离子交换色谱法同时测定啤酒中有机酸和无机阴离子
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第 33卷
分析化学 ( FENX I HUAXUE) 研究报告
第 5期
2005年 5月
Chinese Journal of Analytical Chem istry
605～608
离子交换色谱法同时测定啤酒中有机酸和无机阴离子
史亚利 1, 2 刘京生 1 蔡亚岐 1 牟世芬 3 1 温美娟 2
上保留很弱的一价有机酸 ,乳酸 、甲酸 、乙酸 、丙酸 、正丁酸 、丙酮酸等的保留较强 ,峰形较好 ,有利于使一
价弱保留组分和多价强保留组分于一次进样同时分离 。故实验选用 AS112HC分析柱 。
由于在同时进样中有保留强弱不同的多种离子的存在 ,若采用等浓度淋洗则会出现多种组分共淋
洗或强保留组分无法洗脱现象 。故实验选择开始时用较低
食品中有机酸的分析方法有比色法 [ 2 ] 、荧光法 [ 3 ] 、分光光度法 [ 4 ]及酶法 [ 5 ]等 ,这些方法分离效率 低 ,灵敏度差 ,常受一些物质的干扰 。色谱法是近几十年来发展最快的一种分离分析手段 ,也是分离与 检测有机酸的最有效的方法 。用气相色谱分析有机酸的报道较多 [ 6～8 ] ,但气相色谱法一般都要求被测 物有较高的挥发性 ,而许多有机酸的沸点较高 ,不易气化 ,需要对其进行衍生或其它前处理 ,再进行测 定 ,方法比较繁琐 。液相色谱法分析有机酸不仅简单 、方便 、快速 ,而且选择性好 、准确度高 ,但是液相色 谱法不能同时分析无机阴离子和有机酸 。离子色谱是一种分析有机酸和无机阴离子的有效方法 ,国内 外已有采用离子色谱法同时分析无机阴离子和数种有机酸的报道 [ 9～13 ] 。但未见用于啤酒中 16种主要 有机酸和常见阴离子的同时检测的报道 。本实验对啤酒中起重要作用的有机酸和无机阴离子的同时分 析进行了较系统的研究 ,通过优化梯度淋洗条件 ,在流动相中不加入有机溶剂的情况下 ,一次进样同时 测定 16种无机阴离子和有机酸 ,方法应用于啤酒样品的测定 ,得到了满意的结果 。
2 实验部分
2. 1 仪器与试剂 ICS2000型离子色谱仪 (美国 D ionex公司 ) ,配有 EG40淋洗液自动发生器 、电导检测器和 Chrome2
leon 6. 50 色 谱 工 作 站 ; Ionpac AS112HC 型 分 离 柱 ( 250 mm ×4 mm ) ; Ionpac AG112HC 型 保 护 柱 (50 mm ×4 mm ) ; ASRS2ULTRA 阴离子抑制器 ; 0. 45 μm 过滤膜 (M illipore公司 ) ; EASY PURE LF型超 纯水系统 (B arnstead USA 公司 ) ; KQ2200E超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司 ) 。
5. 3
24. 63 21. 21 31. 80 14. 43 31. 89 29. 81
24. 33
14. 96
Cl-
NO
2
Br-
NO
3
SO4-
草酸
O xa la te
PO34 -
柠檬酸 C itra te
0. 1～50 0. 1～50 0. 04～20 0. 1～50 0. 1～50 1 ～50
t /m in 35. 0
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
35. 0
2. 3 样品前处理 将啤酒样品超声脱气 30 m in,经 0. 45μm 的滤膜过滤 ,将其稀释 10倍待测 。
3 结果与讨论
3. 1 色谱条件的选择
考察了两种对 OH - 选择性强的阴离子交换分离柱 IonPac AS15和 AS112HC对有机酸和无机阴离
阴离子标准样品购自国家标准物质研究所 ,有机酸标准样品为国产分析纯试剂 ,所用溶液均用电阻 率为 1813 MΩ ·cm 超纯水配制 。 2. 2 色谱条件
色谱柱 : IonPac AS112HC型分离柱 (250 mm ×4 mm ) , IonPac AG112HC型保护柱 ( 50 mm ×4 mm ) ; 流动相 : KOH 梯度淋洗液 (程序见表 1) ;流速 : 1. 00 mL /m in;抑制器再生模式 :外加水电抑制 ;电导检测 器检测 ;进样量 : 25μL。以峰面积定量 。
2精密度线性范围和检出限实验所用淋洗液为dionexeg40淋洗液在线发生器在线产生koh1516只加水即可连续产生不同浓度的高纯度koh溶液实现了用等浓度泵作梯度淋洗随所设梯度产生不同浓度的淋洗液不经过泵和管路直接进入分析柱使得作梯度淋洗两次进样之间的再平衡时间缩短一次梯度程序完成之后只需10min即可达到平衡
结果列于表 3。图 2为啤酒样品稀释 10倍后的色谱分离图 。
第 5期
史亚利等 :离子交换色谱法同时测定啤酒中有机酸和无机阴离子
6 07
表 2 被测离子的线性范围 、精密度和检出限 Table 2 The detection lim its and linear ranges of the ions determ ined
2004202212收稿 ; 2004206225接受 本文系国家重点基础研究计划 (973项目 )资助项目 (No. 2003CB415001)
6 06
分析化学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 33卷
