铬（六价）（Cr（Ⅵ））、草甘膦（glyphosate，GLY）及高氯酸盐极易溶于水，会随流水汇入地下、江河、湖泊等水源，造成饮用水源污染，威胁饮用者健康[1-2]。因此，我国GB 5749—2022《生活饮用水卫生标准》[3]规定饮用水中铬（六价）、草甘膦及高氯酸盐的最高质量浓度分别不允许超过0.05 μg/mL、0.7 μg/mL、0.07 μg/mL，同时标准中也对毒害性较小的阴离子做了限量要求，以保证饮用者健康。
目前，Cr（Ⅵ）常用检测方法有分光光度法[4-6]、高效液相色谱-电感耦合等离子体-质谱联用（high performance liquid chromatography-inductively coupled plasma-mass spectrum，HPLC-ICP-MS）法[7-9]、离子色谱-紫外联用（ion chromatography-ultraviolet，IC-UV）法[10-12]等；高氯酸盐常用检测方法有高效液相-质谱联用（HPLC-MS）法[13-14]、离子色谱-质谱联用（IC-MS）法[15-16]及离子色谱（IC）法[17-18]等；GLY常用检测方法有HPLC-MS法[19-20]及离子色谱法[21-22]等；阴离子常用检测方法为离子色谱法[23-26]。以上方法虽可满足分析需求，但不能同时进行检测，甚至需要更换不同仪器或者不同淋洗液，效率低下。目前，同时检测多种目标化合物主要存在进样量难以平衡（水体中氯离子、硝酸根及硫酸根离子含量较高，需要小进样量，以防系统过载；但痕量离子分析需要大进样量来提高其灵敏度，因此合适进样量较难判断，并且需选择合适色谱柱）及不同物质检测方法兼容性差的难点。
本研究通过色谱条件优化及方法学考察建立一种同时测定饮用水中Cr（Ⅵ）、GLY、高氯酸盐及7种常规阴离子（亚硝酸根离子（NO2-）、溴离子（Br-）、氟离子（F-）、磷酸根离子（PO43-）、氯离子（Cl-）、硝酸根离子（NO3-）及硫酸根离子（SO42-））含量的离子色谱法，旨在为饮用水中多种化合物的同时检测提供技术支撑。
1 材料与方法
1.1 材料与试剂
饮用水样品：取自重庆市开州区疾病预防控制中心实验室、赛默飞世尔科技广州应用中心、赛默飞世尔科技上海应用中心；F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、SO42-、PO43-、Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-标准溶液（质量浓度均为1 000 μg/mL）：国家标准物质研究中心；KOH淋洗液：美国Thermo Scientific公司。
1.2 仪器与设备
Thermo ScientificTM DionexTM Aquion RFIC型离子色谱仪（配有EGC-KOH自动发生器）、Thermo ScientificTM DionexTM AS-DV自动进样器、Chromeleon 7.3数据处理系统、ADRS600（4 mm）抑制器、Dionex IonPacTM AS11 HC色谱柱（4 mm×250 mm）、Dionex IonPacTM AS19色谱柱（4 mm×250 mm）、Dionex IonPacTM AS20色谱柱（4 mm×250 mm）、Dionex IonPacAS16TM色谱柱（4 mm×250 mm）、DionexIonPacTM AG20保护柱（4 mm×50 mm）、抑制器CRD200（4 mm）：美国Thermo Fisher公司；Milli-Q超纯水仪：美国密理博公司。
1.3 方法
1.3.1 标准工作液的配制
分别移取0.01 mL Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-，0.1 mL F-及PO43-，5 mL Cl-、NO3-及SO42-标准溶液于100 mL容量瓶中，超纯水定容至刻度，制备混合标准中间液；取适量体积的混合标准中间液，超纯水定容，配制成Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-质量浓度为0.005 μg/mL、0.010 μg/mL、0.025 μg/mL、0.050 μg/mL、0.100 μg/mL，F-及PO43-质量浓度为0.05μg/mL、0.10μg/mL、0.25μg/mL、0.50μg/mL、1.00μg/mL，Cl-、NO3-及SO42-质量浓度为5.0μg/mL、10.0μg/mL、12.5μg/mL、25.0 μg/mL、50.0 μg/mL的系列混合标准工作液。
