碳酸盐结合态铬测试样分别进行如下检测，将测试样用0.45μm滤膜过滤，分别量取5mL测试样于10～15mL离心管中，加入0.5mL的EDTA-2Na溶液，用去离子水定容至10～15mL，混匀，放置于电热恒温水浴锅于60～80℃条件下加热小时，迅速冷却至室温后过0.45μm滤膜，用HPLC-ICP-MS分析方法分别测定离子交换态测试样和碳酸盐结合态测试样中的三价铬和六价铬。
作为优选，步骤c)中，氯化镁溶液的浓度为1mol/L，pH值为7.0。
作为优选，步骤d)中，醋酸钠-醋酸溶液中醋酸钠的浓度为1mol/L，pH值为5.0。
作为优选，步骤e)中，EDTA-2Na溶液的浓度为100mmol/L。
作为优选，步骤e)中，HPLC的测试条件如下：
色谱柱：Hamilton PRP-X100阴离子交换柱150×4.6mm 5μm；流动相：100mmol/LNH4NO3pH＝7.0～7.2；流速：0.8mL/min；洗脱方式：等度洗脱；柱温：室温20℃；分析时间：6min；进样量：50μL。
作为优选，步骤e)中，ICP-MS的测试条件如下：
RF功率：1550W；采样深度：8mm；雾化室温度：2℃；载气流量：氩气1.2L/min；碰撞反应气：氦气；碰撞气流量：4.5mL/min；样品引入：其他；数据采集模式：TRA；蠕动泵转速：0.5rps；检测质量数m/z：52；积分时间：0.3s；测量时间360s。
作为优选，步骤a)中，低温环境为4℃的低温环境；所述步骤b)中，低温避光保存为4℃的低温下避光保存。
采用柱前衍生的方式，用EDTA-2Na水溶液直接提取海产品中的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，在一定温度下，使Cr(Ⅲ)与EDTA-2Na发生络合反应，然后选择Hamilton PRP-X100阴离子交换色谱柱将Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)基线分离，再以ICP-MS测定52Cr，从而实现了海产品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)定量分析，而并非采用由总铬含量与六价铬含量相减间接获得三价铬含量的方法实现海产品中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)测量分析。
因此，本发明具有以下有益效果：本发明采用柱前衍生的方式，用EDTA-2Na水溶液直接提取测试样中的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)，在一定温度下，使Cr(Ⅲ)与EDTA-2Na发生络合反应，然后选择Hamilton PRP-X100阴离子交换色谱柱将Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)基线分离，再以ICP-MS测定52Cr，从而实现了水样中Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)定量分析；样品前处理操作简便快速、于6min内实现了Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)的分离测定，能满足铬形态检测分析的需要，并为保障水产品质量安全及铬污染修复技术的研究提供方法支持。
附图说明
图1为本发明水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法中的Cr(Ⅲ)和Cr(Ⅵ)色谱图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明的技术方案作进一步的说明。
显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明中，若非特指，所有的设备和原料均可从市场上购得或是本行业常用的，下述实施例中的方法，如无特别说明，均为本领域常规方法。
实施例1
1.仪器与试剂：
电感耦合等离子体质谱仪(Agilent 7900，USA)，高效液相色谱仪(Waters ACQUITYUPLC，USA)，色谱分离使用戴安公司阴离子保护柱(Ion PacAG11,50mm×4mm,Dionex,USA)，该柱子用一根PEEK管(50cm,0.18mm i.d.)和电感耦合等离子体质谱仪的玻璃同心雾化器直接相连，超声仪(ks-80D，宁波海曙科生超声设备有限公司)，进行辅助提/萃取，离心机(Avanti JXN-30，BECKMAN COULTER)进行固液分离。pH测定采用PHS-3C酸度计(上海仪电科学仪器股份有限公司)。
上述设备型号和出品厂家仅为说明本发明实施例，并不因此限定本发明。
Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)单元素标准溶液(1000mg/L，国家有色金属及电子材料分析测试中心)，实验所用试剂硝酸铵(NH4NO3)、乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)均为分析纯，氨水、HNO3、H2O2均为优级纯，实验用水为经元素型摩尔纯水装置纯化后的去离子水。
NH4NO3溶液(100mmol/L)：称取NH4NO3 4.002g溶于450mL去离子水中，用10％氨水(NH3·H2O)调pH＝7.0～7.2，并用去离子水定容至500mL，临用前超声10min。
乙二胺四乙酸二钠(EDTA-2Na)溶液(100mmol/L)：称取3.722g EDTA-2Na溶于90mL去离子水中，用10％氨水(NH3·H2O)调pH＝7.0，并用去离子水定容至100mL。
Cr(Ⅲ)储备液(10mg/L)：取0.5mL Cr(Ⅲ)单元素标准溶液于50mL容量瓶中，加入2.5mL EDTA-2Na溶液，用去离子水定容至刻度，混匀，置于电热恒温水浴锅中60℃加热1h，冷却至室温，可于4℃下储存3个月。
Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)混合标准使用液(1mg/L)：取5mLCr(Ⅲ)储备液与50μL Cr(Ⅵ)单元素标准溶液于50mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，混匀。
