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氫氣在常溫常壓下為無色無味氣體,其分子量小,在體內可無障礙地透過各種屏障進入細胞內部。2007年,有學者發現吸入低濃度的氫氣在體內可中和毒性自由基,減少缺血再灌注損傷。之后,氫氣的生物醫學效應得到了廣泛關注。從基礎研究到臨床治療,氫氣在呼吸系統疾病、代謝性疾病、衰老相關疾病等多個領域嶄露頭角。氫氣用于人體的安全性體現在多個方面:首先,氫氣是人體腸道菌群的正常代謝產物。同時,在潛水醫學領域氫氣早已應用于人體,沒有發現任何的毒性反應及不良后果。在氫氣醫學迅速發展的近十幾年中,大量的臨床試驗也未發現氫氣的毒副作用。更多高質量的氫氣安全性和有效性數據有待科學家們進一步收集分析。在我國,氫氣已被認可作為食品添加劑,出現在正式頒布的國家標準中,在日本、歐盟、美國,氫氣也被列為安全的食品添加劑。作用于人體的氫氣供體多種多樣,主要包括吸入不同濃度氫氣、飲用富氫水、氫水沐浴等,其中飲用富氫水是較為常見的一種方式。
富氫水即含有氫氣的水,其制備及儲存方式有多種,氫氣含量為評價富氫水的最關鍵指標之一。在常溫常壓下飽和氫氣水溶液中氫氣含量約為1.61 mg/L,通過微氣泡等技術,可以使水中不僅有溶解狀態的氫氣,也有微氣泡狀態的氫氣,從而提高了富氫水中的氫氣含量。目前水中氫氣含量的檢測方法有氣相色譜法、氫氣微電極法、亞甲藍氧化還原滴定法等。文獻中已有相關檢測方法的報道,但檢測對象均為實驗室中充入氫氣的水,對市面上的富氫水產品或超飽和富氫水中氫氣含量檢測尚無報道。這些方法是否適合目前富氫水產品中氫氣含量的檢測尚無系統研究。氣相色譜法檢測從富氫水中釋放出來的氫氣,對于含微氣泡的超飽和富氫水,可以通過加熱等方式促進氫氣的釋放。氫電極法適用于檢測溶解于水中的氫氣,其測量范圍為飽和濃度以下,目前市面上很多富氫水為超飽和的微氣泡富氫水,本文通過稀釋的方式使氫氣濃度至飽和以下并完全溶解。亞甲藍氧化還原滴定法通過納米鉑催化氫氣還原亞甲藍,根據亞甲基藍的用量得到水溶液中氫氣的含量。此法方便快捷,但較為粗略,無法準確定量。
在我國,富氫水產品尚未制訂國家標準和行業標準,目前僅有團體標準T/NAHIEM 16-2019《含氫包裝飲用水》,其中提到“產品保質期內,氫氣含量不低于0.6 mg/L”,在氫氣含量檢驗中提到“氫氣的含量使用氣相色譜法進行測定(對氫濃度的檢測也可采用與氣相色譜法精度相當的檢測方法)”,但具體檢測流程尚未制定。為規范相關市場,推進行業發展,建立標準的富氫水中氫氣含量檢測方法刻不容緩??梢远繖z測富氫水中氫氣含量的方法主要為頂空-氣相色譜法和氫氣微電極法。本文對兩種檢測方法進行了方法學驗證,建立了可用于實際富氫水產品中氫氣含量的檢測方法,并檢測了市面罐裝富氫水中氫氣含量,可以為相關應用提供參考。
1材料與方法
1.1材料與儀器
20 mL頂空瓶美國Agilent公司;超純水密理博Milli-Q超純水機;7種市售罐裝富氫水(產品1,生產日期:2022-02-25,1.5 mg/L<標注濃度<2 mg/L;產品2,生產日期:2022-02-26,2.5 mg/L<標注濃度≤3 mg/L;產品3,生產日期:2022-01-25,1.5 mg/L<標注濃度<2 mg/L;產品4,生產日期:2021-11-24,2.5 mg/L<標注濃度≤3 mg/L;產品5,生產日期:2021-11-23,2 mg/L≤標注濃度≤2.5 mg/L;產品6,生產日期:2022-01-19,2 mg/L≤標注濃度≤2.5 mg/L;產品7,生產日期:2022-01-19,1.5 mg/L<標注濃度<2 mg/L)。
8890氣相色譜儀配熱導檢測器、7697A頂空進樣器、GS-CarbonPLOT毛細管柱(30 m×3μm,0.32 mm)美國Agilent公司;微電極系統(配有H2-50氫氣微電極)丹麥Unisense公司;SPE-300純水氫氣發生器濟南浩偉實驗儀器有限公司。
1.2實驗方法
1.2.1氫氣標準水溶液的制備
在20℃,標準大氣壓(101 kPa)下將氫氣發生器制備的高純度氫氣(>99.99%)經分散器充入超純水中直到飽和。查閱文獻可知此時水中氫氣濃度約為805μmol/L,即1.61 mg/L。將此溶液用超純水稀釋,配制成濃度為0、0.161、0.322、0.805、0.966、1.449、1.610 mg/L的標準工作溶液。
1.2.2頂空-氣相色譜檢測
色譜柱:GS-Carbon-PLOT毛細管柱(30 m×3μm,0.32 mm);載氣(N2)流速3.0 mL/min;進樣口溫度200℃,分流比20:1;柱溫35℃,檢測器溫度:200℃。頂空條件:樣品平衡時間20 min;頂空瓶溫度70℃;定量環溫度80℃;傳輸線溫度80℃;進樣時間0.5 min。取5 mL標準工作液置于20 mL頂空瓶中,立即封閉后檢測,得到標準曲線。將待測富氫水用超純水稀釋至標準曲線范圍內(氫氣濃度<1.61 mg/L),取5 mL稀釋后樣本置于20 mL頂空瓶中檢測。根據標準曲線計算稀釋后樣本中氫氣含量,并乘以稀釋倍數得到原始樣本中氫氣含量。
1.2.3氫氣微電極檢測
氫氣微電極極化電壓為100 mV,將氫氣微電極插入超純水中,待電極信號穩定后開始進行檢測。極化時間約為2 h。取10 mL標準工作液于50 mL離心管中,立即將氫氣微電極插入液面以下待信號穩定,得到標準曲線。將待測富氫水用超純水稀釋至標準曲線范圍內(氫氣濃度<1.61 mg/L),取10 mL稀釋后樣本檢測,根據標準曲線計算稀釋后樣本中氫氣含量,并乘以稀釋倍數得到原始樣本中氫氣含量。
1.2.4罐裝富氫水產品中氫氣含量檢測
開蓋后立即取適量體積富氫水用超純水稀釋至標準曲線范圍內(氫氣濃度<1.61 mg/L),根據1.2.2和1.2.3中的方法分別檢測罐裝富氫水產品中氫氣含量。檢測日期均為2022年3月,各產品均在保質期內。對于產品1和產品2,采用氫氣微電極法檢測開蓋后8.3 h內定時取樣,檢測氫氣含量隨時間變化情況。
1.3數據處理
相關實驗重復3次,數據用均值±標準差表示。2組之間檢測結果使用獨立樣本t檢驗分析顯著性差異。采用使用SPSS 20及Origin 8.5軟件進行數據分析及圖形繪制。