凌小芳 李 銘 劉 高

(成都產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院有限責(zé)任公司，四川成都，610199)

高氯酸鹽具有極強(qiáng)的氧化性，常作為氧化劑用于航空航天業(yè)的固體推進(jìn)劑、炸藥和煙火制造，以及機(jī)動(dòng)車(chē)輛中氣囊的充氣器[1,2]。1997年，在美國(guó)加利福尼亞州的某飲用水源中檢測(cè)到濃度高達(dá)260μg/L的高氯酸根，并因此頒布了18 μg/L的高氯酸根飲用水最高限量標(biāo)準(zhǔn)[2]。此后，在內(nèi)華達(dá)州、猶他州和德克薩斯州等多處地表水和地下水中都檢測(cè)到了高氯酸鹽的存在[2]。而高氯酸鹽具有正四面體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其在環(huán)境中非常穩(wěn)定[3,4]，有研究表明，高氯酸鹽可以在環(huán)境中穩(wěn)定存在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年[3,5]。國(guó)內(nèi)外的不同研究表明，高氯酸鹽可以干擾人體甲狀腺對(duì)碘的吸收，影響甲狀腺激素T3及T4的合成和釋放，導(dǎo)致甲狀腺功能退化，干擾正常的新陳代謝，從而影響到生物體的正常生理功能[6]，尤其對(duì)孕婦及嬰兒健康有較大威脅[7,8]。因此，高氯酸鹽作為一種新型的持久性無(wú)機(jī)污染物走入學(xué)者們的視線(xiàn)。

1 高氯酸鹽在食品中的污染現(xiàn)狀及相關(guān)限量政策

繼飲用水檢出高氯酸鹽，科研人員對(duì)食品中高氯酸鹽的存在情況進(jìn)行了大量的調(diào)查。涉及的產(chǎn)品涵蓋自來(lái)水、瓶裝水、地表飲用水、鮮奶、大米、小麥、雞蛋、水果和蔬菜等。其中，印度的學(xué)者研究印度西南海岸瓶裝水，結(jié)果發(fā)現(xiàn)25%的瓶裝水中高氯酸鹽含量超過(guò)了美國(guó)環(huán)保局制定的飲用水中高氯酸鹽的限制標(biāo)準(zhǔn)，無(wú)工業(yè)活動(dòng)地區(qū)的瓶裝水低于此限量標(biāo)準(zhǔn)[9]。據(jù)此推斷瓶裝水中高氯酸鹽超標(biāo)的原因是瓶裝水水源地受到了工業(yè)活動(dòng)的影響。對(duì)印度不同區(qū)域的井水、鉆井水和自來(lái)水中高氯酸鹽的含量進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，高氯酸鹽在不同地域的平均值具有一定的差異，這可能跟當(dāng)?shù)刂饕獜氖碌墓I(yè)生產(chǎn)活動(dòng)有關(guān)[9]。對(duì)其雨水的分析發(fā)現(xiàn)，在喀拉拉邦的節(jié)日期間收集到的雨水中能夠檢測(cè)到高氯酸鹽的存在，推測(cè)是因?yàn)楣?jié)日期間燃放煙花所致[9]。另外，對(duì)印度火箭制造和測(cè)試設(shè)施及煙花制造場(chǎng)地周?chē)娘嬘盟催M(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)其高氯酸鹽含量高達(dá)到32602.6 μg/L，證明航空航天及煙花生產(chǎn)對(duì)水源地帶來(lái)的高氯酸鹽污染相當(dāng)嚴(yán)重[10]。

對(duì)中國(guó)不同地區(qū)的瓶裝水、大米和超市售賣(mài)的牛奶進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)純凈水中高氯酸鹽含量普遍低于檢出限，礦物質(zhì)水中大部分能夠檢測(cè)到高氯酸鹽[11]，原因大概是因?yàn)榧儍羲?jīng)過(guò)深度的凈化處理，說(shuō)明高氯酸鹽對(duì)水源的污染在中國(guó)也很普遍。大米中檢測(cè)到高氯酸鹽，這應(yīng)該是因?yàn)榇竺桩a(chǎn)地的土壤或灌溉用水中含有高氯酸鹽，進(jìn)而導(dǎo)致高氯酸鹽在大米中存在。且在河北收集到的大米樣品中高氯酸鹽的含量普遍較其他地域高，這也證明了高氯酸鹽的污染具有地域性[11]。

