2结果与分析


2.1顶空-气相色谱法


2.1.1顶空进样平衡温度与时间的优化对于水中氢气的检测，分子筛毛细管柱会受到水蒸气的影响，本研究采用GS-CarbonPLOT毛细管柱。图1A为单纯氢气进样色谱图，图1B为富氢水样本检测色谱图。可知氢气出峰时间为1.22 min。在该色谱条件下，色谱图基线稳定，氢气峰能够分离，并且无拖尾等现象。

图1氢气（A）及富氢水样本（B）顶空进样色谱图


气相色谱法检测的前提是将水中的氢气释放出来，这就需要采用顶空的前处理方法。选取同一浓度（氢气0.805 mg/L）样品，考察了顶空进样的不同平衡温度（40、50、60、70、80℃）和不同平衡时间（5、10、15、20、30 min）对测定结果的影响。结果表明：平衡时间为15 min时，随着平衡温度的升高，氢气峰面积相应递增，当温度超过70℃，目标物的峰面积增加缓慢，且温度过高会影响顶空瓶气密性，故实验选择70℃作为平衡温度（图2A）；平衡温度为70℃时，随着平衡时间增加，5～20 min目标物的峰面积逐级递增并趋于平稳，之后峰面积才基本不再增加（图2B）。故实验选择顶空进样的平衡温度和平衡时间分别为70℃和20 min。

图2顶空平衡温度（A）和平衡时间（B）对氢气峰面积的影响


2.1.2线性关系、检出限和定量限在优化后的条件下，将0、0.161、0.322、0.805、0.966、1.449、1.610 mg/L梯度标准工作溶液使用顶空-气相色谱法进行检测，以峰面积（Y）为纵坐标，氢气浓度（X，mg/L）为横坐标进行回归运算，得到顶空-气相色谱法回归方程为Y=19.38X+0.9595，R2=0.9976。在0～1.610 mg/L范围内本方法具有良好的线性关系（图3A）。以3倍信噪比为检出限，10倍信噪比为定量限，得检出限为0.0036 mg/L，定量限为0.012 mg/L。

图3顶空-气相色谱法（A）和氢气微电极法（B）检测水中氢气含量标准曲线


2.1.3准确度和精密度配制氢气浓度为0.1613、0.805、1.449 mg/L的标准溶液进行检测，每个浓度在优化后条件下平行测定6次，通过回收率来考察方法的准确度，通过相对标准偏差（RSD）来考察方法的精密度，测定结果如表1所示。实验结果表明，在0.161、0.805、1.449 mg/L添加水平，回收率分别为104.90%、102.22%和97.78%，说明准确度良好。RSD分别为3.87%、2.29%和1.69%，均小于5%，说明精密度良好（表1）。

表1顶空-气相色谱法的准确度及精密度


2.2氢气微电极法


2.2.1线性关系、检出限和定量限将0、0.161、0.322、0.805、0.966、1.449、1.610 mg/L梯度标准工作溶液使用氢气微电极法进行检测，以信号强度（Y）为纵坐标，氢气浓度（X，mg/L）为横坐标进行回归运算，得到氢气微电极法回归方程为Y=1297X-22.98，R2=0.9978。在0～1.610 mg/L范围内本方法均具有良好的线性关系（图3B）。以3倍信噪比为检出限，10倍信噪比为定量限，得检出限为0.00023 mg/L，定量限为0.00077 mg/L。


2.2.2准确度和精密度对氢气浓度为0.1613、0.805、1.449 mg/L标准溶液使用氢气微电极法进行检测，平行测定6次。如表2所示，在0.161、0.805、1.449 mg/L添加水平，回收率分别为96.75%、95.78%和98.00%，说明准确度良好。相对标准偏差（RSD）分别为1.84%、0.98%和2.80%，均小于5%，说明精密度良好（表2）。

表2氢气微电极法的准确度及精密度


2.3实际样品检测


对市售7种罐装富氢水（编号1～7），每种3个样品（01～03），使用2种方法进行测试。结果见表3。可以看出，市面上罐装富氢水氢气含量均达到了团体标准T/NAHIEM 16-2019《含氢包装饮用水》中规定的0.6 mg/L，但不同品牌产品氢气含量相差很大，从0.8至6.2 mg/L不等。富氢水中的氢气在暴露于空气之中后易于散发，在产品开盖后氢气存留情况如何，也是一个值得关注的指标。本实验以氢气含量最高的产品（产品1和产品2）为代表，得到了在开盖后富氢水氢气含量随时间变化情况。由图4可知，在开始阶段氢气散失速度较快，之后逐渐减缓。对于初始浓度约为3 mg/L的富氢水产品，开盖后5 h内仍然在氢气水溶液饱和浓度之上；对于初始浓度约为6 mg/L的富氢水产品，开盖后8 h内仍然可达到2.2 mg/L以上，远超过饱和氢气浓度。总体来说，开盖后超饱和富氢水中氢气存留量在30 min内降低约10%，6 h内约降低一半。

图4罐装富氢水产品开盖后水中氢气含量随时间变化情况F

表3样品检测结果


3讨论与结论


随着氢气的生物医学效应和机制研究的深入，氢气相关健康产品也越来越多，富氢水是其中重要的产品之一，氢气含量是富氢水的关键指标。本文建立了富氢水中氢气含量的检测方法，并对市面上的罐装富氢水进行了检测。在样本的前处理方面，对于超饱和的富氢水，需通过稀释的方式使氢气含量在标准曲线范围之内，即氢气的饱和浓度1.61 mg/L以下。


此外，气相色谱法需通过顶空进样的方式，使溶解于水中的氢气释放出来，因此增加了前处理的步骤。在检测成本方面，氢气微电极法设备和耗材的成本低于气相色谱法。方法学考察结果表明，顶空-气相色谱法与氢气微电极法在0～1.61 mg/L氢气含量范围内均有良好线性关系，在低、中、高三个添加水平下，回收率分别为97.78%～104.90%、95.78%～98.00%，相对标准偏差分别为1.69%～3.87%、0.98%～2.80%，均能够满足检测要求。目前市面上罐装富氢水产品标注的氢气含量从1.6 ppm（约1.6 mg/L）到3 ppm（约3 mg/L）不等。通过对市面上7种罐装富氢水进行检测表明这些产品均达到团体标准规定的0.6 mg/L，但氢气含量相差较大，不同产品甚至能相差近8倍。本文通过顶空-气相色谱法和氢气微电极法对富氢水中氢气含量进行检测，可以为相关应用及标准的制定提供参考。