1.3.2 饮用水中10种目标物的测定
样品前处理：水样过0.22 μm水相滤膜后，按照仪器工作条件直接进样分析。
离子色谱条件：DionexTM IonPacTM AS20色谱柱（4 mm×250 mm），DionexTM IonPacTM AG20保护柱（4 mm×50 mm）；柱温30 ℃；检测器温度35 ℃；进样体积500 μL；ADRS600（4 mm）抑制器，抑制电流为138 mA；淋洗液为45 mmol/L KOH溶液，等梯度洗脱，淋洗液流速为1.0 mL/min。
定性定量方法：以保留时间进行定性，以外标法进行定量。
1.3.3 离子色谱条件优化
色谱柱的选择：由于ClO4-保留较强，影响分析效率，以45 mmol/L KOH作为淋洗液，以质量浓度为0.5 μg/mL ClO4-的标准工作液作为测试液，考察其在DionexTMIonPacTMAS11 HC（4mm×250mm）、DionexTMIonPacTMAS19（4mm×250mm）、DionexTM IonPacTMAS20（4 mm×250 mm）及DionexTM IonPacTM AS16（4 mm×250 mm）常用4款色谱柱上的洗脱效率，以确定色谱柱。
淋洗液KOH浓度及梯度的确定：以Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-质量浓度为0.100 μg/mL、F-及PO43-质量浓度为1.00 μg/mL、Cl-、NO3-及SO42-质量浓度为50.0 μg/mL的混合标准工作液作为测试液，以相邻目标物分离度（R）≥1.5为标准，考察淋洗液KOH浓度（5 mmol/L、10 mmol/L、15 mmol/L）[27]及梯度对10种目标物分离效率的影响，确定最优淋洗液浓度及梯度洗脱条件。
淋洗液KOH流速的确定：以Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-质量浓度为0.100 μg/mL、F-及PO43-质量浓度为1.00 μg/mL、Cl-、NO3-及SO42-质量浓度为50.0 μg/mL混合标准工作液作为测试液，进一步考察KOH不同淋洗流速（0.5 mL/min、1.0 mL/min、1.5 mL/min、2.0 mL/min）对10种物质分离效率的影响，确定最优淋洗液流速。
1.3.4 饮用水中CO32-的去除
采用二氧化碳抑制器CRD 200（4 mm）去除饮用水中的CO32-，以降低CO32-对系统干扰；以同一水样品添加抑制器CRD 200（4 mm）前后CO32-峰面积减少量的比率作为CO32-去除效率。
1.3.5 方法学考察
（1）标准曲线的绘制及检出限和定量限的确定
采用最优离子色谱法对不同质量浓度的混合标准溶液进行检测，以各离子响应峰面积（y）为纵坐标，各目标物质量浓度（x）为横坐标绘制标准曲线，得到标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数，以3倍和10倍信噪比分别确定方法的检出限（limits of detection，LODs）和定量限（limits of quantitation，LOQs）。
（2）重复性和稳定性试验
以Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-质量浓度为0.100 μg/mL；F-及PO43-质量浓度为1.00 μg/mL；Cl-、NO3-及SO42-质量浓度为50.0 μg/mL混合标准工作液作为测试液，采用最优离子色谱法重复测定6次，以峰面积的相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）说明方法的重复性；样品分别放置0 h、12 h、24 h、36 h、48 h、60 h、72 h后进样分析，以峰面积的RSD说明方法的稳定性。
（3）加标回收率和精密度试验
以饮用水为本底，Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-的三个加标水平均为0.01 μg/mL、0.02 μg/mL、0.06 μg/mL；F-及PO43-的三个加标水平均为0.05 μg/mL、0.20 μg/mL、0.60 μg/mL；Cl-、NO3-及SO42-的三个加标水平均为2.5 μg/mL、10 μg/mL、30 μg/mL，采用最优离子色谱法重复测定6次，计算加标回收率、精密度试验及加标回收率试验结果的RSD。
