离子色谱法同时检测水产品加工用水中10种阴离子
2021-12-02曹文军李源薛伟锋
曹文军，李源，薛伟锋
(1.中国检验认证集团辽宁有限公司，辽宁大连 116600； 2.大连海关技术中心，辽宁大连 116600)
庄河水产品出口量占辽宁省近一半，以输欧出口量为主。随着出口外汇的创收，水产品对辽宁省地区的经济起着举足轻重的作用。为了能够更好地保障水产品质量安全，满足加工行业越来越高的品质要求，水产企业加工生产过程中必须对各个加工环节加强监督管理，防止某些水产加工企业因忽视加工用水的水质管理及监测而发生意想不到的质量安全事故［1］。因此加工用水作为最基础的水产品生产原料之一［2］，其相关化学指标直接影响到外汇出口和产品的质量安全［3］。
水产品加工用水中含有大量的氟离子、氯离子、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐、溴酸盐等常见阴离子。氯气、漂白粉和臭氧在消毒过程中会产生少量对人体健康不利的副产物，如亚氯酸盐、溴酸盐、氯酸盐和卤代乙酸等［4］。世界卫生组织规定了水中阴离子的限量要求，欧盟食品卫生法规也明确列出了水中氟离子、氯离子、亚硝酸盐、硫酸盐、硝酸盐、溴酸盐、溴离子、氯酸盐、亚氯酸盐、磷酸盐的限量要求［5］。欧共体理事会发布的新水质指令（98／83／EEC)［5］中要求所有输往欧盟市场的水产加工企业，每年必须对加工用水进行水质验证，并定期向欧盟食品安全管理组织提供水质检测报告，否则欧盟市场不允许对其出口水产品［6］。目前，水中阴离子的方法有分光光度法［7］、电化学法［8］、容量法［9］、比色法、离子选择电极法［10］和离子交换色谱法等［11］，这些方法操作繁琐，准确度不高。离子色谱具有检出限低、准确度高、方便高效、能同时测定多组分的特点，已成为阴离子分析的首选方法［12］，被广泛应用于水溶性无机阴离子的分析［13-15］。
在上述研究基础上，笔者采用离子色谱法同时测定庄河地区输欧水产企业加工用水中的10种阴离子 (F-、Cl-、NO2-、Br-、BrO3-、NO3-、SO42-、PO43-、ClO2-和ClO3-)。其中，色谱柱为 IonPac®AS19阴离子分离柱，KOH作为淋洗液，电导检测器检测。样品无需复杂处理，直接进样，与其它仪器方法相比，该法具有简单、快速、重现性及选择性好、灵敏度高、准确度高以及同时测定多种组分等特点，适用于日常对水产企业加工用水中阴离子的监测。
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
离子色谱仪：ICS-5000型，配有电导检测器及AS-DV型自动进样器，美国Thermo Fisher Scientific公司。
水中氟、氯、溴离子标准溶液：质量浓度均为 1 000 mg／L，编 号 分 别 为 GBW(E) 0805495、GBW(E) 080268、GSB 04-2838-2011，坛墨质检标准物质中心。
水中亚硝酸根、硝酸根、氯酸根、亚氯酸根标准溶液：质量浓度均为1 000 mg／L，编号分别为 GBW 2008-1000-W-50、GBW(E) 082685、BW 2011-1000-W-20、BW 2012-1000-W-20，坛墨质检标准物质中心。
水中溴酸根、硫酸根标准溶液：质量浓度均为1 000 mg／L，编号分别为 GNM-SBR 03-002-2013、GSB 04-1773-2004（a），国家有色金属及电子材料分析测试中心。
水中氯酸根标准溶液：1 000 mg／L，BWZ6852-2016，北京北纳创联生物技术研究中心。
尼龙滤膜：孔径为0.22 μm，美国Thermo Fisher Scientific公司。
前处理柱：OnGuard Ⅱ RP型，1.0 mL，美国Thermo Fisher Scientific 公司。
超纯水机：613-UF-70 型，德国Sartorius公司。
实验用水为超纯水机制备的超纯水，电阻率为18.2 MΩ·cm。
1.2 溶液配制
10种阴离子混合标准储备溶液：分别吸取氟离子、氯离子、亚硝酸根、溴离子、溴酸根、硝酸根、硫酸根、磷酸根、亚氯酸根、氯酸根标准溶液各1 mL，混合后用超纯水溶解并定容至20 mL容量瓶，混匀，质量浓度均为50 mg／L。
10种阴离子系列混合标准工作溶液：从50 mg／L 的混合标准溶液分别吸取 2、4、8、20、40、80、200、400、800 μL 和 2、4、8 mL 至 12只 20 mL容量瓶中，用超纯水定容，混匀，配制成10种阴离子质量浓度 均 分 别为 0.005、0.01、0.02、0.05、0.1、0.2、0.5、1.0、2.0、5.0、10.0、20.0 mg／L。
1.3 仪器工作条件
色谱柱：IonPac®AS 19阴离子分离柱(50 mm×4 mm，美国Thermo Fisher Scientific公司)；流动相：KOH淋洗液，流量为1 mL／min；进样体积：500 μL。
