离子色谱-串联质谱法检测茶叶中的高氯酸盐


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	刘小芳

	方从容

	刘慧

	李仁勇

	阎超

刘小芳¹, 方从容², 刘慧³, 李仁勇³, 阎超¹

1. 上海交通大学药学院, 上海 200240;
2. 国家食品安全风险评估中心, 北京 100021;
3. 赛默飞世尔科技(中国)有限公司, 上海 201206

收稿日期：2016-06-12

基金项目：国家自然科学基金项目（21175092）；上海市科委科研计划项目（15142200200）；上海市教育委员会科研创新项目（14YZ170）；中国博士后科学基金资助项目（2015M581628）.

通讯联系人： Tel:(021)34204833,E-mail:chaoyan@sjtu.edu.cn

摘要：建立了离子色谱-串联质谱检测茶叶中高氯酸盐的分析方法。选用高容量、强亲水性的IonPac AS20阴离子交换柱（2 mm）进行分离，以淋洗液自动发生器在线产生的70 mmol/L氢氧化钾为淋洗液等浓度淋洗，TSQ Quantiva三重四极杆质谱仪作检测器，采用电喷雾电离源负离子（ESI^-）模式、多反应监测（MRM）模式进行分析，内标法定量。结果表明，高氯酸盐在0.02~10.0 μg/L范围内线性关系良好，相关系数（r）为0.9991，定量限为2 μg/kg。运用该方法测定5种茶叶中的高氯酸盐，加标回收率为87.3%~112.2%。该方法具有操作简单、专属性强、灵敏度高等优点，可满足茶叶中高氯酸盐的检测要求。

关键词：离子色谱-串联质谱高氯酸盐茶叶

Determination of perchlorates in tea by ion chromatography- tandem mass spectrometry

LIU Xiaofang¹, FANG Congrong², LIU Hui³, LI Renyong³, YAN Chao¹

1. School of Pharmacy, Shanghai Jiao Tong University, Shanghai 200240, China ;
2. China National Center for Food Safety Risk Assessment, Beijing 100021, China ;
3. ThermoFisher Scientific (China) Corporation, Shanghai 201206, China

Received: 2016-06-12

Foundation Item: National Natural Science Foundation of China (No. 21175092); Research and Development Program of Shanghai Municipal Science and Technology Commission (No. 15142200200); Innovation Program of Shanghai Municipal Education Commission (No. 14YZ170); China Postdoctoral Science Foundation Funded Project (No. 2015M581628).

^* Corresponding author. Tel:(021)34204833,E-mail:chaoyan@sjtu.edu.cn

Abstract: A rapid ion chromatography-tandem mass spectrometry(IC-MS/MS) method was developed for the determination of perchlorates in tea. The chromatographic analysis was performed on Dionex 5000⁺, using high capacity and hydroxide selective column IonPac AS20 (2 mm). Perchlorates were separated by isocratic elution with 70 mmol/L KOH eluent generated from on-line eluent generation cartridge. TSQ Quantiva^TM, as a detector, scanned samples and monitored multi ion pairs simultaneously for confirmation and quantification, in the mode of negative ESI and multiple reaction monitoring (MRM). The results displayed good linearity in the range of 0.02-10.0 μg/L, with correlation coefficient (r) of 0.9991. The relative standard deviations (RSDs) were 2.67% (n=5). The limits of quantification of the method were 2 μg/kg. The average recoveries of perchlorates in the five kinds of tea ranged from 87.3% to 112.2%. The results showed that the method is fast, simple, selective, sensitive and suitable for the determination of perchlorates in various complex matrix samples such as tea.

Key words: ion chromatography-tandem mass spectrometry (IC-MS/MS) perchlorates tea

茶叶作为一种传统的健康饮品一直深受国内外消费者的青睐。近期在中国出口欧盟的茶叶中检出了新型污染物高氯酸盐,引起了公众对茶叶安全的广泛关注。

高氯酸盐是一种公认的环境污染物^{[1, 2]},可广泛应用于高速公路照明灯、汽车气袋、火箭推进剂、导弹和烟火制造业及军火工业^[3]中。高氯酸盐常因燃烧不充分及相关废弃物的排放对大气、水源、土壤等环境造成污染。茶叶种植的土壤基质以及种植过程中使用的化学肥料、灌溉用水和加工过程中使用的含氯消毒剂、包装材料都可能成为高氯酸盐的污染来源。高氯酸盐可以干扰人体甲状腺的正常功能,从而影响大脑组织的发育,对胚胎、婴幼儿和少年儿童的发育危害巨大^[4-10]。目前欧盟相关组织正在研究茶叶中高氯酸盐的合理含量,并拟将茶叶中高氯酸盐的标准含量强制性定为0.75 mg/kg。

