食品中高氯酸鹽的污染現(xiàn)狀及檢測技術(shù)研究進展

凌小芳 李 銘 劉 高

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

高氯酸鹽具有極強的氧化性，常作為氧化劑用于航空航天業(yè)的固體推進劑、炸藥和煙火制造，以及機動車輛中氣囊的充氣器[1,2]。1997年，在美國加利福尼亞州的某飲用水源中檢測到濃度高達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準[2]。此后，在內(nèi)華達州、猶他州和德克薩斯州等多處地表水和地下水中都檢測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)定存在長達數(shù)十年[3,5]。國內(nèi)外的不同研究表明，高氯酸鹽可以干擾人體甲狀腺對碘的吸收，影響甲狀腺激素T3及T4的合成和釋放，導致甲狀腺功能退化，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機污染物走入學者們的視線。

1 高氯酸鹽在食品中的污染現(xiàn)狀及相關限量政策

繼飲用水檢出高氯酸鹽，科研人員對食品中高氯酸鹽的存在情況進行了大量的調(diào)查。涉及的產(chǎn)品涵蓋自來水、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了美國環(huán)保局制定的飲用水中高氯酸鹽的限制標準，無工業(yè)活動地區(qū)的瓶裝水低于此限量標準[9]。據(jù)此推斷瓶裝水中高氯酸鹽超標的原因是瓶裝水水源地受到了工業(yè)活動的影響。對印度不同區(qū)域的井水、鉆井水和自來水中高氯酸鹽的含量進行檢測發(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?shù)刂饕獜氖碌墓I(yè)生產(chǎn)活動有關[9]。對其雨水的分析發(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到高氯酸鹽的存在，推測是因為節(jié)日期間燃放煙花所致[9]。另外，對印度火箭制造和測試設施及煙花制造場地周圍的飲用水源進行檢測發(fā)現(xiàn)其高氯酸鹽含量高達到32602.6 μg/L，證明航空航天及煙花生產(chǎn)對水源地帶來的高氯酸鹽污染相當嚴重[10]。

對中國不同地區(qū)的瓶裝水、大米和超市售賣的牛奶進行檢測，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到高氯酸鹽[11]，原因大概是因為純凈水要經(jīng)過深度的凈化處理，說明高氯酸鹽對水源的污染在中國也很普遍。大米中檢測到高氯酸鹽，這應該是因為大米產(chǎn)地的土壤或灌溉用水中含有高氯酸鹽，進而導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，研究人員對不同地區(qū)水果及蔬菜中的高氯酸鹽進行檢測，發(fā)現(xiàn)在包括美國、墨西哥、韓國、中國、加拿大、智利和意大利等國家生產(chǎn)的蘋果、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)品中高氯酸鹽的來源有可能是土壤中肥料的長期使用導致高氯酸鹽進入土壤，高氯酸鹽本身具有高水溶性，通過灌溉溶解入水中被不同植株吸收[12]。

美國是最早提出高氯酸鹽在飲用水中限量標準的國家，美國環(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，制定了高氯酸鹽的每日耐受攝入量為0.3 μg/kg，歐盟委員會發(fā)布(EU)2020/685的號條例對水果蔬菜、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。但目前對高氯酸鹽在食品中含量進行限制的國家不多，這和高氯酸鹽的檢測方法有較大關系，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雜，對檢測技術(shù)的要求較高。因此，針對食品基質(zhì)中痕量高氯酸鹽的檢測是食品中進行高氯酸鹽限量的基礎。

