高效液相色谱-串联质谱法测定白砂糖中的氯酸盐和高氯酸盐

摘 要：目的：建立高效液相色谱-串联质谱法测定白砂糖中氯酸盐和高氯酸盐的方法。方法：样品经乙腈水振荡超声提取，离心后过膜。用Acclaim Trinity P1色谱柱对化合物进行分离，以乙腈和10 mmol·L-1甲酸铵溶液梯度洗脱，在电喷雾负离子选择反应监测模式下检测，用同位素内标法定量。结果：氯酸盐在1.0～50.0 ng·mL-1线性关系良好，相关系数为0.999 5；高氯酸盐在0.5～25.0 ng·mL-1线性关系良好，相关系数为0.999 9。氯酸盐的检出限为0.61 mg·kg-1，回收率为89.0%～110.0%，精密度为0.54%～1.21%。高氯酸盐的检出限为0.38 mg·kg-1，回收率为86.0%～96.6%，精密度为0.36%～1.02%。结论：该方法的前处理简单快捷，灵敏度高，准确性可靠，稳定性好，可为白砂糖安全检测提供技术手段。

关键词：液相色谱-质谱；白砂糖；氯酸盐；高氯酸盐

Determination of Chlorate and Perchlorate in White Granulated Sugar by High Performance Liquid Chromatography-Tandem Mass Spectrometry

XIONG Biyu， YANG Jinwei， LU Lili， NONG Fuqiao

（Guangxi Zhuang Autonomous Region Product Quality Inspection Institute， Nanning 530200， China）

Abstract： Objective： To establish a high performance liquid chromatography-tandem mass spectrometry method for the determination of chlorate and perchlorate in white granulated sugar. Method： The samples were extracted by ultrasonic oscillation with acetonitrile water， centrifuged and then coated. The compounds were separated by Acclaim Trinity P1 column and eluted with acetonitrile and 10 mmol·L-1 ammonium formate solution. The compounds were detected by electrospray in anion selective reaction monitoring mode and quantified by isotope internal standard method. Result： Chlorate had a good linear relationship between 1.0 ng·mL-1 and 50.0 ng·mL-1 with a correlation coefficient of 0.999 5， and perchlorate had a good linear relationship between 0.5 ng·mL-1 and 25.0 ng·mL-1 with a correlation coefficient of 0.999 9. The detection limit of chlorate was 0.61 mg·kg-1， the recovery was 89.0%～110.0%， and the precision was 0.54%～1.21%. The detection limit of perchlorate was 0.38 mg·kg-1， the recovery was 86.0%～96.6%， and the precision was 0.36%～1.02%. Conclusion： The pretreatment method is simple， rapid， sensitive， reliable and stable， and can provide technical means for the safety detection of white granulated sugar.

Keywords： liquid chromatography-mass spectrometry; white granulated sugar; chlorate; perchlorate

高氯酸盐是一种化学性质稳定的强氧化剂，无机高氯酸盐极易溶于水。环境中的高氯酸盐可以通过多种途径进入人体。研究表明，高氯酸盐与甲状腺疾病密切相关，它可以干扰甲状腺中碘化物的转运系统，影响人体正常的新陈代谢，阻碍人体正常的生长和发育，对生长发育期的儿童、孕妇、胎儿和新生儿的影响尤为严重。我国新实施的《生活饮用水标准检验方法 第5部分：无机非金属指标》

（GB/T 5750.5—2023）[1]也新增了高氯酸盐检测方法，限值为0.07 mg·L-1。氯酸盐主要来自消毒剂。由于使用了含氯消毒剂导致的季铵类化合物导致氯酸盐残留。氯酸盐还会使血红细胞受到破坏，从而影响血液运输氧气的功能。

当前，全球各类食品普遍受氯酸盐、高氯酸盐的污染，尤其是加工食品。白砂糖作为甜味剂，常被添加在食品中，如乳制品、饮料、婴幼儿奶粉等。作为重要的配料之一，为控制所生产产品的安全性，企业应在采购原料时，对各类原料是否含有氯酸盐、高氯酸盐尤为关注。因此，精确检测白砂糖中的氯酸盐、高氯酸盐也显得尤为重要。目前，针对氯酸盐、高氯酸盐的检测方法主要有离子色谱法、离子色谱-质谱法和高效液相色谱-质谱法[2]。离子色谱法因只能通过保留时间对目标物进行定性，易受其他共存离子的干扰[3]。离子色谱-质谱法虽然能解决离子色谱法的不足，但因检测成本过高，操作复杂，不易被采用[4]。而高效液相色谱-质谱法由于抗干扰能力强，检出限低，灵敏度高，已用于水、乳制品、茶叶和奶粉等的测定[5]。因此，本文采用高效液相色谱-质谱法，建立了白砂糖中氯酸盐、高氯酸盐的检测方法。