表 1 淋洗液梯度程序 Table 1 The gradient p rogram of the eluent
t /m in
0. 4～40 0. 2～20 0. 6～30 0. 5～50 0. 5～50 1～50
1～50
1～50
0. 9987 0. 9960 0. 9968 0. 9963 0. 9960 0. 9999
0. 9943
0. 9977
0. 45 0. 42 ND 3 4. 2 1. 4 0. 63
0. 44
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
t /m in
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
0. 0
0. 8
12. 0
0. 8
37. 0
35. 0
37. 1
0. 8
3 KOH由 EG 40在线产生 ( potassium hydroxide regenerated from EG 40 on line)
( acetic acid) ; 4. 甲酸 ( formate) ; 5. 正丁酸 ( butyrate) ; 6. 丙酮酸 ( pyru2
vic acid) ;
7.
Cl- ;
10.
NO
3
;
12.
琥珀酸 ( succinate) ;
13.
-
于表 2。 3. 3 实际样品分析及回收率实验
( 10 mg /L ) ; 14. 草酸 ( oxalate, 10 mg/L ) ; 15.
PO
3 4
-
( 10 mg /L ) ; 16. 柠檬酸 ( citrate, 10 mg /L ) 。
在选定的色谱条件下对某啤酒样品进行分析 ,分析结
果 (稀释 10倍后的数据 )见表 3。为考察本方法的可靠性 ,采用标准加入法进行了样品回收率实验 ,其
0. 5～50
1 ～50
0. 9989 0. 9980 0. 9989 0. 9989 0. 9988 0. 9984
0. 9993
0. 9990
0. 61 ND ND 3. 5 0. 71 1. 9
0. 74
0. 67
9. 34 21. 21 23. 52 16. 81 12. 95 10. 98
图 1 16 种无机阴离子和有机酸混合标准溶 液色谱图 Fig. 1 The chromatogram of sixteen anion and
organic acid standards 1. 乳酸 ( lactic acid, 10mg /L) ; 2. 乙酸 ( acetic acid, 10 mg /L) ; 3. 丙酸 ( p rop ionic acid, 10 mg/L ) ; 4. 甲酸 ( formate, 10 mg /L ) ; 5. 正丁酸 ( butyrate, 10 mg/L ) ;
16. 76
23. 07
3 ND:未检出 ( not detected)
图 2 10倍稀释的啤酒样品色谱图
Fig. 2 The chromatogram of the 10 fold diluted samp le
1、8、9、11、14、19均为未知峰 ( unknown) ; 2. 乳酸 ( lactic acid) ; 3. 乙酸
1 (中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学重点实验室 ,北京 100085) 2 (北京科技大学化学系 ,北京 100083)
摘 要 建立了用亲水性阴离子交换分离柱 , KOH为淋洗液等浓度泵作梯度淋洗 ,电导检测 ,同时分离和检 测 16种无机阴离子和低分子量有机酸的离子色谱法 。方法对所测无机阴离子和有机酸检出限在 9. 3 ～32 μg /L之间 ;线性范围均在 2个数量级以上 ;回收率在 90. 2% ～ 107. 2%之间 。方法用于啤酒样品的分析 ,结 果满意 ,样品的 RSD小于 5. 3% ( n = 7) 。
线产生 KOH[ 15, 16 ] ,只加水即可连续产生不同浓度的高纯度 KOH 溶液 ,实现了用等浓度泵作梯度淋洗 ,随所设梯度产 生不同浓度的淋洗液不经过泵和管路直接进入分析柱 ,使 得作梯度淋洗两次进样之间的再平衡时间缩短 ,一次梯度 程序完成之后只需 10 m in即可达到平衡 。自动再生在线 捕获柱 CR2TC可在线除去来自淋洗液中的任何阴离子杂
关键词 离子色谱 ,有机酸 ,无机阴离子 ,啤酒
1 引 言
有机酸是啤酒的主要呈味成分 ,适量的有机酸使啤酒口感好 ,酸缺乏或过量都会导致口感不协调 。 啤酒中有机酸的种类 、含量与构成对啤酒的味道有很大的影响 ,而且其中乳酸 、乙酸 、正丁酸等多种有机 酸的含量是重要的质量指标 [ 1 ] 。
的淋洗液浓度增加弱保留组分的分离 ,然后增加淋洗液浓
度以缩短强保留组分的保留时间 。选择的最佳梯度淋洗程
序列于表 1。在该淋洗条件下 , 16 种离子于一次进样均可
达基线分离 。图 1为 16 种有机酸和无机阴离子混合标准
溶液的色谱图 。
3. 2 精密度 、线性范围和检出限
实验所用淋洗液为 D ionex EG40淋洗液在线发生器在
质 ,消除 CO23 - 的干扰 ,基线稳定噪音小 ,使方法重现性好 。 6. 丙 酮 酸 ( pyruvic acid, 20 mg/L ) ; 7. Cl- ( 10 为了考察方法的精密度 ,在选定的梯度淋洗条件下 ,将 mg/L) ; 8. NO2- ( 5 mg/L ) ; 9. B r- ( 5 mg/L ) ; 10.