1.3.6 分离度的计算
分离度的计算公式如下：
式中：t（R1）、（R2）分别为相邻两峰中前后一峰保留时间，min；W1及W2为相邻两峰的峰宽，min。
1.3.7 数据处理
以赛默飞Thermo ScientificTMChromeleonTM7.3 Chromatography Data System（CDS）software软件处理分析数据。
2 结果与分析
2.1 色谱条件优化
2.1.1 色谱柱选择
ClO4-在不同色谱柱下的洗脱效率见图1。由图1可知，在同淋洗液浓度情况下，DionexTM IonPacTM AS11 HC色谱柱对ClO4-保留最强，保留时间为30 min，洗脱效率最低，DionexTM IonPacTM AS19色谱柱洗脱效率次之（保留时间为20 min）；DionexTM IonPacTM AS20及DionexTM IonPacTM AS16色谱柱亲水性较强，对ClO4-保留较弱，洗脱效率高，但采用DionexTM IonPacTM AS16色谱柱，ClO4-与4-氯苯磺酸共淋洗时影响ClO4-检测[28]。综上，DionexTM IonPacTM AS20色谱柱可满足待测离子分离度要求，且有效避免ClO4-与4-氯苯磺酸共淋洗，故最终选择DionexTM IonPacTM AS20色谱柱为分析柱。
图1 45 mmol/L KOH为淋洗液时不同色谱柱对ClO4-的洗脱效率
Fig.1 Elution efficiency of different chromatographic columns with 45 mmol/L KOH on ClO4-
1：ClO4-。
2.1.2 淋洗液KOH浓度及梯度的确定
通过考察淋洗液KOH不同浓度对10种目标物分离效果的影响，结果发现，当以10 mmol/L KOH洗脱10 min时，F-、Cl-与NO2-均可被洗脱，且Cl-与NO2-之间分离度为2.76，故确定淋洗液KOH的初始浓度为10 mmol/L，且持续时间为10 min。然而Br-、NO3-及SO42-保留相对较强，故以梯度方式将其洗脱。结果发现，将淋洗液KOH浓度由10 mmol/L升高至50 mmol/L，洗脱10 min时，Br-、NO3-及SO42-均可被洗脱，且相邻离子间的分离度均≥1.5。对于强保留的PO43-、Cr（Ⅵ）、GLY及ClO4-，需进一步增加淋洗液KOH的浓度，因此，以50 mmol/L的KOH进行等梯度洗脱。结果发现，在此条件下洗脱5 min，PO43-、Cr（Ⅵ）、GLY及ClO4-均可被洗脱，且相邻离子间的分离度均≥1.5，分离度满足要求，且洗脱速度快。故最终确定淋洗液KOH的梯度洗脱程序为0～10 min，10 mmol/L KOH；10～20 min，10～50 mmol/L KOH；20～25 min，50 mmol/L KOH，25～30 min，10 mmol/L KOH。
2.1.3 淋洗液KOH流速的确定
通过考察淋洗液KOH不同淋洗流速对10种目标物分离效率的影响，结果发现，随着淋洗液流速增大，柱压从900 psi上升至3 600 psi，分析效率提高，但目标物分离度变差。当流速为1.5 mL/min时，Br-与NO3-无法满足分离度≥1.5的要求，故最终确定淋洗液流速为1.0 mL/min。采用最优离子色谱条件检测10种目标物（Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-及Br-质量浓度均为0.1 μg/mL，F-及PO43-质量浓度均为1.0 μg/mL，Cl-、NO3-及SO42-质量浓度均为50 μg/mL），离子色谱图见图2，分离度见表1。
表1 最优离子色谱条件下10种目标物的分离度
Table 1 Resolution of 10 target substances under optimal chromatographic conditions
目标物 F- Cl- NO2- Br- NO3- SO42- PO43- Cr（Ⅵ） GLY ClO4-分离度6.30 2.76 6.54 1.50 4.71 6.68 2.09 2.09 11.42 ——-
图2 最优色谱条件下10种目标物的离子色图谱
Fig.2 Ionic chromatogram of 10 target substances under optimal chromatographic conditions
