食品中高氯酸盐的污染现状及检测技术研究进展

凌小芳 李 铭 刘 高

(成都产品质量检验研究院有限责任公司，四川成都，610199)

高氯酸盐具有极强的氧化性，常作为氧化剂用于航空航天业的固体推进剂、炸药和烟火制造，以及机动车辆中气囊的充气器[1,2]。1997年，在美国加利福尼亚州的某饮用水源中检测到浓度高达260μg/L的高氯酸根，并因此颁布了18 μg/L的高氯酸根饮用水最高限量标准[2]。此后，在内华达州、犹他州和德克萨斯州等多处地表水和地下水中都检测到了高氯酸盐的存在[2]。而高氯酸盐具有正四面体结构，导致其在环境中非常稳定[3,4]，有研究表明，高氯酸盐可以在环境中稳定存在长达数十年[3,5]。国内外的不同研究表明，高氯酸盐可以干扰人体甲状腺对碘的吸收，影响甲状腺激素T3及T4的合成和释放，导致甲状腺功能退化，干扰正常的新陈代谢，从而影响到生物体的正常生理功能[6]，尤其对孕妇及婴儿健康有较大威胁[7,8]。因此，高氯酸盐作为一种新型的持久性无机污染物走入学者们的视线。

1 高氯酸盐在食品中的污染现状及相关限量政策

继饮用水检出高氯酸盐，科研人员对食品中高氯酸盐的存在情况进行了大量的调查。涉及的产品涵盖自来水、瓶装水、地表饮用水、鲜奶、大米、小麦、鸡蛋、水果和蔬菜等。其中，印度的学者研究印度西南海岸瓶装水，结果发现25%的瓶装水中高氯酸盐含量超过了美国环保局制定的饮用水中高氯酸盐的限制标准，无工业活动地区的瓶装水低于此限量标准[9]。据此推断瓶装水中高氯酸盐超标的原因是瓶装水水源地受到了工业活动的影响。对印度不同区域的井水、钻井水和自来水中高氯酸盐的含量进行检测发现，高氯酸盐在不同地域的平均值具有一定的差异，这可能跟当地主要从事的工业生产活动有关[9]。对其雨水的分析发现，在喀拉拉邦的节日期间收集到的雨水中能够检测到高氯酸盐的存在，推测是因为节日期间燃放烟花所致[9]。另外，对印度火箭制造和测试设施及烟花制造场地周围的饮用水源进行检测发现其高氯酸盐含量高达到32602.6 μg/L，证明航空航天及烟花生产对水源地带来的高氯酸盐污染相当严重[10]。

对中国不同地区的瓶装水、大米和超市售卖的牛奶进行检测，发现纯净水中高氯酸盐含量普遍低于检出限，矿物质水中大部分能够检测到高氯酸盐[11]，原因大概是因为纯净水要经过深度的净化处理，说明高氯酸盐对水源的污染在中国也很普遍。大米中检测到高氯酸盐，这应该是因为大米产地的土壤或灌溉用水中含有高氯酸盐，进而导致高氯酸盐在大米中存在。且在河北收集到的大米样品中高氯酸盐的含量普遍较其他地域高，这也证明了高氯酸盐的污染具有地域性[11]。

此外，研究人员对不同地区水果及蔬菜中的高氯酸盐进行检测，发现在包括美国、墨西哥、韩国、中国、加拿大、智利和意大利等国家生产的苹果、杏子、梨、黑莓、葡萄、猕猴桃和柠檬等各种水果及绿叶蔬菜中均有不同程度的高氯酸盐检出[12]。证明了高氯酸盐在农产品中存在的普遍性，而农产品中高氯酸盐的来源有可能是土壤中肥料的长期使用导致高氯酸盐进入土壤，高氯酸盐本身具有高水溶性，通过灌溉溶解入水中被不同植株吸收[12]。

