瓶装饮用水中高氯酸盐含量的离子色谱-电导检测法和离子色谱-串联质谱法测定研究

顾晴杰，黄雪婷,2，王 瑾，张东雷，任洁芳，叶明立，陈梅兰*

(1.浙江树人大学生物与环境工程学院，浙江杭州 310011;2.常州大学石油化工学院，江苏常州 213164;3.浙江省产品质量安全检测研究院，浙江杭州310028)

高氯酸盐是一种新型的持久性环境污染物，极易溶于水，稳定性好，不易降解[1]。饮用水中的高氯酸盐主要来源于火箭导弹的燃料、炸药以及烟花爆竹中使用的NH4ClO4[2]，另一方面人为生产的高氯酸盐原料不正确的使用和处理，导致大量高氯酸盐进入土壤和水体中[3]。由于高氯酸盐的离子结构和价态与I-极为相似，因此会与I-竞争进入人体甲状腺，阻碍甲状腺激素的分泌，从而影响甲状腺功能，导致人体新陈代谢功能紊乱，影响人体的正常身体机能，具有潜在的致癌性[4,5]。近年来，高氯酸盐在土壤、饮用水、地表水中均有发现，已引起人们的极大关注[6]。2005年美国环境保护署设置高氯酸盐的参考浓度为24.5 μg·L-1，2009年美国环境保护署将高氯酸盐的参考浓度改为15.0 μg·L-1[7]。而在我国，出口食品中高氯酸盐的液相色谱-串联质谱测定(SN/T 4089-2015)没有设定具体的参考浓度，但不少水体中均发现含有高氯酸盐，并且在茶叶[8]、牛奶[9]等食品中也发现高氯酸盐的存在。

近年来，研究者们开发了离子色谱-电导法(IC-CD)[10]、离子色谱-质谱法(IC-MS)[11]、液相色谱-串联质谱法[12]、离子色谱-串联质谱法[13]等测定高氯酸盐的方法。离子色谱法作为高氯酸盐的主要分析手段，通常采用大体积进样(一般为1 mL)以满足μg·L-1级样品的分析，操作简单、便捷，但存在灵敏度低和假阳性现象[14]。离子色谱-质谱法分析高氯酸盐时，样品进入质谱前先经抑制器，可去除大量阳离子以降低对离子源的污染[15]。但离子色谱-质谱法测定饮用水、地表水中的高氯酸盐，仍然存在着灵敏度低及一定假阳性现象[16]。离子色谱-串联质谱法，可通过二级质谱消除假阳性现象，并提高检测的灵敏度和准确度。我们采用离子色谱-电导检测法和离子色谱-串联质谱法，分别对瓶装饮用水中高氯酸盐进行测定。与文献方法[10 - 13]相比，我们对两种方法进行t检验和F检验，以验证两种方法的适用性，明确了两种方法都可以用于水中高氯酸盐的检测，且在检测过程中可进行方法的选择，若是检测的水样中的高氯酸盐浓度较高，可以采用常规的离子色谱-电导检测法；若是浓度很低，则采用低检出限的离子色谱-串联质谱法来检测。

1 实验部分

1.1 仪器与条件

IC-CD条件：ICS-5000型离子色谱仪，AS16分析柱(250 mm×4 mm)，AG16保护柱(50 mm×4 mm)；40 mmol的KOH淋洗液由EGC淋洗液自动发生器在线自动产生；淋洗液流速为1.0 mL/min；抑制器电流99 mA；柱温为35 ℃；进样体积为1 mL。

IC-MS/MS条件：DIONEXAQUION型离子色谱仪，AS20分析柱(250 mm×4 mm)，AG20保护柱(50 mm×4 mm)；45 mmol的KOH淋洗液由EGC淋洗液自动发生器在线自动产生；淋洗液的流速为0.3 mL/min；抑制器电流34 mA；DIONEXAS-DV自动进样器进样体积为1 mL。SCIEXQTRAP5500三重四极杆质谱仪；电喷雾离子源,负离子模式,离子源温度550 ℃;电喷雾电压-4 500 V，气帘气流量(Curtaingas):241.3 kPa;喷雾气流量(Ionsourcegas1)379.2 kPa；辅助加热气流量(Ionsourcegas2):379.2 kPa；监测离子对m/z:98.9/82.9；106.9/88.9，采集时间13 min。

1.2 标准溶液

高氯酸盐标准样品购自食品安全检测研究院，浓度为1 000 μg·L-1，贮存于4 ℃冰箱中备用，同时稀释。

1.3 水样前处理

将C18柱用10 mL的甲醇活化30 min后，再将活化后的C18柱和Na离子柱(不需要甲醇活化)分别用10 mL的去离子水进行润洗活化30 min后待用。使用前将C18柱和Na离子柱连接在0.22 μm的滤头上，用针筒将里面空气排出，并将水样注射进去，弃去前2～3 mL流出液，收集10 mL样品溶液待用。

2 结果与讨论

2.1 色谱及质谱条件的优化

图1 离子色谱-电导检测色谱图Fig.1 Chromatogram of ion chromatograply-conductance detection1.Standard sample of perchlorate(1.0 μg·L-1);2.Water sample.