1 材料与方法

1.1 材料、试剂与仪器设备

1.1.1 样品

白砂糖，共45批次，其中精制糖9批次，优级白砂糖11批次，一级白砂糖13批次，二级白砂糖12批次。

1.1.2 试剂与设备

乙腈（色谱纯）；甲醇（色谱纯）；甲酸（色谱纯）；甲酸铵（液质联用级）；超纯水（电阻率为18.2 MΩ·cm）。注：以上试剂在使用前均应做本底测试。

5500QTRAP液相色谱-串联质谱仪（配电喷雾离子源），美国AB SCIEX公司；电子天平（0.1 mg），瑞士梅特勒-托利多仪器上海有限公司；氯酸根离子（ClO3-）（浓度为100 μg·mL-1），国家有色金属及电子材料分析测试中心；高氯酸根离子（ClO4-）（浓度为1 000 μg·mL-1），美国o2si；氯酸根同位素内标（氯酸根-18O3，浓度为200 μg·mL-1），上海安谱；高氯酸盐同位素内标（高氯酸盐-18O4，浓度为100 μg·mL-1），上海安谱。

1.2 标准品及标准溶液的配制

混合标准工作液的配制：准确移取1 000 μL氯酸根离子标准溶液和50 μL高氯酸根离子标准溶液于100 mL容量瓶中，用水定容，得到氯酸根浓度为1 000 ng·mL-1，高氯酸根浓度为500 ng·mL-1。

混合同位素内标液配制：准确移取氯酸根-18O3和高氯酸盐-18O4各10 μL至10 mL容量瓶中，用水定容，得到氯酸根-18O3浓度为200 ng·mL-1，高氯酸盐-18O4浓度为100 ng·mL-1。

1.3 样品测定

准确称取2 g（精确至0.001 g）试样于50 mL具塞离心管中，加入100 μL混合同位素内标液，7.0 mL超纯水，涡旋振荡5 min，再加入13.0 mL乙腈，混匀，振荡，超声提取30 min，10 000 r·min-1常温离心10 min，经0.5 μm孔径有机相滤膜过滤后，待上机测定。

1.4 仪器条件

1.4.1 液相条件

色谱柱：AcclaimTRINITYP1复合离子交换柱（100 mm×2.1 mm，3 μm）；流动相：A为乙腈，B为10 mmol·L-1甲酸铵溶液；流速：0.3 mL·min-1；柱温：40 ℃；进样量：2 μL；梯度洗脱程序：0～0.2 min，70%A；0.2～3.0 min，70%→90%A；3.0～7.0 min，90%A；7.0～8.0 min，90%→70%A；8.0～10.0 min，70%A。

1.4.2 质谱条件

离子源：电喷雾离子源（ESI源）；检测方式：多反应监测（MRM）；扫描方式：负离子模式扫描；气帘气：25.0 L·min-1；碰撞气：9 L·min-1；喷雾电压：-4 500 V；离子化温度：550 ℃。氯酸盐和高氯酸盐质谱分析参数见表1。

2 结果与分析

2.1 色谱柱的选择

氯酸盐和高氯酸盐均为无机强阴离子盐，在Chrom Core C18反相色谱柱上无法保留，故不采用。试验对ACQUITY UPLC HSS T3柱、Proshell"120 HILIC柱以及Acclaim Trinity P1柱进行比较发现，ACQUITY UPLC HSS T3柱有倒峰，不好保留，无法有效分离目标物，即使调整流动相组成和比例，也无法得到改善。氯酸盐和高氯酸盐都是极性很大的物质，在Proshell 120 HILIC柱上吸附较弱，于1 min内出峰，出峰时间过早，无法与蔗糖杂质峰分开，即使调高水相比例，调整流动相的pH值，或添加离子对试剂，也无法保留。而Acclaim Trinity P1是能分析强极性化合物的色谱柱，抗干扰能力强，结果表明，待测化合物能在此柱上保留，分离度＞1.5，能较好地分离杂质，且峰型尖锐，灵敏度高。故采用Acclaim Trinity P1色谱柱对化合物进行分离。

2.2 流动相的优化

本文对不同流动相（甲醇和乙腈）进行比较发现，乙腈的分离效果优于甲醇，峰型更好，响应更高，保留时间较短。因此，考虑以乙腈作为流动相。但无论甲醇和乙腈，都会出现拖尾现象，且当样品量较大时或者基质较为复杂时，保留时间易发生漂移，通过添加乙酸铵能改善拖尾和保留时间漂移的问题。研究乙酸铵的最佳浓度时发现，乙酸铵浓度为10 mmol·L-1时，目标物响应最高，峰型最好，保留时间稳定。乙酸铵浓度低于10 mmol·L-1时，保留时间拖尾的问题无法明显改善，峰型较差，当乙酸铵浓度大于10 mmol·L-1时，保留时间往前漂移。考虑过高的乙酸铵浓度会影响色谱柱的寿命以及盐析出导致管路堵塞，因此本文采用乙腈-10 mmol·L-1乙酸铵作为流动相对目标物进行分离。

