氢气在常温常压下为无色无味气体，其分子量小，在体内可无障碍地透过各种屏障进入细胞内部。2007年，有学者发现吸入低浓度的氢气在体内可中和毒性自由基，减少缺血再灌注损伤。之后，氢气的生物医学效应得到了广泛关注。从基础研究到临床治疗，氢气在呼吸系统疾病、代谢性疾病、衰老相关疾病等多个领域崭露头角。氢气用于人体的安全性体现在多个方面：首先，氢气是人体肠道菌群的正常代谢产物。同时，在潜水医学领域氢气早已应用于人体，没有发现任何的毒性反应及不良后果。在氢气医学迅速发展的近十几年中，大量的临床试验也未发现氢气的毒副作用。更多高质量的氢气安全性和有效性数据有待科学家们进一步收集分析。在我国，氢气已被认可作为食品添加剂，出现在正式颁布的国家标准中，在日本、欧盟、美国，氢气也被列为安全的食品添加剂。作用于人体的氢气供体多种多样，主要包括吸入不同浓度氢气、饮用富氢水、氢水沐浴等，其中饮用富氢水是较为常见的一种方式。


富氢水即含有氢气的水，其制备及储存方式有多种，氢气含量为评价富氢水的最关键指标之一。在常温常压下饱和氢气水溶液中氢气含量约为1.61 mg/L，通过微气泡等技术，可以使水中不仅有溶解状态的氢气，也有微气泡状态的氢气，从而提高了富氢水中的氢气含量。目前水中氢气含量的检测方法有气相色谱法、氢气微电极法、亚甲蓝氧化还原滴定法等。文献中已有相关检测方法的报道，但检测对象均为实验室中充入氢气的水，对市面上的富氢水产品或超饱和富氢水中氢气含量检测尚无报道。这些方法是否适合目前富氢水产品中氢气含量的检测尚无系统研究。气相色谱法检测从富氢水中释放出来的氢气，对于含微气泡的超饱和富氢水，可以通过加热等方式促进氢气的释放。氢电极法适用于检测溶解于水中的氢气，其测量范围为饱和浓度以下，目前市面上很多富氢水为超饱和的微气泡富氢水，本文通过稀释的方式使氢气浓度至饱和以下并完全溶解。亚甲蓝氧化还原滴定法通过纳米铂催化氢气还原亚甲蓝，根据亚甲基蓝的用量得到水溶液中氢气的含量。此法方便快捷，但较为粗略，无法准确定量。


在我国，富氢水产品尚未制订国家标准和行业标准，目前仅有团体标准T/NAHIEM 16-2019《含氢包装饮用水》，其中提到“产品保质期内，氢气含量不低于0.6 mg/L”，在氢气含量检验中提到“氢气的含量使用气相色谱法进行测定（对氢浓度的检测也可采用与气相色谱法精度相当的检测方法）”，但具体检测流程尚未制定。为规范相关市场，推进行业发展，建立标准的富氢水中氢气含量检测方法刻不容缓。可以定量检测富氢水中氢气含量的方法主要为顶空-气相色谱法和氢气微电极法。本文对两种检测方法进行了方法学验证，建立了可用于实际富氢水产品中氢气含量的检测方法，并检测了市面罐装富氢水中氢气含量，可以为相关应用提供参考。


1材料与方法


1.1材料与仪器


20 mL顶空瓶美国Agilent公司；超纯水密理博Milli-Q超纯水机；7种市售罐装富氢水（产品1，生产日期：2022-02-25，1.5 mg/L＜标注浓度＜2 mg/L；产品2，生产日期：2022-02-26，2.5 mg/L＜标注浓度≤3 mg/L；产品3，生产日期：2022-01-25，1.5 mg/L＜标注浓度＜2 mg/L；产品4，生产日期：2021-11-24，2.5 mg/L＜标注浓度≤3 mg/L；产品5，生产日期：2021-11-23，2 mg/L≤标注浓度≤2.5 mg/L；产品6，生产日期：2022-01-19，2 mg/L≤标注浓度≤2.5 mg/L；产品7，生产日期：2022-01-19，1.5 mg/L＜标注浓度＜2 mg/L）。


8890气相色谱仪配热导检测器、7697A顶空进样器、GS-CarbonPLOT毛细管柱（30 m×3μm，0.32 mm）美国Agilent公司；微电极系统（配有H2-50氢气微电极）丹麦Unisense公司；SPE-300纯水氢气发生器济南浩伟实验仪器有限公司。


1.2实验方法


1.2.1氢气标准水溶液的制备

在20℃，标准大气压（101 kPa）下将氢气发生器制备的高纯度氢气（＞99.99%）经分散器充入超纯水中直到饱和。查阅文献可知此时水中氢气浓度约为805μmol/L，即1.61 mg/L。将此溶液用超纯水稀释，配制成浓度为0、0.161、0.322、0.805、0.966、1.449、1.610 mg/L的标准工作溶液。


1.2.2顶空-气相色谱检测

色谱柱：GS-Carbon-PLOT毛细管柱（30 m×3μm，0.32 mm）；载气（N2）流速3.0 mL/min；进样口温度200℃，分流比20:1；柱温35℃，检测器温度:200℃。顶空条件：样品平衡时间20 min；顶空瓶温度70℃；定量环温度80℃；传输线温度80℃；进样时间0.5 min。取5 mL标准工作液置于20 mL顶空瓶中，立即封闭后检测，得到标准曲线。将待测富氢水用超纯水稀释至标准曲线范围内（氢气浓度＜1.61 mg/L），取5 mL稀释后样本置于20 mL顶空瓶中检测。根据标准曲线计算稀释后样本中氢气含量，并乘以稀释倍数得到原始样本中氢气含量。


1.2.3氢气微电极检测

氢气微电极极化电压为100 mV，将氢气微电极插入超纯水中，待电极信号稳定后开始进行检测。极化时间约为2 h。取10 mL标准工作液于50 mL离心管中，立即将氢气微电极插入液面以下待信号稳定，得到标准曲线。将待测富氢水用超纯水稀释至标准曲线范围内（氢气浓度＜1.61 mg/L），取10 mL稀释后样本检测，根据标准曲线计算稀释后样本中氢气含量，并乘以稀释倍数得到原始样本中氢气含量。


1.2.4罐装富氢水产品中氢气含量检测

开盖后立即取适量体积富氢水用超纯水稀释至标准曲线范围内（氢气浓度＜1.61 mg/L），根据1.2.2和1.2.3中的方法分别检测罐装富氢水产品中氢气含量。检测日期均为2022年3月，各产品均在保质期内。对于产品1和产品2，采用氢气微电极法检测开盖后8.3 h内定时取样，检测氢气含量随时间变化情况。


1.3数据处理


相关实验重复3次，数据用均值±标准差表示。2组之间检测结果使用独立样本t检验分析显著性差异。采用使用SPSS 20及Origin 8.5软件进行数据分析及图形绘制。