此外，研究人員對(duì)不同地區(qū)水果及蔬菜中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)在包括美國(guó)、墨西哥、韓國(guó)、中國(guó)、加拿大、智利和意大利等國(guó)家生產(chǎn)的蘋(píng)果、杏子、梨、黑莓、葡萄、獼猴桃和檸檬等各種水果及綠葉蔬菜中均有不同程度的高氯酸鹽檢出[12]。證明了高氯酸鹽在農(nóng)產(chǎn)品中存在的普遍性，而農(nóng)產(chǎn)品中高氯酸鹽的來(lái)源有可能是土壤中肥料的長(zhǎng)期使用導(dǎo)致高氯酸鹽進(jìn)入土壤，高氯酸鹽本身具有高水溶性，通過(guò)灌溉溶解入水中被不同植株吸收[12]。

美國(guó)是最早提出高氯酸鹽在飲用水中限量標(biāo)準(zhǔn)的國(guó)家，美國(guó)環(huán)保局采用了0.7 μg/(kg·d)的高氯酸鹽攝入限量，折算到飲用水相當(dāng)于24.5 μg/L[13]。加利福尼亞州和馬薩諸塞州調(diào)節(jié)飲用水中高氯酸鹽限量水平分別至6 g/L和2 μg/L。2014年歐盟食品安全局根據(jù)成年人甲狀腺吸碘率抑制試驗(yàn)，制定了高氯酸鹽的每日耐受攝入量為0.3 μg/kg，歐盟委員會(huì)發(fā)布(EU)2020/685的號(hào)條例對(duì)水果蔬菜、茶葉、嬰兒配方奶粉、嬰兒食品和加工谷物等總的高氯酸鹽分別有0.01—0.75 mg/kg不等的限量要求。但目前對(duì)高氯酸鹽在食品中含量進(jìn)行限制的國(guó)家不多，這和高氯酸鹽的檢測(cè)方法有較大關(guān)系，高氯酸鹽在食品中的污染多為痕量水平，且飲用水以外的其他很多食品大多基體比較復(fù)雜，對(duì)檢測(cè)技術(shù)的要求較高。因此，針對(duì)食品基質(zhì)中痕量高氯酸鹽的檢測(cè)是食品中進(jìn)行高氯酸鹽限量的基礎(chǔ)。

2 分析檢測(cè)方法的研究進(jìn)展

目前，可以應(yīng)用于食品中高氯酸鹽檢測(cè)的分析方法有分光光度法、拉曼光譜法、高效液相色譜-質(zhì)譜法、離子色譜法和離子色譜-質(zhì)譜法。

2.1 分光光度法

在早期的研究及應(yīng)用中，因?yàn)榧夹g(shù)和設(shè)備所限，高氯酸鹽的檢測(cè)主要采用分光光度法。其原理是絡(luò)合劑在水中可以和高氯酸鹽反應(yīng)生成有色絡(luò)合物，而這種絡(luò)合物可以被有機(jī)溶劑萃取出來(lái)進(jìn)行測(cè)定，溶液的吸光度和高氯酸鹽的含量成正比。比如，1964年學(xué)者就利用1,10鄰菲羅啉亞鐵和高氯酸鹽在水溶液中反應(yīng)生成1,10-鄰菲羅啉高氯酸亞鐵，而后者能用有機(jī)溶劑乙腈萃取[14]。但該類(lèi)方法只能對(duì)含量較高的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，只適用于水果、肉類(lèi)和蔬菜等產(chǎn)品中高氯酸鹽含量的初篩。且這類(lèi)方法大多需要用到有毒的有機(jī)溶劑，操作復(fù)雜，重復(fù)性差，現(xiàn)已逐漸被淘汰。