2.3 前处理的选择

氯酸盐和高氯酸盐易溶于水，故用水作为提取溶液最常见。但白砂糖中蔗糖含量≥99%，且蔗糖易溶于水，因此用水作为提取溶剂必然会产生较大的基质干扰。试验研究了常用的提取溶剂甲醇和乙腈的提取效果，通过回收率对比，甲醇和乙腈都能满足提取需要。由于蔗糖在乙腈中的溶解度小于甲醇，且乙腈亦作为流动相之一，能更好地减少基质效应的影响，故本方法选用乙腈作为提取剂。

因白砂糖是含量较为单一，基质较为简单的食品，故不再采用其他的净化方式，而是直接提取后上机测定。虽然测定时仍有一定的基质抑制效应，但通过内标法，可消除基质抑制效应和样品前处理过程的影响。

2.4 质谱条件的优化

试验用乙腈稀释单标工作液经注射泵直接进样分析，经电喷雾电离，在负离子电离模式下全扫描并选择分子离子峰，采用MRM模式进行检测，得到氯酸盐母离子（m/z）83.0，85.0；高氯酸根母离子（m/z）98.9，101.0。然后利用离子扫描模式，逐渐增加碰撞能量，使母离子破碎，得到次级碎片离子。然后对碰撞能量和聚类电压进行优化，以获得所选特征离子的最佳丰度比，结果见表1。

2.5 线性范围、线性方程与检出限

依次准确移取0 μL、10 μL、20 μL、50 μL、100 μL、200 μL和500 μL混合标准工作液于10 mL容量瓶中，加入内标混合液100 μL，用流动相定容。在选定好的条件下，将配制好的工作曲线进行测定，氯酸盐的浓度分别为0 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、2.0 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1、20.0 ng·mL-1和50.0 ng·mL-1，高氯酸盐浓度分别为0 ng·mL-1、0.5 ng·mL-1、1.0 ng·mL-1、2.5 ng·mL-1、5.0 ng·mL-1、10.0 ng·mL-1和25.0 ng·mL-1。以标准溶液浓度为横坐标，以高氯酸盐和氯酸盐及其同位素内标高氯酸盐-18O4和氯酸根-18O3定量离子的峰面积比值为纵坐标，绘制线性方程。检出限用空白样品（称取2 g）加入不同浓度的标准溶液进行测定，用3倍信噪比确定检出限，以10倍信噪比确定定量限，结果见表2。

2.6 方法回收率与精密度结果

通过向空白样品中分别加入20 ng、2 000 ng、10 000 ng氯酸盐和10 ng、1 000 ng、5 000 ng高氯酸盐，按实验选定步骤和选定方法进行处理和检测，每个样品重复测定6次，用内标法定量。由表3可知，氯酸盐方法的回收率为89.0%～110.0%，RSD为0.54%～1.21%，高氯酸盐的回收率为86.0%～96.6%，RSD为0.36%～1.02%。

3 结论

本研究用液相色谱-串联质谱法测定白砂糖中的氯酸盐和高氯酸盐。结果表明，此方法的前处理简单快捷，灵敏度高，结果准确可靠，稳定性好，可满足白砂糖中氯酸盐和高氯酸盐的测定，可为白砂糖安全检测提供有效依据，具有实际应用价值。

参考文献

[1]国家市场监督管理总局，国家标准化管理委员会.生活饮用水标准检验方法 第5部分：无机非金属指标：GB/T 5750.5—2023[S].北京：中国标准出版社，2023.

[2]许小茜，李清清，顾颖娟.高效液相色谱联用质谱法测定羊奶粉中的氯酸盐和高氯酸盐[J].分析仪器，2022（5）：46-51.

[3]王浩，张旭，张彬，等.液质联用法测定食品中氯酸盐和高氯酸盐[J].食品工业，2021，42（8）：305-308.

[4]胜华栋，潘项捷，张水锋，等.改良QuEChERS技术结合超高效液相色谱-串联质谱法同时测定果蔬中高氯酸盐、氯酸盐和溴酸盐[J].食品科学，2020，41（10）：324-329.

[5]国家市场监督管理总局.食品中氯酸盐和高氯酸盐的测定BJS 201706[EB/OL].（2017-05-31）[2024-01-15].https：//www.sdtdata.com/fx/fmfd/tsLibCard/173309.html.