2 分析檢測方法的研究進展

目前，可以應用于食品中高氯酸鹽檢測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

在早期的研究及應用中，因為技術(shù)和設備所限，高氯酸鹽的檢測主要采用分光光度法。其原理是絡合劑在水中可以和高氯酸鹽反應生成有色絡合物，而這種絡合物可以被有機溶劑萃取出來進行測定，溶液的吸光度和高氯酸鹽的含量成正比。比如，1964年學者就利用1,10鄰菲羅啉亞鐵和高氯酸鹽在水溶液中反應生成1,10-鄰菲羅啉高氯酸亞鐵，而后者能用有機溶劑乙腈萃取[14]。但該類方法只能對含量較高的高氯酸鹽進行檢測，只適用于水果、肉類和蔬菜等產(chǎn)品中高氯酸鹽含量的初篩。且這類方法大多需要用到有毒的有機溶劑，操作復雜，重復性差，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中應用較多，其基于拉曼散射效應對入射光頻率不同的散射光譜進行分析以得到分子振動、轉(zhuǎn)動方面的信息，進而分析化合物的結(jié)構(gòu)，不同的物質(zhì)對應不同的拉曼光譜。研究人員利用拉曼光譜對包含青菜在內(nèi)的植物組織中的高氯酸鹽進行檢測，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，拉曼光譜本身信號強度較弱，導致其檢測的靈敏度較低，檢出限無法滿足大部分食品中高氯酸鹽含量的測定。此后又發(fā)展出表面增強拉曼光譜對食品中的痕量高氯酸鹽進行測定[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，用表面增強拉曼光譜對水中的高氯酸鹽進行檢測，檢出濃度達100 μg/L[16]，且檢測方法準確，重復性好。2009年，學者利用表面增強拉曼散射對食品中的高氯酸鹽進行檢測，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到0.1 μg/L[17]。表面增強拉曼光譜在高氯酸鹽的檢測中具有諸多優(yōu)勢：其利用信號放大功能達到較高的檢測靈敏度，使其檢出限達到ppb甚至是ppt級別；它能夠區(qū)分高度相似的分子(如多環(huán)芳烴)并完成對不同氧化狀態(tài)物質(zhì)的形態(tài)分析，應用于高氯酸鹽的檢測中具有極高的分辨率；其檢測過程前處理簡單，檢測效率高。但是，在表面增強拉曼光譜的應用中需要用到金、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定。我國2015年發(fā)布了《SN/T 4089-2015 出口食品中高氯酸鹽的測定 液相色譜-質(zhì)譜/質(zhì)譜法》的國家標準。邵琳智等建立了離子交換高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測定雞肉和雞肝中的高氯酸鹽，以18 O標記高氯酸根離子，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乙酸銨溶液為流動相，采用電噴霧離子源串聯(lián)質(zhì)譜，在負離子掃描方式下以多反應監(jiān)測(MRM)模式檢測，內(nèi)標法定量。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)譜法測定果蔬加工過程中的強極性殺蟲劑及其他污染物，其中就包含了高氯酸鹽，此方法采用18O作為同位素內(nèi)標物，對高氯酸鹽的定量下限達到0.4 μg/kg，回收率達95%以上[19]。液相色譜-質(zhì)譜法可以對高氯酸根進行準確的定量及定性，在檢測食品中痕量高氯酸鹽的應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用最廣泛的高氯酸鹽檢測方法。美國環(huán)保局頒布的EPA Method 314.1就采用離子色譜法對飲用水中的高氯酸鹽進行檢測，這是第一個標準化的高氯酸鹽檢測方法。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，而后利用流動相對其洗脫并檢測。John等人采用大體積進樣，利用加入18-冠-6醚的流動相及未衍生的反相流動相離子色譜柱，以KOH為淋洗液，配置電導檢測器對飲用水中的痕量高氯酸鹽進行檢測，得到在低陰離子強度基體中0.2 μg/L的檢出濃度，在高陰離子強度的水中，利用富集柱減小背景離子影響并將高氯酸鹽進行富集的方法將檢出濃度控制在5 μg/L[20]。我國學者利用Metrosep A Supp5陰離子分析柱(150 mm×4.0 mm)進行分離，在柱溫為40℃，流動相為1.0 mmol/L碳酸鈉水溶液-丙酮(85:15，v/v)，流速為0.8 mL/min的條件下對不同酒中的高氯酸鹽進行檢測，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，且具有較好的重復性[21]。Kang Tian等人利用在線富集預洗脫離子色譜法對包含蛋類食品在內(nèi)的較復雜基體中的高氯酸鹽進行檢測[22]，該方法解決了傳統(tǒng)離子色譜法在測定含有高濃度陰離子基體中運用的局限性問題。方法用兩個富集柱代替?zhèn)鹘y(tǒng)進樣回路，在富集柱上首先實現(xiàn)痕量陰離子的富集，而后利用高氯酸鹽在富集柱中的強保留性，采用低濃度的NaOH對富集柱中的陰離子進行預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進入色譜柱進行分離及測定。該方法實現(xiàn)了復雜基質(zhì)中痕量高氯酸鹽的測定，這些樣品不但包含了蛋類在內(nèi)的食品樣品，而且也實現(xiàn)了對肥料產(chǎn)品中痕量高氯酸鹽的測定[22]。

離子色譜應用的局限在于其用保留時間對高氯酸鹽進行定性，在對定性要求嚴格的司法鑒定樣品中，必須配合其他定性方法對其進行檢測。隨著設備條件的不斷進步，利用離子色譜-質(zhì)譜法對食品中痕量高氯酸鹽的測定越來越多。2006年Houssain等首次使用離子色譜-質(zhì)譜儀對食品樣品中進行痕量高氯酸鹽的測定，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級別[23]。其中利用離子色譜對樣品中的痕量高氯酸鹽進行分離，利用質(zhì)譜對其進行定性及定量分析。

3 結(jié)論

表面增強拉曼光譜在食品痕量高氯酸鹽的檢測中能夠達到較高的檢測精度，且檢出限較低，分辨率高，但使用過程中基質(zhì)的昂貴費用限制其應用。食品痕量高氯酸鹽的檢測方法中較具實際應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中具有獨特的優(yōu)勢，無論是其分離度還是其準確性都能夠達到較高水平，且離子色譜法可以同時實現(xiàn)多種陰離子的分離及檢測。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)的陰離子檢測技術(shù)的發(fā)展方向。