图2 1.0 μg/L高氯酸盐质谱图Fig.2 Mass spectrometry of perchlorate(1.0 μg·L-1)

2.2 阴离子的干扰

表1 Cl-和干扰实验

2.3 方法学考察

配制浓度分别为0.5、1.0、2.0、4.0、8.0 μg·L-1高氯酸盐标准溶液，依次进样IC-CD分析，每个样品平行进样3次，计算平均峰面积。根据峰面积和浓度绘制标准曲线。另外配制浓度分别为0.05、0.1、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 μg·L-1高氯酸盐标准溶液(含0.5 μg·L-1高氯酸盐内标)，依次进样IC-MS/MS分析，与IC-CD同样的方法绘制标准曲线。分别采用最低浓度0.5 μg·L-1(IC-CD)、0.05 μg·L-1(IC-MS/MS)的标准溶液重复进样7次，计算相对标准偏差(RSD)，以3倍基线噪声(S/N=3)计算检出限，以10倍基线噪声(S/N=10)计算定量限，结果见表2。

表2 线性方程、相关系数、线性范围、检出限以及RSD

2.4 样品测定和回收率实验

将3种水样加标，并按IC-CD和IC-MS/MS两种方法分别平行测定6次，并计算加标回收率，结果见表3和表4。

表3 IC-CD法加标回收率

表4 IC-MS/MS法加标回收率

2.5 方法F检验和t检验

为了比较两种检测方法的精密度和系统误差，选用农夫山泉饮用水作为实验样品，分别用两种方法各测定15次，对测定数据进行狄克逊检验，结果表明，均为正常值。

2.5.1F检验将IC-CD以及IC-MS/MS这两种方法所测得的数据进行F单侧检验，以检验方法的精密度，根据显著性水平α=0.05，df1=14，df2=14及F分布表，结果列入表5。根据检测结果可得，F<1，因此选择左侧检验。因为F>F单尾临界，且P>0.05，所以两组数据方差无显著差异，IC-CD及IC-MS/MS精密度没有显著性差异。

表5 F-检验：双样本方差分析

2.5.2t检验将IC-CD及IC-MS/MS这两种方法所测得的数据进行t检验，检验方法之间是否存在系统误差，根据显著性水平α=0.05，df1=14，df2=14及T检验分布表，结果列入表6。

表6 t-检验:双样本等方差假设

当tails=2时，T.TEST=P(T<=t)双尾=1>0.05，由此可得两组数据平均值之间无显著性差异。可见，F检验和t检验表明，IC-CD及IC-MS/MS在各自定量限以上都可以用来检测水样中高氯酸盐的含量，但由于IC-CD的检出限高于IC-MS/MS的检出限，因此对于较高浓度的高氯酸盐可选用IC-CD法进行检测，对于较低浓度的高氯酸盐可选用IC-MS/MS法进行检测。

2.6 检测结果分析

由于瓶装饮用水中高氯酸盐含量较低，我们采用IC-MS/MS法检测杭州当地超市出售的15种瓶装饮用水。其中，7种为饮用纯净水(编号为1～7)，8种为天然饮用矿泉水(编号为8～15)，检测结果见表7。从表7中可以看出，饮用纯净水(编号1～7)中基本不含氯酸盐或含量较低，天然饮用矿泉水的高氯酸盐含量普遍高于饮用纯净水，但含量并不是很高。市售15种瓶装饮用水中高氯酸盐含量均未超过美国环境保护署高氯酸盐安全限量值15.0 μg·L-1。

表7 瓶装饮用水中高氯酸盐浓度

3 结论

本文建立了IC-CD和IC-MS/MS两种测定高氯酸盐的分析方法，并对方法进行了F检验和t检验，结果表明，两种方法在精密度和系统误差上并没有显著差异，两种方法都可以用于高氯酸盐的检测。IC-MS/MS法的检出限和定量限较低(分别为0.01 μg·L-1和为0.04 μg·L-1)，而IC-CD法的检出限稍高(分别为0.35 μg·L-1和1.17 μg·L-1)，对不同含量的高氯酸盐样品可选择使用。