美国是最早提出高氯酸盐在饮用水中限量标准的国家，美国环保局采用了0.7 μg/(kg·d)的高氯酸盐摄入限量，折算到饮用水相当于24.5 μg/L[13]。加利福尼亚州和马萨诸塞州调节饮用水中高氯酸盐限量水平分别至6 g/L和2 μg/L。2014年欧盟食品安全局根据成年人甲状腺吸碘率抑制试验，制定了高氯酸盐的每日耐受摄入量为0.3 μg/kg，欧盟委员会发布(EU)2020/685的号条例对水果蔬菜、茶叶、婴儿配方奶粉、婴儿食品和加工谷物等总的高氯酸盐分别有0.01—0.75 mg/kg不等的限量要求。但目前对高氯酸盐在食品中含量进行限制的国家不多，这和高氯酸盐的检测方法有较大关系，高氯酸盐在食品中的污染多为痕量水平，且饮用水以外的其他很多食品大多基体比较复杂，对检测技术的要求较高。因此，针对食品基质中痕量高氯酸盐的检测是食品中进行高氯酸盐限量的基础。

2 分析检测方法的研究进展

目前，可以应用于食品中高氯酸盐检测的分析方法有分光光度法、拉曼光谱法、高效液相色谱-质谱法、离子色谱法和离子色谱-质谱法。

2.1 分光光度法

在早期的研究及应用中，因为技术和设备所限，高氯酸盐的检测主要采用分光光度法。其原理是络合剂在水中可以和高氯酸盐反应生成有色络合物，而这种络合物可以被有机溶剂萃取出来进行测定，溶液的吸光度和高氯酸盐的含量成正比。比如，1964年学者就利用1,10邻菲罗啉亚铁和高氯酸盐在水溶液中反应生成1,10-邻菲罗啉高氯酸亚铁，而后者能用有机溶剂乙腈萃取[14]。但该类方法只能对含量较高的高氯酸盐进行检测，只适用于水果、肉类和蔬菜等产品中高氯酸盐含量的初筛。且这类方法大多需要用到有毒的有机溶剂，操作复杂，重复性差，现已逐渐被淘汰。

2.2 拉曼光谱法

拉曼光谱在高氯酸盐的检测中应用较多，其基于拉曼散射效应对入射光频率不同的散射光谱进行分析以得到分子振动、转动方面的信息，进而分析化合物的结构，不同的物质对应不同的拉曼光谱。研究人员利用拉曼光谱对包含青菜在内的植物组织中的高氯酸盐进行检测，方法的检出限为50 mg/kg，较不理想[15]，这与拉曼光谱本身的特征有关，拉曼光谱本身信号强度较弱，导致其检测的灵敏度较低，检出限无法满足大部分食品中高氯酸盐含量的测定。此后又发展出表面增强拉曼光谱对食品中的痕量高氯酸盐进行测定[13]。2005年，WEI WANG等采用不同功能化硅烷试剂制作的自组装银溶胶-凝胶基底，用表面增强拉曼光谱对水中的高氯酸盐进行检测，检出浓度达100 μg/L[16]，且检测方法准确，重复性好。2009年，学者利用表面增强拉曼散射对食品中的高氯酸盐进行检测，用2-二甲氨基乙硫醇(DMAE)修饰的金纳米粒子作为SERS底物，该方法中高氯酸盐的检出浓度可达到0.1 μg/L[17]。表面增强拉曼光谱在高氯酸盐的检测中具有诸多优势：其利用信号放大功能达到较高的检测灵敏度，使其检出限达到ppb甚至是ppt级别；它能够区分高度相似的分子(如多环芳烃)并完成对不同氧化状态物质的形态分析，应用于高氯酸盐的检测中具有极高的分辨率；其检测过程前处理简单，检测效率高。但是，在表面增强拉曼光谱的应用中需要用到金、银或者特殊材料作为拉曼光谱的基底，因此此方法的检测成本较高，这是限制其普及率的重要缺陷。

