食品营养强化剂三氯化铬中六价铬含量测定方法研究-分光光度法

赵琴 褚佳玥 张益萍

（上海市质量监督检验技术研究院，上海 200233）

三价铬是人体中碳水化合物、蛋白质、脂肪正常代谢所需要的一种微量元素，与胰岛素的功能密切相关。研究表明，2型糖尿病、心血管疾病及神经系统紊乱与三价铬的缺乏有密切关系[1-13]。在供糖尿病、心血管病、硬化症、风湿及肥胖症患者食用的特殊膳食食品中，经常添加微量三价铬元素，以达到预防或治疗的作用。我国于2012 年颁布食品安全国家标准GB 14880-2012《食品安全标准 食品营养强化剂使用标准》，其中规定允许特殊膳食用食品中补充铬元素，并且明确其化合物来源为氯化铬和硫酸铬[14]。

氯化铬又名六水合三氯化铬，分子式CrCl3·6H2O，分子量266.44，深绿色结晶粉末，易溶于水。目前主流生产工艺为：以三氧化铬及盐酸为原料进行反应后，经还原剂还原制得氯化铬。从生产工艺可以看出，氯化铬原料中铬的价态为正六价，后期经还原剂还原为三价铬。六价铬与三价铬相比虽然只是价态不同，但在人体中的作用大不相同，其毒性已经达到了剧毒的水平，对人体危害极大[15-20]，需要严格对其含量进行控制。美国食品化学法典FCC 10 中规定，三氯化铬中六价铬限量标准为不高于250 mg/kg[21]。如果营养强化剂氯化铬生产工艺控制不严格，其中六价铬含量超标，可能会对人体产生极大的危害，尤其是对食用特殊膳食食品的患者。因此，三氯化铬产品中六价铬含量的检测尤为重要。

目前，六价铬含量的检测方法包括分光光度法[22-25]，大型仪器法如HPLC-ICP-MS、IC-ICP-MS[25-30]等。其中大型仪器法检测三氯化铬中六价铬含量，虽然抗干扰能力强，检出限低，但其仪器成本在数百万左右，而且仪器使用者需要经过专业的培训，对检验技术人员要求较高，给企业带来了巨大的成本压力。分光光度法测定六价铬含量，成本较低，但相较于大型仪器法，抗干扰能力较弱，主要应用于水质检测中。三氯化铬呈深绿色，水溶液带有较深的颜色，给分光光度法的应用带来一定困难。

本研究利用在酸性条件下，二苯碳酰二肼可以和三氯化铬中的六价铬发生专一性反应，生成络合物，此络合物在540 nm 处具有最大吸收峰，符合朗博比尔定律，据此测定六价铬含量。分别采用抗坏血酸还原法及空白试剂对照两种方法消除三氯化铬干扰，建立了六水合三氯化铬中六价铬含量的经济、可靠的测定方法。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

硫酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；盐酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；丙酮（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；抗坏血酸（分析纯，国药集团化学试剂有限公司）；二苯碳酰二肼（分析纯，Sigma-Aldrich）；六价铬标准溶液（100 μg/mL，上海市计量测试技术研究院）。

1.2 仪器与设备

AL204 电子天平（瑞士梅特勒托利多）；Evolution 220紫外分光光度计（德国Thermo Fisher）。

1.3 实验方法

三氯化铬为深绿色结晶粉末，其水溶液呈绿色，需要进行空白扣除以避免本底的干扰。在空白的选择上，本文考查了两种方法：抗坏血酸还原法和空白试剂对照法。抗坏血酸还原法，利用抗坏血酸的还原性将六价铬还原为三价铬，使其中六价铬不显色，排除空白溶液中六价铬的干扰。空白试剂对照法，采用不加显色剂的方法进行空白对照。

1.3.1 抗坏血酸还原法

称取0.4 g 样品（精确至0.000 1 g），置于200 mL 容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，摇匀。吸取两份50 mL 溶液于两个100 mL 容量瓶中，其中一份作为空白溶液。标准管与空白管中各加入2 mL 硫酸溶液（体积比为1:1），加入1 mL盐酸溶液（体积比为1:1）。空白管中加入1 mL 抗坏血酸溶液（1%水溶液），摇匀后静置10 min。于样品管与空白管各加入1 mL 显色剂（2 g/L 二苯碳酰二肼丙酮溶液），定容至100 mL，摇匀后放置20 min，在分光光度计上，用3 cm 比色皿，于540 nm 波长处，以空白管校零，测量样品溶液的吸光度。根据标准曲线回归方程，计算三氯化铬中六价铬含量。