被测离子 Ion s
线性范围
L inear ranges (m g /L )
线性相关系数
Co rre la tion coeffic ien t
( r)
R SD (%) (n =7)
检出限 被测离子
Detection lim its (μg /L )
Ions
( \S /N = 3)
线性范围
L inear ranges (mg /L )
线性相关系数
检出限
Correlation
coefficient ( r)
RSD (%) (n =7)
Detection lim its (μg /L )
( S /N = 3)
乳酸 Lactic acid 乙酸 Acetic acid 丙酸 Prop ionic acid 甲酸 Formate 正丁酸 Butyrate 丙酮酸 Pyruvic acid 琥珀酸 Succinate 酒石酸 Tartrate
子的分离 ,结果发现 ,在 AS15分析柱上柠檬酸保留很强 ,需用较高浓度的淋洗液才能将其洗脱 ,否则保
留在柱子上的柠檬酸会影响分析柱的柱效 。AS112HC分析柱的离子交换功能基是烷醇季铵基 ,亲水性
较强 ,对 OH - 选择性强 。淋洗离子 OH - 是一种非常易水合的离子 ,容易进入固定相的水合区 ,能有效地 从离子交换位置上置换其他阴离子 [ 14 ] 。AS112HC 柱的柱容量高 ,为 290μeq /柱 ,对在常规离子交换柱
啤酒样品经前处理后连续 7次进样 ,以峰面积计算 ,其结果 NO3- (20 mg/L ) ; 11. 琥珀酸 ( succinate, 10 mg/L ) ;
列于表 2。在该色谱条件下 ,方法的线性范围 、检出限等列
12. 酒 石 酸 ( tartrate, 10 mg/L ) ; 13.
SO
2 4
分析化学 ( FENX I HUAXUE) 研究报告
第 5期
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Chinese Journal of Analytical Chem istry
605～608
离子交换色谱法同时测定啤酒中有机酸和无机阴离子
史亚利 1, 2 刘京生 1 蔡亚岐 1 牟世芬 3 1 温美娟 2
上保留很弱的一价有机酸 ,乳酸 、甲酸 、乙酸 、丙酸 、正丁酸 、丙酮酸等的保留较强 ,峰形较好 ,有利于使一
价弱保留组分和多价强保留组分于一次进样同时分离 。故实验选用 AS112HC分析柱 。
由于在同时进样中有保留强弱不同的多种离子的存在 ,若采用等浓度淋洗则会出现多种组分共淋
洗或强保留组分无法洗脱现象 。故实验选择开始时用较低
食品中有机酸的分析方法有比色法 [ 2 ] 、荧光法 [ 3 ] 、分光光度法 [ 4 ]及酶法 [ 5 ]等 ,这些方法分离效率 低 ,灵敏度差 ,常受一些物质的干扰 。色谱法是近几十年来发展最快的一种分离分析手段 ,也是分离与 检测有机酸的最有效的方法 。用气相色谱分析有机酸的报道较多 [ 6～8 ] ,但气相色谱法一般都要求被测 物有较高的挥发性 ,而许多有机酸的沸点较高 ,不易气化 ,需要对其进行衍生或其它前处理 ,再进行测 定 ,方法比较繁琐 。液相色谱法分析有机酸不仅简单 、方便 、快速 ,而且选择性好 、准确度高 ,但是液相色 谱法不能同时分析无机阴离子和有机酸 。离子色谱是一种分析有机酸和无机阴离子的有效方法 ,国内 外已有采用离子色谱法同时分析无机阴离子和数种有机酸的报道 [ 9～13 ] 。但未见用于啤酒中 16种主要 有机酸和常见阴离子的同时检测的报道 。本实验对啤酒中起重要作用的有机酸和无机阴离子的同时分 析进行了较系统的研究 ,通过优化梯度淋洗条件 ,在流动相中不加入有机溶剂的情况下 ,一次进样同时 测定 16种无机阴离子和有机酸 ,方法应用于啤酒样品的测定 ,得到了满意的结果 。
2 实验部分
2. 1 仪器与试剂 ICS2000型离子色谱仪 (美国 D ionex公司 ) ,配有 EG40淋洗液自动发生器 、电导检测器和 Chrome2