2.2 拉曼光譜法

拉曼光譜在高氯酸鹽的檢測(cè)中應(yīng)用較多，其基于拉曼散射效應(yīng)對(duì)入射光頻率不同的散射光譜進(jìn)行分析以得到分子振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)方面的信息，進(jìn)而分析化合物的結(jié)構(gòu)，不同的物質(zhì)對(duì)應(yīng)不同的拉曼光譜。研究人員利用拉曼光譜對(duì)包含青菜在內(nèi)的植物組織中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，方法的檢出限為50 mg/kg，較不理想[15]，這與拉曼光譜本身的特征有關(guān)，拉曼光譜本身信號(hào)強(qiáng)度較弱，導(dǎo)致其檢測(cè)的靈敏度較低，檢出限無(wú)法滿(mǎn)足大部分食品中高氯酸鹽含量的測(cè)定。此后又發(fā)展出表面增強(qiáng)拉曼光譜對(duì)食品中的痕量高氯酸鹽進(jìn)行測(cè)定[13]。2005年，WEI WANG等采用不同功能化硅烷試劑制作的自組裝銀溶膠-凝膠基底，用表面增強(qiáng)拉曼光譜對(duì)水中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，檢出濃度達(dá)100 μg/L[16]，且檢測(cè)方法準(zhǔn)確，重復(fù)性好。2009年，學(xué)者利用表面增強(qiáng)拉曼散射對(duì)食品中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，用2-二甲氨基乙硫醇(DMAE)修飾的金納米粒子作為SERS底物，該方法中高氯酸鹽的檢出濃度可達(dá)到0.1 μg/L[17]。表面增強(qiáng)拉曼光譜在高氯酸鹽的檢測(cè)中具有諸多優(yōu)勢(shì)：其利用信號(hào)放大功能達(dá)到較高的檢測(cè)靈敏度，使其檢出限達(dá)到ppb甚至是ppt級(jí)別；它能夠區(qū)分高度相似的分子(如多環(huán)芳烴)并完成對(duì)不同氧化狀態(tài)物質(zhì)的形態(tài)分析，應(yīng)用于高氯酸鹽的檢測(cè)中具有極高的分辨率；其檢測(cè)過(guò)程前處理簡(jiǎn)單，檢測(cè)效率高。但是，在表面增強(qiáng)拉曼光譜的應(yīng)用中需要用到金、銀或者特殊材料作為拉曼光譜的基底，因此此方法的檢測(cè)成本較高，這是限制其普及率的重要缺陷。

2.3 液相色譜-質(zhì)譜法

液相色譜-質(zhì)譜法也被用于食品中痕量高氯酸鹽的測(cè)定。我國(guó)2015年發(fā)布了《SN/T 4089-2015 出口食品中高氯酸鹽的測(cè)定 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法》的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。邵琳智等建立了離子交換高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定雞肉和雞肝中的高氯酸鹽，以18 O標(biāo)記高氯酸根離子，用1%乙酸溶液-乙腈提取樣品中的高氯酸鹽，采用IC-PakTM Anion HR色譜柱，用乙腈-100 mmol/L乙酸銨溶液為流動(dòng)相，采用電噴霧離子源串聯(lián)質(zhì)譜，在負(fù)離子掃描方式下以多反應(yīng)監(jiān)測(cè)(MRM)模式檢測(cè)，內(nèi)標(biāo)法定量。得到的高氯酸的定量限為3.0 μg/kg，是目前檢出限較低的檢測(cè)方法[18]。2019年，Sara等人用超高效液相色譜-高分辨軌道質(zhì)譜法測(cè)定果蔬加工過(guò)程中的強(qiáng)極性殺蟲(chóng)劑及其他污染物，其中就包含了高氯酸鹽，此方法采用18O作為同位素內(nèi)標(biāo)物，對(duì)高氯酸鹽的定量下限達(dá)到0.4 μg/kg，回收率達(dá)95%以上[19]。液相色譜-質(zhì)譜法可以對(duì)高氯酸根進(jìn)行準(zhǔn)確的定量及定性，在檢測(cè)食品中痕量高氯酸鹽的應(yīng)用中具有很大的潛力。