1.3.2 空白试剂对照法

称取0.4 g 样品（精确至0.000 1 g），置于200 mL 容量瓶中，加水溶解并定容至刻度，摇匀。吸取两份50 mL 溶液于两个100 mL 容量瓶中，其中一份作为空白溶液。标准管与空白管中各加入2 mL 硫酸溶液（体积比为1:1），加入1 mL 盐酸溶液（体积比为1:1）。在样品容量瓶中加入1 mL 二苯碳酰二肼溶液（2 g/L），空白溶液中不加，两个容量瓶分别定容至刻度，摇匀，放置20 min。在分光光度计上，用3 cm 比色皿，于540 nm 波长处，以空白管校零，测量样品溶液的吸光度。根据标准曲线回归方程，计算三氯化铬中六价铬含量。

2 结果与分析

2.1 标准曲线线性

在标准管中各加入相当于0 μg、1 μg、5 μg、10 μg、15 μg、20 μg、25 μg、30 μg 六价铬的标准溶液，分别加水至80 mL，加入2 mL 硫酸溶液（体积比为1:1），加入1 mL 盐酸溶液（体积比为1:1），加入1 mL 显色剂，定容至100 mL，摇匀后静置20 min，以零管为空白测定各标准管吸光度。以六价铬含量为横坐标，吸光度值为纵坐标，绘制标准曲线，如图1 所示，线性相关系数R2=0.999 2。

图1 二苯碳酰二肼法测定六价铬含量的标准曲线

2.2 两种检测方法比较

对同一阳性三氯化铬样品，按照1.3.1、1.3.2 小节中方法测定其中六价铬含量，每种方法进行7 组平行实验，检测结果如表1 所示。由表1 数据可以看出，两种方法检测结果基本相同，相对标准偏差相近，空白试剂对照法和抗坏血酸还原法均可消除样品溶液本底干扰。考虑到检测方法便捷性，确定采用空白对照法作为检测方法。

表1 抗坏血酸还原法与空白试剂对照法方法比较

2.3 加标回收率

取一个未检出六价铬的三氯化铬样品（经IC-ICP-MS 确认，检出限4 mg/kg），进行三个水平的加标，添加量相当于样品含量为20 mg/kg、60 mg/kg、200 mg/kg。每个水平进行3组平行实验，结果如表2 所示。

表2 加标回收实验数据

由表2 结果可以看出，三个水平的加标回收实验，三氯化铬中六价铬含量的测定，回收率均在90%以上。

2.4 样品检测数据

共收集了16 批次样品，其中11 批次产品由生产企业提供，5 批次产品为市场购买。其中15 批次产品六价铬含量均小于检出限（10 mg/kg），1 批次产品检出六价铬，为生产企业提供，含量为16.2 mg/kg，小于FCC 10 限量值。测定结果如表3所示。

表3 三氯化铬中六价铬含量测定结果

2.5 实验室间数据比对

由三家实验室，采用分光光度法对三个不同批次的营养强化剂三氯化铬样品，进行六价铬含量测定。实验条件需按照：本文空白试剂对照法，每件样品进行7 组平行实验，计算其相对偏差。结果如表4 所示。

表4 三家实验室的氯化铬中六价铬含量数据对比（n=7）

由表4 可见，三家实验室测得的三个不同批次三氯化铬样品的六价铬含量相对平均偏差为0.75%～1.72%，数据稳定性较好，精密度高，说明本文方法适用于氯化铬中六价铬含量的检测。

3 结论与讨论

三价铬是人体必需的微量元素，但六价铬为剧毒物质，因此需要对三氯化铬中的六价铬含量进行监控。本文建立了分光光度法测定食品营养强化剂氯化铬中六价铬含量的检测方法，利用二苯碳酰二肼与六价铬进行专一性反应，生成的产物在540 nm 处具有最大吸收，经空白扣除后，分光光度法定量。方法检出限能够满足限量要求，线性相关系数0.999 2，相对标准偏差RSD=3.53%（n=7），回收率达到90%以上。与大型仪器法相比，检测成本及技术难度大幅下降，可以进行广泛推广，作为食品营养强化剂三氯化铬中六价铬含量测定的可靠检测方法。