目前高氯酸盐的分析方法主要有离子色谱法^{[11, 12]}、离子色谱-质谱法^[13-16]、液相色谱-串联质谱法^[17-19]等。由于检测技术的限制,研究的样品主要为地表水、污水、污泥等环境样品和饮料、蔬菜、牛奶、奶粉等食品样品。离子色谱法作为高氯酸盐的主要分析手段,通常采用大体积进样(一般为1 mL)以满足μg/L级样品的分析,致使进样溶液中存在高浓度的Cl^-、CO₃^2-、SO₄^2-等阴离子,在分析柱上易过饱和而产生拖尾现象,影响高氯酸盐的分析;液相色谱-串联质谱法检出限低,但高氯酸盐在C18色谱柱上无保留或保留极弱,回收率较低;离子色谱-质谱法分析高氯酸盐时,样品进入质谱前先经抑制器,可去除大量阳离子以降低对离子源的污染^[20]。本文建立了离子色谱-串联质谱测定茶叶中高氯酸盐的分析方法。该法具有操作简单、灵敏度高、专属性强等优势,可很好地满足茶叶中高氯酸盐的检测要求。

1 实验部分

1.1 仪器与试剂

Dionex ICS 5000⁺离子色谱仪配有高压泵、淋洗液自动发生器(EGC)、检测器和自动进样器,TSQ Quantiva^TM三重四极杆串联质谱系统,IonPac AS20型分析柱(250 mm×2 mm)和保护柱(50 mm×2 mm),AERS 500阴离子抑制器(2 mm,外接水模式),GenPure Pro UV-TOC去离子水系统,Dionex OnGuardⅡ RP柱,Target 2针头过滤器(0.45 μm,30 mm)(美国Thermo Scientific公司);一次性无菌注射器(1 mL,上海米沙瓦医科工业有限公司)。

乙酸、高氯酸钠均为HPLC级(美国Fisher Scientific公司)；高氯酸盐同位素内标(纯度>98%，美国Sigma公司)。

1.2 色谱条件

70 mmol/L氢氧化钾(KOH)淋洗液由EGC自动在线产生,等浓度淋洗。淋洗液流速为0.3 mL/min;柱温为30 ℃;进样体积为25 μL。

1.3 质谱条件

离子源:ESI源,负离子模式;离子源温度:350 ℃;喷雾电压:3 200 V;毛细管温度:275 ℃;毛细管电压:10 V;鞘气流速:35 arb;辅助气流速:10 arb;扫描方式:多反应监测(MRM);监测离子对:m/z 99/83、107/87。

1.4 标准溶液的制备

准确称取适量(精确至0.001 g)高氯酸钠,配制质量浓度为1.0 mg/L的高氯酸盐标准储备液。取标准储备液配制高氯酸根质量浓度分别为0.02、0.05、0.10、0.20、0.50、1.0、2.0、5.0、10.0 μg/L的标准溶液。在标准溶液中加入质量浓度为0.50 μg/L的高氯酸盐同位素内标。

1.5 样品前处理

样品前处理的方法参考美国食品和药物管理局(FDA)标准^[21]。标准中采用1%(v/v)乙酸水溶液进行提取,经本实验证实，对于茶叶样品,用0.2%(v/v)乙酸水溶液提取,提取效率相同。

称取1 g茶叶粉末至100 mL容量瓶中,加入30 mL 0.2%(v/v)乙酸水溶液后,加入质量浓度为0.50 μg/L的高氯酸盐同位素内标,涡旋振荡1 min,加入0.2%(v/v)乙酸水溶液至刻度,超声30 min,取上清液经0.22 μm尼龙滤膜和OnGuardⅡ RP柱过滤,滤液直接上机分析。

2 结果与讨论

2.1 质谱条件的选择

本文以蠕动泵和直接进样方式,分别对毛细管电压、毛细管温度、喷雾电压、离子源温度、鞘气流速、辅助气流速等质谱参数进行自动优化,调谐后最终质谱条件见1.3节。高氯酸盐标准溶液的色谱图见图 1。

图 1 高氯酸盐标准溶液的色谱图 Fig. 1 Chromatogram of perchlorates standard solution

2.2 线性范围、检出限和精密度

将系列高氯酸盐标准溶液进行仪器分析,以高氯酸盐的峰面积(Y)为纵坐标,质量浓度(X,μg/L)为横坐标进行线性回归。结果表明,高氯酸盐在0.02～10.0 μg/L质量浓度范围内线性关系良好,回归方程为Y=2.15X+0.22,相关系数(r)为0.999 1。将0.50 μg/L标准溶液连续进样5次,计算得到高氯酸盐峰面积的RSD为2.67%,定量限(LOQ,S/N=10)为0.02 μg/L。

2.3 实际样品分析

对市售普洱茶、红茶、绿茶、苦丁茶、金银花茶样品进行处理后直接进样分析,其中绿茶样品的色谱图见图 2。根据实际样品中高氯酸盐的含量,在3个添加水平下进行加标回收率试验(n=3),实际样品的加标回收率为87.3%～112.2%(见表 1)。所测样品均含高氯酸盐,说明茶叶中确有不同程度的高氯酸盐污染。

图 2 绿茶样品中高氯酸盐的色谱图 Fig. 2 Chromatogram of perchlorates in green tea

表 1 实际茶叶样品中高氯酸盐的含量和加标回收率(n=3) Table 1 Contents and spiked recoveries of perchlorates in real tea samples (n=3)

3 结论

以高柱容量、强亲水性的IonPac AS20为色谱柱,在线电解淋洗液发生器产生净KOH溶液为流动相,建立了离子色谱-串联质谱检测茶叶中高氯酸盐的分析方法。该方法专属性强,灵敏度高,定量限低,回收率好,适用于茶叶等基质复杂样品的检测。

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