2.4 離子色譜法及離子色譜-質(zhì)譜法

離子色譜法是目前應(yīng)用最廣泛的高氯酸鹽檢測(cè)方法。美國(guó)環(huán)保局頒布的EPA Method 314.1就采用離子色譜法對(duì)飲用水中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，這是第一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的高氯酸鹽檢測(cè)方法。其原理為利用高氯酸根和色譜柱離子交換在色譜柱中保留，而后利用流動(dòng)相對(duì)其洗脫并檢測(cè)。John等人采用大體積進(jìn)樣，利用加入18-冠-6醚的流動(dòng)相及未衍生的反相流動(dòng)相離子色譜柱，以KOH為淋洗液，配置電導(dǎo)檢測(cè)器對(duì)飲用水中的痕量高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，得到在低陰離子強(qiáng)度基體中0.2 μg/L的檢出濃度，在高陰離子強(qiáng)度的水中，利用富集柱減小背景離子影響并將高氯酸鹽進(jìn)行富集的方法將檢出濃度控制在5 μg/L[20]。我國(guó)學(xué)者利用Metrosep A Supp5陰離子分析柱(150 mm×4.0 mm)進(jìn)行分離，在柱溫為40℃，流動(dòng)相為1.0 mmol/L碳酸鈉水溶液-丙酮(85:15，v/v)，流速為0.8 mL/min的條件下對(duì)不同酒中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)，得到葡萄酒中高氯酸鹽的檢出限0.1 mg/L，回收率在85%以上，且具有較好的重復(fù)性[21]。Kang Tian等人利用在線(xiàn)富集預(yù)洗脫離子色譜法對(duì)包含蛋類(lèi)食品在內(nèi)的較復(fù)雜基體中的高氯酸鹽進(jìn)行檢測(cè)[22]，該方法解決了傳統(tǒng)離子色譜法在測(cè)定含有高濃度陰離子基體中運(yùn)用的局限性問(wèn)題。方法用兩個(gè)富集柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)進(jìn)樣回路，在富集柱上首先實(shí)現(xiàn)痕量陰離子的富集，而后利用高氯酸鹽在富集柱中的強(qiáng)保留性，采用低濃度的NaOH對(duì)富集柱中的陰離子進(jìn)行預(yù)洗脫去除基體中的氯化物、硫酸鹽和碳酸鹽，而后富集柱中的高氯酸鹽才會(huì)進(jìn)入色譜柱進(jìn)行分離及測(cè)定。該方法實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜基質(zhì)中痕量高氯酸鹽的測(cè)定，這些樣品不但包含了蛋類(lèi)在內(nèi)的食品樣品，而且也實(shí)現(xiàn)了對(duì)肥料產(chǎn)品中痕量高氯酸鹽的測(cè)定[22]。

離子色譜應(yīng)用的局限在于其用保留時(shí)間對(duì)高氯酸鹽進(jìn)行定性，在對(duì)定性要求嚴(yán)格的司法鑒定樣品中，必須配合其他定性方法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)。隨著設(shè)備條件的不斷進(jìn)步，利用離子色譜-質(zhì)譜法對(duì)食品中痕量高氯酸鹽的測(cè)定越來(lái)越多。2006年Houssain等首次使用離子色譜-質(zhì)譜儀對(duì)食品樣品中進(jìn)行痕量高氯酸鹽的測(cè)定，樣品涵蓋水、罐裝食品、水果、蔬菜、葡萄酒和啤酒等，而這些樣品中的高氯酸鹽含量低至ng/L級(jí)別[23]。其中利用離子色譜對(duì)樣品中的痕量高氯酸鹽進(jìn)行分離，利用質(zhì)譜對(duì)其進(jìn)行定性及定量分析。

3 結(jié)論

表面增強(qiáng)拉曼光譜在食品痕量高氯酸鹽的檢測(cè)中能夠達(dá)到較高的檢測(cè)精度，且檢出限較低，分辨率高，但使用過(guò)程中基質(zhì)的昂貴費(fèi)用限制其應(yīng)用。食品痕量高氯酸鹽的檢測(cè)方法中較具實(shí)際應(yīng)用前景的包括液相色譜-質(zhì)譜法、離子色譜及離子色譜-質(zhì)譜法。其中離子色譜法在痕量高氯酸鹽的檢測(cè)中具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是其分離度還是其準(zhǔn)確性都能夠達(dá)到較高水平，且離子色譜法可以同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種陰離子的分離及檢測(cè)。而離子色譜-質(zhì)譜技術(shù)集合了離子色譜的分離能力和質(zhì)譜的定性鑒定的能力，是包含高氯酸鹽在內(nèi)的陰離子檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展方向。