瓶裝飲用水中高氯酸鹽含量的離子色譜-電導檢測法和離子色譜-串聯質譜法測定研究

顧晴杰，黃雪婷,2，王 瑾，張東雷，任潔芳，葉明立，陳梅蘭*

(1.浙江樹人大學生物與環境工程學院，浙江杭州 310011;2.常州大學石油化工學院，江蘇常州 213164;3.浙江省產品質量安全檢測研究院，浙江杭州310028)

高氯酸鹽是一種新型的持久性環境污染物，極易溶于水，穩定性好，不易降解[1]。飲用水中的高氯酸鹽主要來源于火箭導彈的燃料、炸藥以及煙花爆竹中使用的NH4ClO4[2]，另一方面人為生產的高氯酸鹽原料不正確的使用和處理，導致大量高氯酸鹽進入土壤和水體中[3]。由于高氯酸鹽的離子結構和價態與I-極為相似，因此會與I-競爭進入人體甲狀腺，阻礙甲狀腺激素的分泌，從而影響甲狀腺功能，導致人體新陳代謝功能紊亂，影響人體的正常身體機能，具有潛在的致癌性[4,5]。近年來，高氯酸鹽在土壤、飲用水、地表水中均有發現，已引起人們的極大關注[6]。2005年美國環境保護署設置高氯酸鹽的參考濃度為24.5 μg·L-1，2009年美國環境保護署將高氯酸鹽的參考濃度改為15.0 μg·L-1[7]。而在我國，出口食品中高氯酸鹽的液相色譜-串聯質譜測定(SN/T 4089-2015)沒有設定具體的參考濃度，但不少水體中均發現含有高氯酸鹽，并且在茶葉[8]、牛奶[9]等食品中也發現高氯酸鹽的存在。

近年來，研究者們開發了離子色譜-電導法(IC-CD)[10]、離子色譜-質譜法(IC-MS)[11]、液相色譜-串聯質譜法[12]、離子色譜-串聯質譜法[13]等測定高氯酸鹽的方法。離子色譜法作為高氯酸鹽的主要分析手段，通常采用大體積進樣(一般為1 mL)以滿足μg·L-1級樣品的分析，操作簡單、便捷，但存在靈敏度低和假陽性現象[14]。離子色譜-質譜法分析高氯酸鹽時，樣品進入質譜前先經抑制器，可去除大量陽離子以降低對離子源的污染[15]。但離子色譜-質譜法測定飲用水、地表水中的高氯酸鹽，仍然存在著靈敏度低及一定假陽性現象[16]。離子色譜-串聯質譜法，可通過二級質譜消除假陽性現象，并提高檢測的靈敏度和準確度。我們采用離子色譜-電導檢測法和離子色譜-串聯質譜法，分別對瓶裝飲用水中高氯酸鹽進行測定。與文獻方法[10 - 13]相比，我們對兩種方法進行t檢驗和F檢驗，以驗證兩種方法的適用性，明確了兩種方法都可以用于水中高氯酸鹽的檢測，且在檢測過程中可進行方法的選擇，若是檢測的水樣中的高氯酸鹽濃度較高，可以采用常規的離子色譜-電導檢測法；若是濃度很低，則采用低檢出限的離子色譜-串聯質譜法來檢測。

1 實驗部分

1.1 儀器與條件

IC-CD條件：ICS-5000型離子色譜儀，AS16分析柱(250 mm×4 mm)，AG16保護柱(50 mm×4 mm)；40 mmol的KOH淋洗液由EGC淋洗液自動發生器在線自動產生；淋洗液流速為1.0 mL/min；抑制器電流99 mA；柱溫為35 ℃；進樣體積為1 mL。

IC-MS/MS條件：DIONEXAQUION型離子色譜儀，AS20分析柱(250 mm×4 mm)，AG20保護柱(50 mm×4 mm)；45 mmol的KOH淋洗液由EGC淋洗液自動發生器在線自動產生；淋洗液的流速為0.3 mL/min；抑制器電流34 mA；DIONEXAS-DV自動進樣器進樣體積為1 mL。SCIEXQTRAP5500三重四極桿質譜儀；電噴霧離子源,負離子模式,離子源溫度550 ℃;電噴霧電壓-4 500 V，氣簾氣流量(Curtaingas):241.3 kPa;噴霧氣流量(Ionsourcegas1)379.2 kPa；輔助加熱氣流量(Ionsourcegas2):379.2 kPa；監測離子對m/z:98.9/82.9；106.9/88.9，采集時間13 min。

1.2 標準溶液

高氯酸鹽標準樣品購自食品安全檢測研究院，濃度為1 000 μg·L-1，貯存于4 ℃冰箱中備用，同時稀釋。

1.3 水樣前處理

將C18柱用10 mL的甲醇活化30 min后，再將活化后的C18柱和Na離子柱(不需要甲醇活化)分別用10 mL的去離子水進行潤洗活化30 min后待用。使用前將C18柱和Na離子柱連接在0.22 μm的濾頭上，用針筒將里面空氣排出，并將水樣注射進去，棄去前2～3 mL流出液，收集10 mL樣品溶液待用。

2 結果與討論

2.1 色譜及質譜條件的優化

圖1 離子色譜-電導檢測色譜圖Fig.1 Chromatogram of ion chromatograply-conductance detection1.Standard sample of perchlorate(1.0 μg·L-1);2.Water sample.