1：F-，2：Cl-，3：NO2-，4：Br-，5：NO3-，6：SO42-，7：PO43-，8：Cr（Ⅵ），9：GLY，10：ClO4-。
由图2及表1可知，10种目标物分离度均≥1.5，说明10种目标物在本试验条件下能够实现良好分离。
2.2 饮用水中CO32-的去除
在本测试条件下，CO32-保留时间与SO42-接近，普通饮用水中，CO32-含量较低，SO42-不会受到CO32-干扰，但对于地下饮用水或井水，CO32-含量较高（＞2%）[28]，则会干扰硫酸根的检测，故本测试中通过安装CO32-抑制器CRD200（4 mm）去除该类样品中的CO32-，经测试，CO32-去除效率可至90%以上，满足井水及地下水等高含CO32-样品分析要求。
2.3 方法学考察
2.3.1 标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数、检出限和定量限
采用最优离子色谱法检测10种目标物的标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数、检出限和定量限，结果见表2。由表2可知，10种目标物在各自线性范围内具有良好的线性关系，相关系数R2均＞0.999，检出限和定量限分别为0.079 μg/mL～1.145 μg/mL和0.263 μg/L～3.817 μg/L。
表2 10种目标物标准曲线回归方程、线性范围、相关系数、检出限及定量限
Table 2 Standard curve regression equation, linear range,correlation coefficient, limits of detection and limits of quantification of 10 target substances
目标物线性回归方程线性范围/（μg·mL-1）相关系数R2检出限/（μg·L-1）定量限/（μg·L-1）Cr（Ⅵ）GLY ClO4-NO2-Br-F-PO43-Cl-NO3-SO42-y=2.441 8x-0.006 8 y=0.743 4x-0.001 3 y=0.961 3x+0.001 1 y=2.436 5x+0.002 5 y=2.132 1x-0.003 1 y=8.379 6x+0.067 4 y=1.621 6x-0.058 2 y=6.160 7x-14.519 7 y=4.735 2x-9.660 4 y=4.240 5x-9.259 8 0.005～0.1 0.005～0.1 0.005～0.1 0.005～0.1 0.005～0.1 0.05～1.0 0.05～1.0 5.0～50 5.0～50 5.0～50 0.999 2 0.999 4 0.999 7 0.999 5 0.999 8 0.999 9 0.999 2 0.999 2 0.999 3 0.999 5 0.379 1.145 1.000 0.469 0.909 0.079 0.694 0.359 0.864 0.440 1.263 3.817 3.333 1.563 3.030 0.263 2.315 1.197 2.890 1.465
2.3.2 重复性及稳定性试验
重复性试验结果显示，Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-、F-、PO43-、Cl-、NO3-及SO42-峰面积的RSD分别为1.23%、2.31%、1.46%、1.23%、0.89%、0.87%、2.34%、0.23%、0.35%及0.17%，均＜5%，表明该方法重复性良好。
稳定试验结果显示，Cr（Ⅵ）、GLY、ClO4-、NO2-、Br-、F-、PO43-、Cl-、NO3-及SO42-峰面积的RSD值分别为3.38%、3.33%、2.65%、3.46%、1.78%、1.65%、3.34%、2.01%、2.23%及1.34%，均＜5%，表明该方法稳定性良好。
2.3.3 加标回收率试验及精密度试验
由表3可知，各物质的平均加标回收率为90.9%～98.1%，加标回收率试验结果的RSD为0.67%～4.33%，精密度试验结果的RSD（n=6）为0.12%～3.33%，表明本方法的准确性及精密度良好。
表3 10种目标物的加标回收率试验结果
Table 3 Recovery rate tests results of 10 target substances