leon 6. 50 色 谱 工 作 站 ; Ionpac AS112HC 型 分 离 柱 ( 250 mm ×4 mm ) ; Ionpac AG112HC 型 保 护 柱 (50 mm ×4 mm ) ; ASRS2ULTRA 阴离子抑制器 ; 0. 45 μm 过滤膜 (M illipore公司 ) ; EASY PURE LF型超 纯水系统 (B arnstead USA 公司 ) ; KQ2200E超声波清洗器 (昆山市超声仪器有限公司 ) 。
5. 3
24. 63 21. 21 31. 80 14. 43 31. 89 29. 81
24. 33
14. 96
Cl-
NO
2
Br-
NO
3
SO4-
草酸
O xa la te
PO34 -
柠檬酸 C itra te
0. 1～50 0. 1～50 0. 04～20 0. 1～50 0. 1～50 1 ～50
t /m in 35. 0
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
35. 0
2. 3 样品前处理 将啤酒样品超声脱气 30 m in,经 0. 45μm 的滤膜过滤 ,将其稀释 10倍待测 。
3 结果与讨论
3. 1 色谱条件的选择
考察了两种对 OH - 选择性强的阴离子交换分离柱 IonPac AS15和 AS112HC对有机酸和无机阴离
阴离子标准样品购自国家标准物质研究所 ,有机酸标准样品为国产分析纯试剂 ,所用溶液均用电阻 率为 1813 MΩ ·cm 超纯水配制 。 2. 2 色谱条件
色谱柱 : IonPac AS112HC型分离柱 (250 mm ×4 mm ) , IonPac AG112HC型保护柱 ( 50 mm ×4 mm ) ; 流动相 : KOH 梯度淋洗液 (程序见表 1) ;流速 : 1. 00 mL /m in;抑制器再生模式 :外加水电抑制 ;电导检测 器检测 ;进样量 : 25μL。以峰面积定量 。
2精密度线性范围和检出限实验所用淋洗液为dionexeg40淋洗液在线发生器在线产生koh1516只加水即可连续产生不同浓度的高纯度koh溶液实现了用等浓度泵作梯度淋洗随所设梯度产生不同浓度的淋洗液不经过泵和管路直接进入分析柱使得作梯度淋洗两次进样之间的再平衡时间缩短一次梯度程序完成之后只需10min即可达到平衡
结果列于表 3。图 2为啤酒样品稀释 10倍后的色谱分离图 。
第 5期
史亚利等 :离子交换色谱法同时测定啤酒中有机酸和无机阴离子
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表 2 被测离子的线性范围 、精密度和检出限 Table 2 The detection lim its and linear ranges of the ions determ ined
2004202212收稿 ; 2004206225接受 本文系国家重点基础研究计划 (973项目 )资助项目 (No. 2003CB415001)
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分析化学
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第 33卷
表 1 淋洗液梯度程序 Table 1 The gradient p rogram of the eluent
t /m in
0. 4～40 0. 2～20 0. 6～30 0. 5～50 0. 5～50 1～50
1～50
1～50
0. 9987 0. 9960 0. 9968 0. 9963 0. 9960 0. 9999
0. 9943
0. 9977
0. 45 0. 42 ND 3 4. 2 1. 4 0. 63
0. 44
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
t /m in
KOH浓度 (mmol/L ) 3 KOH solution concentration
0. 0
0. 8
12. 0
0. 8
37. 0
35. 0
37. 1
0. 8
3 KOH由 EG 40在线产生 ( potassium hydroxide regenerated from EG 40 on line)
( acetic acid) ; 4. 甲酸 ( formate) ; 5. 正丁酸 ( butyrate) ; 6. 丙酮酸 ( pyru2
vic acid) ;
7.