圖2 1.0 μg/L高氯酸鹽質譜圖Fig.2 Mass spectrometry of perchlorate(1.0 μg·L-1)

2.2 陰離子的干擾

表1 Cl-和干擾實驗

2.3 方法學考察

配制濃度分別為0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μg·L-1高氯酸鹽標準溶液，依次進樣IC-CD分析，每個樣品平行進樣3次，計算平均峰面積。根據峰面積和濃度繪制標準曲線。另外配制濃度分別為0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg·L-1高氯酸鹽標準溶液(含0.5 μg·L-1高氯酸鹽內標)，依次進樣IC-MS/MS分析，與IC-CD同樣的方法繪制標準曲線。分別采用最低濃度0.5 μg·L-1(IC-CD)、0.05 μg·L-1(IC-MS/MS)的標準溶液重復進樣7次，計算相對標準偏差(RSD)，以3倍基線噪聲(S/N=3)計算檢出限，以10倍基線噪聲(S/N=10)計算定量限，結果見表2。

表2 線性方程、相關系數、線性范圍、檢出限以及RSD

2.4 樣品測定和回收率實驗

將3種水樣加標，并按IC-CD和IC-MS/MS兩種方法分別平行測定6次，并計算加標回收率，結果見表3和表4。

表3 IC-CD法加標回收率

表4 IC-MS/MS法加標回收率

2.5 方法F檢驗和t檢驗

為了比較兩種檢測方法的精密度和系統誤差，選用農夫山泉飲用水作為實驗樣品，分別用兩種方法各測定15次，對測定數據進行狄克遜檢驗，結果表明，均為正常值。

2.5.1F檢驗將IC-CD以及IC-MS/MS這兩種方法所測得的數據進行F單側檢驗，以檢驗方法的精密度，根據顯著性水平α=0.05，df1=14，df2=14及F分布表，結果列入表5。根據檢測結果可得，F<1，因此選擇左側檢驗。因為F>F單尾臨界，且P>0.05，所以兩組數據方差無顯著差異，IC-CD及IC-MS/MS精密度沒有顯著性差異。

表5 F-檢驗：雙樣本方差分析

2.5.2t檢驗將IC-CD及IC-MS/MS這兩種方法所測得的數據進行t檢驗，檢驗方法之間是否存在系統誤差，根據顯著性水平α=0.05，df1=14，df2=14及T檢驗分布表，結果列入表6。

表6 t-檢驗:雙樣本等方差假設

當tails=2時，T.TEST=P(T<=t)雙尾=1>0.05，由此可得兩組數據平均值之間無顯著性差異。可見，F檢驗和t檢驗表明，IC-CD及IC-MS/MS在各自定量限以上都可以用來檢測水樣中高氯酸鹽的含量，但由于IC-CD的檢出限高于IC-MS/MS的檢出限，因此對于較高濃度的高氯酸鹽可選用IC-CD法進行檢測，對于較低濃度的高氯酸鹽可選用IC-MS/MS法進行檢測。

2.6 檢測結果分析

由于瓶裝飲用水中高氯酸鹽含量較低，我們采用IC-MS/MS法檢測杭州當地超市出售的15種瓶裝飲用水。其中，7種為飲用純凈水(編號為1～7)，8種為天然飲用礦泉水(編號為8～15)，檢測結果見表7。從表7中可以看出，飲用純凈水(編號1～7)中基本不含氯酸鹽或含量較低，天然飲用礦泉水的高氯酸鹽含量普遍高于飲用純凈水，但含量并不是很高。市售15種瓶裝飲用水中高氯酸鹽含量均未超過美國環境保護署高氯酸鹽安全限量值15.0 μg·L-1。

表7 瓶裝飲用水中高氯酸鹽濃度

3 結論

本文建立了IC-CD和IC-MS/MS兩種測定高氯酸鹽的分析方法，并對方法進行了F檢驗和t檢驗，結果表明，兩種方法在精密度和系統誤差上并沒有顯著差異，兩種方法都可以用于高氯酸鹽的檢測。IC-MS/MS法的檢出限和定量限較低(分別為0.01 μg·L-1和為0.04 μg·L-1)，而IC-CD法的檢出限稍高(分別為0.35 μg·L-1和1.17 μg·L-1)，對不同含量的高氯酸鹽樣品可選擇使用。