分别配制含0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0μg/L的Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)混合标准溶液，进行HPLC-ICP-MS分析。以质量浓度为横坐标(X轴)，色谱峰积分面积为纵坐标(Y轴)，绘制标准工作曲线，Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)均呈现较好的线性关系。此外，对0.1μg/L浓度的Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)混合标准溶液连续测定10次计算出标准偏差(SD)，以3倍标准偏差对应的浓度计算方法检出限。同时测定平行精度(0.1μg/L，n＝6)分别为1.30％和2.34％。表3为Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的线性回归方程、相关系数及检出限。
表1 Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的线性回归方程、相关系数及检出限
Figure BDA0002283088030000041
2.沉积物中铬形态测定
采集四个沉积物样品进行分析检测，前处理提取及分析步骤如下：
2.1离子交换态铬的测定
称取2.0g(精确到0.001g)沉积物样品于50mL离心管中，加入20mL氯化镁溶液(1mol/L，pH＝7.0)，置于超声波清洗器中超声30分钟，取出后于离心机上4000rpm离心6分钟，移取全部上清液并用去离子水定容至50mL进行测定，不溶物留在管中备用。
2.2碳酸盐结合态铬的测定
于“2.1”方法的不溶物中加入20mL醋酸钠溶液(1mol/L，pH＝5.0)，摇匀，置于超声波清洗器中超声60分钟，取出后于离心机上4 000rpm离心5分钟，用去离子水定容至50mL，移取全部上清液并用去离子水定容至50mL进行测定，不溶物留在管中备用。
2.3 Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的测定
按照优化后的分离Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的柱前衍生HPLC-ICP-MS分析方法进行测定。先取“2.2.1离子交换态铬”与“2.2.2碳酸盐结合态铬”中适量上清液用0.45μm滤膜过滤，分别量取5mL水样于10mL离心管中，加入0.5mL的EDTA-2Na溶液(100mmol/L)，用去离子水定容至10mL，混匀，放置于电热恒温水浴锅于60℃条件下加热1h，迅速冷却至室温后过0.45μm滤膜，用HPLC-ICP-MS分析方法进行测定Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)，如图1所示。并做2组不同浓度的加标试验，计算其回收率。此外，以去离子水代替水样样品，按照上述步骤制备空白试样，并取同一水样采用完全相同的分析步骤、试剂和用量,进行平行试验。表2与表3为样品分析结果。
表2沉积样品中不同形态铬的测定结果
Figure BDA0002283088030000051
表3沉积样品中Cr(Ⅲ)与Cr(Ⅵ)的测定结果
Figure BDA0002283088030000052
注：
1、/表示未检出；
2、总铬测定按照国家标准GB5009.268-2016进行检测。
应当理解的是，对于本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于包括以下步骤：
a）取样：获得水体沉积物样品，将水体沉积物样品置于低温环境下保存；
b）样品前处理：将水体沉积物干燥后研磨，过100目筛制得水体沉积物样品，低温避光保存；
c）离子交换态铬测试样制备：称取2.0g水体沉积物样品与50～100mL离心管中，加入20～30mL氯化镁溶液，超声处理30～50分钟，然后以4000～6000rpm的转速离心处理6～10分钟，取全部上清液定容至50～100mL得离子交换态测试样，离心处理后的不容物A留于离心管中备用；
d）碳酸盐结合态铬测试样制备：向不容物A加入20～40mL醋酸钠-醋酸溶液，超声处理60～80分钟，然后以4000～6000rpm的转速离心处理5～10分钟，取全部上清液并定容至50～100mL得碳酸盐结合态测试样；
e）三价铬与六价铬测定：取离子交换态铬测试样和碳酸盐结合态铬测试样分别进行如下检测，将测试样用0.45μm滤膜过滤，分别量取5mL测试样于10～15mL离心管中，加入0.5mL的EDTA-2Na溶液，用去离子水定容至10～15mL，混匀，放置于电热恒温水浴锅于60～80℃条件下加热小时，迅速冷却至室温后过0.45μm滤膜，用HPLC-ICP-MS分析方法分别测定离子交换态测试样和碳酸盐结合态测试样中的三价铬和六价铬。
2.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤c）中，氯化镁溶液的浓度为1mol/L，pH值为7.0。
3.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤d）中，醋酸钠-醋酸溶液中醋酸钠的浓度为1mol/L，pH值为5.0。
4.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤e）中，EDTA-2Na溶液的浓度为100mmol/L。
5.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤e）中，HPLC的测试条件如下：
色谱柱：Hamilton PRP-X100 阴离子交换柱 150×4.6mm 5μm；流动相：100mmol/LNH4NO3 pH=7.0～7.2；流速：0.8mL/min；洗脱方式：等度洗脱；柱温：室温 20℃；分析时间：6min；进样量：50μL。
6.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤e）中，ICP-MS的测试条件如下：
RF功率：1550W；采样深度：8mm；雾化室温度：2℃；载气流量：氩气 1.2L/min；碰撞反应气：氦气；碰撞气流量：4.5mL/min；样品引入：其他；数据采集模式：TRA；蠕动泵转速：0.5rps；检测质量数m/z：52；积分时间：0.3s；测量时间360s。
7.根据权利要求1所述的一种水体沉积物中三价铬和六价铬的提取与分析方法，其特征在于：
所述步骤a）中，低温环境为4℃的低温环境；所述步骤b）中，低温避光保存为4℃的低温下避光保存。
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