近年來，研究發(fā)現(xiàn)氫氣能夠與生物體內(nèi)的氧自由基反應(yīng)，在醫(yī)學(xué)上具有抗氧化、抗炎癥和抗細(xì)胞凋亡等作用。目前有關(guān)氫氣生物學(xué)效應(yīng)的研究處于初步階段，主要集中在體外細(xì)胞和動(dòng)植物模型實(shí)驗(yàn)，而針對(duì)不同疾病的臨床效果還在研究階段。使用氫氣治療疾病的途徑主要包括呼吸氫氣、飲用富氫水或注射富氫生理鹽水等。氫氣易燃易爆，因而呼吸氫氣的方式具有安全隱患和局限性，當(dāng)將氫氣溶解在溶液中才可以被安全使用。
富氫水是近年來出現(xiàn)的一種含有氫氣的飲用水，在有關(guān)富氫水的研究或生產(chǎn)應(yīng)用過程中，都需要準(zhǔn)確測(cè)定富氫水中溶解氫氣的質(zhì)量濃度，目前測(cè)定富氫水中氫氣質(zhì)量濃度的方法主要有氣相色譜法、電極法和氧化還原滴定法。電極法和氧化還原滴定法都是通過測(cè)定富氫水的氧化還原指標(biāo)來確定水中氫氣的質(zhì)量濃度，容易受到其它氧化還原性物質(zhì)的干擾，影響測(cè)定結(jié)果的準(zhǔn)確性；氣相色譜法將氫氣與其它物質(zhì)在色譜柱上進(jìn)行分離，然后進(jìn)行測(cè)定，該方法可以消除干擾，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。由于氫氣在水中的溶解度比較小，直接進(jìn)樣分析相對(duì)困難，筆者采用頂空的方法將水相中的氫氣轉(zhuǎn)移到氣相中進(jìn)行測(cè)定，具有較好的效果，能夠滿足實(shí)際測(cè)定要求。
1 實(shí)驗(yàn)部分
1.1 主要儀器與試劑
氣相色譜儀：Agilent 7890A型，配TCD檢測(cè)器，
美國安捷倫科技有限公司；
頂空自動(dòng)進(jìn)樣器：HT3 型，美國 Tekmar 公司；
頂空瓶：22 mL，美國 Tekmar 公司；
鉗口工具：20 mm，美國 Tekmar 公司；
氫氣、氬氣：純度均大于 99.999% ；
純凈水：怡寶牌，華潤怡寶飲料（中國）有限公司；
實(shí)驗(yàn)用水為超純水。
1.2 儀器工作條件
色譜柱：HP–Mole sieve 毛細(xì)管柱（30 m×0.32mm，25 μm ；美國安捷倫科技有限公司）；平衡溫度：40℃；平衡時(shí)間：15 min ；閥箱溫度：100℃；傳輸線溫度：100℃；混合級(jí)別：10 級(jí)；混合時(shí)間：2 min ；進(jìn)樣口溫度：200℃；檢測(cè)器溫度：200℃；柱溫：40℃，保持 5 min ；載氣：氬氣，流量為3 mL／min ；分流比：5∶1。
1.3 氫氣標(biāo)準(zhǔn)溶液的制備
經(jīng)氣體擴(kuò)散器向超純水中充高純氫氣至水相中氫氣達(dá)到飽和，水中氫氣的飽和質(zhì)量濃度通過測(cè)量水溫后查表獲得［16］。在虹吸作用下采集飽和含氫水樣，用超純水稀釋，配制成所需質(zhì)量濃度的氫氣系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液。
1.4 樣品前處理
取 10 mL 水樣于專用頂空瓶中，用鉗口工具迅速密封，振搖 10 s，放至頂空自動(dòng)進(jìn)樣器上進(jìn)行分析。
2.1.2 氣液體積比
氣液體積比是影響頂空分析靈敏度和平衡效率的重要因素。取樣量少時(shí)，氣液體積比大，分析靈敏度低，氣液平衡的時(shí)間長；取樣量增大時(shí)，氣液體積比減小，分析靈敏度提高，氣液平衡的時(shí)間縮短；取樣量過大時(shí)，自動(dòng)頂空進(jìn)樣器的針頭會(huì)插至液面以下，導(dǎo)致無法分析。與自動(dòng)頂空進(jìn)樣器適配的頂空瓶體積為22 mL，為保證水樣不被吹入進(jìn)樣系統(tǒng)，又能達(dá)到較高的靈敏度，選擇氣液體積比為 1.2∶1，對(duì)應(yīng)的取樣量為 10 mL。