2.3 液相色谱-质谱法

液相色谱-质谱法也被用于食品中痕量高氯酸盐的测定。我国2015年发布了《SN/T 4089-2015 出口食品中高氯酸盐的测定 液相色谱-质谱/质谱法》的国家标准。邵琳智等建立了离子交换高效液相色谱-串联质谱法测定鸡肉和鸡肝中的高氯酸盐，以18 O标记高氯酸根离子，用1%乙酸溶液-乙腈提取样品中的高氯酸盐，采用IC-PakTM Anion HR色谱柱，用乙腈-100 mmol/L乙酸铵溶液为流动相，采用电喷雾离子源串联质谱，在负离子扫描方式下以多反应监测(MRM)模式检测，内标法定量。得到的高氯酸的定量限为3.0 μg/kg，是目前检出限较低的检测方法[18]。2019年，Sara等人用超高效液相色谱-高分辨轨道质谱法测定果蔬加工过程中的强极性杀虫剂及其他污染物，其中就包含了高氯酸盐，此方法采用18O作为同位素内标物，对高氯酸盐的定量下限达到0.4 μg/kg，回收率达95%以上[19]。液相色谱-质谱法可以对高氯酸根进行准确的定量及定性，在检测食品中痕量高氯酸盐的应用中具有很大的潜力。

2.4 离子色谱法及离子色谱-质谱法

离子色谱法是目前应用最广泛的高氯酸盐检测方法。美国环保局颁布的EPA Method 314.1就采用离子色谱法对饮用水中的高氯酸盐进行检测，这是第一个标准化的高氯酸盐检测方法。其原理为利用高氯酸根和色谱柱离子交换在色谱柱中保留，而后利用流动相对其洗脱并检测。John等人采用大体积进样，利用加入18-冠-6醚的流动相及未衍生的反相流动相离子色谱柱，以KOH为淋洗液，配置电导检测器对饮用水中的痕量高氯酸盐进行检测，得到在低阴离子强度基体中0.2 μg/L的检出浓度，在高阴离子强度的水中，利用富集柱减小背景离子影响并将高氯酸盐进行富集的方法将检出浓度控制在5 μg/L[20]。我国学者利用Metrosep A Supp5阴离子分析柱(150 mm×4.0 mm)进行分离，在柱温为40℃，流动相为1.0 mmol/L碳酸钠水溶液-丙酮(85:15，v/v)，流速为0.8 mL/min的条件下对不同酒中的高氯酸盐进行检测，得到葡萄酒中高氯酸盐的检出限0.1 mg/L，回收率在85%以上，且具有较好的重复性[21]。Kang Tian等人利用在线富集预洗脱离子色谱法对包含蛋类食品在内的较复杂基体中的高氯酸盐进行检测[22]，该方法解决了传统离子色谱法在测定含有高浓度阴离子基体中运用的局限性问题。方法用两个富集柱代替传统进样回路，在富集柱上首先实现痕量阴离子的富集，而后利用高氯酸盐在富集柱中的强保留性，采用低浓度的NaOH对富集柱中的阴离子进行预洗脱去除基体中的氯化物、硫酸盐和碳酸盐，而后富集柱中的高氯酸盐才会进入色谱柱进行分离及测定。该方法实现了复杂基质中痕量高氯酸盐的测定，这些样品不但包含了蛋类在内的食品样品，而且也实现了对肥料产品中痕量高氯酸盐的测定[22]。

离子色谱应用的局限在于其用保留时间对高氯酸盐进行定性，在对定性要求严格的司法鉴定样品中，必须配合其他定性方法对其进行检测。随着设备条件的不断进步，利用离子色谱-质谱法对食品中痕量高氯酸盐的测定越来越多。2006年Houssain等首次使用离子色谱-质谱仪对食品样品中进行痕量高氯酸盐的测定，样品涵盖水、罐装食品、水果、蔬菜、葡萄酒和啤酒等，而这些样品中的高氯酸盐含量低至ng/L级别[23]。其中利用离子色谱对样品中的痕量高氯酸盐进行分离，利用质谱对其进行定性及定量分析。

3 结论

表面增强拉曼光谱在食品痕量高氯酸盐的检测中能够达到较高的检测精度，且检出限较低，分辨率高，但使用过程中基质的昂贵费用限制其应用。食品痕量高氯酸盐的检测方法中较具实际应用前景的包括液相色谱-质谱法、离子色谱及离子色谱-质谱法。其中离子色谱法在痕量高氯酸盐的检测中具有独特的优势，无论是其分离度还是其准确性都能够达到较高水平，且离子色谱法可以同时实现多种阴离子的分离及检测。而离子色谱-质谱技术集合了离子色谱的分离能力和质谱的定性鉴定的能力，是包含高氯酸盐在内的阴离子检测技术的发展方向。