注：“ND”表示未检出。下同。
目标物 本底值/（μg·mL-1）加标量/（μg·mL-1）测定值/（μg·mL-1）平均加标回收率/%加标回收率结果RSD/%精密度结果RSD/%Cr（Ⅵ）ND 90.9 0.93 GLY ND 92.6 2.82 ClO4-0.005 2 94.9 1.81 NO2-ND 90.6 0.67 Br-ND 94.9 2.38 F-0.17 95.9 2.19 PO43-0.050 92.0 1.81 Cl-11.5 98.1 1.86 NO3-7.24 94.9 4.33 SO42-15.8 0.01 0.02 0.06 0.01 0.02 0.06 0.01 0.02 0.06 0.01 0.02 0.06 0.01 0.02 0.06 0.05 0.20 0.60 0.05 0.20 0.60 2.50 10.00 30.00 2.50 10.00 30.00 2.50 10.00 30.00 0.009 0 0.018 3 0.056 2 0.009 6 0.018 1 0.055 0 0.014 3 0.024 1 0.062 8 0.009 0 0.018 1 0.054 8 0.009 4 0.019 5 0.056 2 0.218 0 0.366 0 0.733 0 0.095 1 0.237 0 0.603 0 13.9 21.4 41.3 9.53 16.60 37.10 18.1 25.4 45.5 95.7 3.67 3.25 2.82 2.73 3.11 1.28 2.35 2.36 3.63 2.58 1.34 1.96 2.09 3.33 1.90 0.83 0.21 0.99 1.24 0.87 0.84 0.12 1.78 0.74 0.28 2.31 1.26 0.88 1.78 0.98 0.86
2.4 饮用水样品中10种目标物含量分析
采用最优离子色谱条件对饮用水样品中的10种目标物含量进行检测分析，结果见表4。由表4可知，3地饮用水均满足饮用要求。
表4 饮用水样品中10种目标物含量的检测结果
Table 4 Determination results of 10 target substances in drinking water samples μg/mL
目标物重庆饮用水上海饮用水广州饮用水Cr（Ⅵ）GLY ClO4-NO2-Br-F-PO43-Cl-NO3-SO42-ND ND 0.005±0.001 ND ND 0.171±0.022 0.050±0.009 11.534±0.865 7.241±0.153 15.838±0.621 ND ND 0.007±0.001 0.009±0.003 0.026±0.002 0.025±0.008 0.073±0.008 32.947±0.631 4.358±0.231 39.798±0.712 ND ND 0.006±0.001 ND 0.016±0.002 0.013±0.006 0.053±0.006 9.283±0.565 5.564±0.261 12.656±0.723
3 结论
通过色谱条件优化和方法学考察成功建立了同时检测饮用水中Cr（Ⅵ）、GLY、高氯酸盐及7种常规阴离子（F-、Cl-、NO2-、Br-、NO3-、SO42-、PO43-）含量的离子色谱法，最优色谱条件为：以Dionex IonPacTMAS20为分析柱，DionexIonPacTM AG20为保护柱，KOH为淋洗液，梯度洗脱，流速为1.0mL/min，抑制器为ADRS600（4 mm），抑制电流为138 mA，柱温为30 ℃，检测器温度为35 ℃，进样量为500 μL，在此条件下，30 min即可完成以上目标物得同时分析，且分离度满足要求。痕量铬（六价）、GLY、高氯酸盐及7种常规阴离子在各自的线性范围内具有良好的线性关系（R2＞0.999），LOD和LOQ均在0.079～1.145 μg/L和0.263～3.817 μg/L之间；各物质之间的分离度＞1.5；重复性、稳定性试验结果的RSD均≤3.38%；以饮用水为本底进行加标回收试验，各物质的平均回收率为90.9%～98.1%，加标回收率试验及精密度试验结果的RSD分别为0.67%～4.33%、0.12%～3.33%。因此，本方法适用于饮用水样品中痕量铬（六价）、GLY、高氯酸盐及7种常规阴离子的分析，为保障人体健康提供了强有力的技术支撑。
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