2.1.3 頂空平衡溫度
溫度是影響氣液平衡的重要因素，提高平衡溫度可以縮短平衡時(shí)間，加大待測(cè)組分的揮出量。以飽和含氫水為樣品，考察平衡溫度分別為 30，35，40，45，50℃時(shí)氫氣響應(yīng)值的變化，結(jié)果見圖 2。
由圖 2 可知，隨著平衡溫度的升高，氫氣的響應(yīng)值迅速增大，40℃后變化緩慢；同時(shí)水蒸汽含量增大，色譜柱損壞的幾率加大，并且頂空瓶的壓力增大，使氣密性受到影響。在滿足靈敏度和重現(xiàn)性的條件下，選擇頂空平衡溫度為 40℃較為合適。
2.1.4 頂空平衡時(shí)間
頂空平衡時(shí)間是在一定的平衡溫度下達(dá)到氣液平衡所需要的時(shí)間，是影響提取效率的一個(gè)重要參數(shù)。以飽和含氫水為樣品，在平衡溫度為 40℃的條件下，考察平衡時(shí)間分別為 5，10，15，20，30 min時(shí)氫氣響應(yīng)值的變化，結(jié)果見圖3。由圖 3 可知，隨著平衡時(shí)間的延長，氫氣的響應(yīng)值增大，10 min 后變化緩慢，15 min 后基本平衡。這是由于氫氣在水中溶解度小，易揮發(fā)，氫氣分子小，擴(kuò)散速率快，容易達(dá)到平衡。綜合考慮選擇平衡時(shí)間為 15 min。
2.2 線性方程
于 6 只頂空瓶中分別加入 0.0，2.0，5.0，8.0，9.0，9.5 mL 高純水，再分別加入 10.0，8.0，5.0，2.0，1.0，0.5 mL 溫度為 20℃的飽和含氫水，得到水中氫系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，對(duì)應(yīng)的質(zhì)量濃度見表 1。在 1.2 儀器工作條件下進(jìn)樣分析，以氫氣在水中的質(zhì)量濃度 (x)為橫坐標(biāo)，以色譜峰面積 (y) 為縱坐標(biāo)，繪制標(biāo)準(zhǔn)工作曲線，得線性方程為 y=354.31x+1.451 3，相關(guān)系數(shù)為 0.999。
2.3 方法檢出限
以純凈水為空白樣品，加入少量飽和含氫水，得到低質(zhì)量濃度加標(biāo)樣品，平行測(cè)定 7 次，測(cè)定結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)偏差 (s) 為 0.001 41 mg／L，按照公式MDL=3.143s 計(jì)算方法檢出限，得方法檢出限為0.004 44 mg／L，取值為 0.005 mg／L。
2.4 精密度試驗(yàn)
按照 1.2 儀器工作條件，對(duì) 0.080，0.321，1.603mg／L 3 個(gè)質(zhì)量濃度水平的含氫水樣進(jìn)行 6 次平行測(cè)定，計(jì)算測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果見表 2。由表 2 可知，3 個(gè)濃度水平含氫水樣測(cè)定結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為 0.61%~2.32%，表明該方法精密度較高，滿足水中微量氫測(cè)定要求。
2.5 加標(biāo)回收試驗(yàn)
在純凈水中加入不同量的飽和含氫水，按 1.4方法處理樣品，在 1.2 儀器工作條件下對(duì)樣品平行測(cè)定 3 次，計(jì)算平均回收率，結(jié)果見表 3。由表 3 可知，不同加標(biāo)量的平均回收率為 91.03%~94.25%，表明該方法準(zhǔn)確度較高。
3 結(jié)語
采用頂空的方式將富氫水中的微量氫氣轉(zhuǎn)移到氣相中，通過分子篩色譜柱分離，熱導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)。該方法靈敏度高，線性關(guān)系好，可用于富氫水中氫氣含量的測(cè)定。