KOH 淋洗液梯度洗脱程序：0～10 min，15 mmol／L ；10.5～15 min，15～40 mmol／L ；15～20 min，40 mmol／L ；20～20.5 min，40～15 mmol／L ；20.5～25 min，15 mmol／L。
1.4 样品处理
用玻璃广口瓶采满企业加工用水，瓶中不留顶上空间和气泡。为了清除余氯等物质对水样的氯解作用，水样到实验室后，每1 000 mL水样中添加40～50 mg亚硫酸钠去除余氯（在加酸调pH值前应脱氯），放置于冰箱中于4℃保存。用电导率仪测定水的电导率，若电导率小于500 μS／cm，将水样过RP柱、0.22 μm 滤膜，上机测定；若电导率大于500 μS／cm，用超纯水将水样稀释10倍后过RP柱、0.45 μm滤膜，上机测定。
2 结果与讨论
2.1 色谱柱的选择
IonPac®AS19是一种高容量、氢氧根体系阴离子交换色谱柱，其固定相由新型超多接枝阴离子交换缩聚物组成，通过静电作用吸附在大孔聚合物基质的表面，具有亲水性强、背景低和可大体积进样等特点，广泛用于检测矿泉水、饮用水、地表水和废水等多种基质样品中的卤氧化物和无机阴离子，如氟离子、亚氯酸盐、溴酸盐、氯化物、亚硝酸盐、氯酸盐、溴化物、硝酸盐、硫酸盐和磷酸盐等。基于此，本实验选取IonPac®AS19色谱柱作为分离柱。
2.2 淋洗液的选择
实验采用KOH溶液作为淋洗液，将水样中的阴离子从分离柱上洗脱下来。由于OH-淋洗离子对固定相的亲和力比Na2CO3／NaHCO3对固定相的亲和力小，这样能保证峰形和分离度，使基线稳定、噪声小，有较好的重现性；同时KOH作为淋洗液，经过抑制器抑制后转变为水，使得背景电导低，水负峰小，灵敏度提高。
2.3 淋洗液流量的选择
考察了KOH淋洗液流量的改变对各离子的保留时间与系统压力的影响，结果见表1。由表1可以看出，淋洗液流量在0.8～1.4 mL／min之间，各离子均有较好地分离，但淋洗液流量提高到1.4 mL／min时，系统压力增高到12.8 MPa，对柱子不利(IonPac®AS19型色谱柱系统压力在12 MPa以下为宜)，结合F-的保留时间与水负峰的保留时间随着淋洗液流量的提高也越来越近，综合考虑，选择择淋洗液流量为1.0 mL／min。
表1 淋洗液流量对各离子保留时间和系统压力的影响
2.4 10种阴离子混合标准溶液色谱图
10种阴离子混合标准溶液色谱分离情况如图1所示，其中，F-、ClO2-、BrO3-、Cl-、ClO3-、NO2-、Br-、NO3-、SO42-和PO43-的质量浓度均为1.00 mg／L，出峰时间见表1中流量1.0 mL／min对应的保留时间。
图1 10种阴离子混合标准溶液色谱图
由图1可以看出，10种阴离子组分分离良好，且分析速度较快，20 min内即可完成10种阴离子的分析。
2.5 标准曲线及检出限
在1.3仪器工作条件下，对系列标准工作溶液进行测定，以待测组分的质量浓度为横坐标，以色谱峰面积为纵坐标，绘制标准工作曲线，计算线性方程和相关系数。
依据美国环境保护署规定方法检出限的计算公式(MDL=3.143δ，δ为7次重复测定结果的标准偏差)［16］，按照样品分析的全部步骤，对接近方法检出限的样品进行7次平行测定。以0.005、0.02、0.05 mg／L 分别作为第一组（F-、Cl-、ClO3-、NO2-、Br-、NO3-、SO42-）、第二组（ClO2-、BrO3-）、第三组（仅PO43-）检出限测定的浓度。10种阴离子的线性范围、线性回归方程、相关系数及检出限见表2。
表2 线性范围、线性回归方程及检出限
2.6 精密度试验
在水样中添加ClO-、BrO-、ClO-、Br-、PO3-2334的浓度为0.2 mg／L的标准溶液，经处理后进入离子色谱分析，重复测定6次，各阴离子测定结果的相对标准偏差结果见表3。由表3可知，10种阴离子测定结果的相对标准偏差为0.95%～4.69%，表明该方法精密度较高，重复性较好。
表3 精密度试验结果
2.7 回收试验
取完全相同的两份企业加工用水，一份作为空白对照样品，另一份添加一定浓度的各阴离子混合标准溶液，样品经处理后，进入离子色谱进行测定。每个离子分别添加3个不同浓度，每个浓度下平行测定3次，结果见表4。由表4可知，10种阴离子的回收率为80.0%～97.2%，说明该方法准确度较高，满足对加工用水样品检测的要求。
表4 样品回收率测定结果
3 结语
采用离子色谱法同时测定庄河地区输欧水产企业加工用水中的10种阴离子F-、ClO2-、BrO3-、Cl-、ClO3-、NO2-、Br-、NO3-、SO42-和PO43-。使用的色谱柱为IonPac®AS19阴离子分离柱，用KOH溶液作为淋洗液，以电导检测器检测。加工用水样品只需过0.22 μm 滤膜和PR柱后直接进样测定，十种阴离子在22 min内即可分析完成。方法加标回收率与文献值［14-15］处于同一水平，而方法检出限、精密度比文献值［14-15］略低，说明该方法快速、灵敏、准确，操作简便易推广。