Cl- ;
10.
NO
3
;
12.
琥珀酸 ( succinate) ;
13.
-
于表 2。 3. 3 实际样品分析及回收率实验
( 10 mg /L ) ; 14. 草酸 ( oxalate, 10 mg/L ) ; 15.
PO
3 4
-
( 10 mg /L ) ; 16. 柠檬酸 ( citrate, 10 mg /L ) 。
在选定的色谱条件下对某啤酒样品进行分析 ,分析结
果 (稀释 10倍后的数据 )见表 3。为考察本方法的可靠性 ,采用标准加入法进行了样品回收率实验 ,其
0. 5～50
1 ～50
0. 9989 0. 9980 0. 9989 0. 9989 0. 9988 0. 9984
0. 9993
0. 9990
0. 61 ND ND 3. 5 0. 71 1. 9
0. 74
0. 67
9. 34 21. 21 23. 52 16. 81 12. 95 10. 98
图 1 16 种无机阴离子和有机酸混合标准溶 液色谱图 Fig. 1 The chromatogram of sixteen anion and
organic acid standards 1. 乳酸 ( lactic acid, 10mg /L) ; 2. 乙酸 ( acetic acid, 10 mg /L) ; 3. 丙酸 ( p rop ionic acid, 10 mg/L ) ; 4. 甲酸 ( formate, 10 mg /L ) ; 5. 正丁酸 ( butyrate, 10 mg/L ) ;
16. 76
23. 07
3 ND:未检出 ( not detected)
图 2 10倍稀释的啤酒样品色谱图
Fig. 2 The chromatogram of the 10 fold diluted samp le
1、8、9、11、14、19均为未知峰 ( unknown) ; 2. 乳酸 ( lactic acid) ; 3. 乙酸
1 (中国科学院生态环境研究中心环境化学与生态毒理学重点实验室 ,北京 100085) 2 (北京科技大学化学系 ,北京 100083)
摘 要 建立了用亲水性阴离子交换分离柱 , KOH为淋洗液等浓度泵作梯度淋洗 ,电导检测 ,同时分离和检 测 16种无机阴离子和低分子量有机酸的离子色谱法 。方法对所测无机阴离子和有机酸检出限在 9. 3 ～32 μg /L之间 ;线性范围均在 2个数量级以上 ;回收率在 90. 2% ～ 107. 2%之间 。方法用于啤酒样品的分析 ,结 果满意 ,样品的 RSD小于 5. 3% ( n = 7) 。
线产生 KOH[ 15, 16 ] ,只加水即可连续产生不同浓度的高纯度 KOH 溶液 ,实现了用等浓度泵作梯度淋洗 ,随所设梯度产 生不同浓度的淋洗液不经过泵和管路直接进入分析柱 ,使 得作梯度淋洗两次进样之间的再平衡时间缩短 ,一次梯度 程序完成之后只需 10 m in即可达到平衡 。自动再生在线 捕获柱 CR2TC可在线除去来自淋洗液中的任何阴离子杂
关键词 离子色谱 ,有机酸 ,无机阴离子 ,啤酒
1 引 言
有机酸是啤酒的主要呈味成分 ,适量的有机酸使啤酒口感好 ,酸缺乏或过量都会导致口感不协调 。 啤酒中有机酸的种类 、含量与构成对啤酒的味道有很大的影响 ,而且其中乳酸 、乙酸 、正丁酸等多种有机 酸的含量是重要的质量指标 [ 1 ] 。
的淋洗液浓度增加弱保留组分的分离 ,然后增加淋洗液浓
度以缩短强保留组分的保留时间 。选择的最佳梯度淋洗程
序列于表 1。在该淋洗条件下 , 16 种离子于一次进样均可
达基线分离 。图 1为 16 种有机酸和无机阴离子混合标准
溶液的色谱图 。
3. 2 精密度 、线性范围和检出限
实验所用淋洗液为 D ionex EG40淋洗液在线发生器在
质 ,消除 CO23 - 的干扰 ,基线稳定噪音小 ,使方法重现性好 。 6. 丙 酮 酸 ( pyruvic acid, 20 mg/L ) ; 7. Cl- ( 10 为了考察方法的精密度 ,在选定的梯度淋洗条件下 ,将 mg/L) ; 8. NO2- ( 5 mg/L ) ; 9. B r- ( 5 mg/L ) ; 10.
被测离子 Ion s
线性范围
L inear ranges (m g /L )
线性相关系数
Co rre la tion coeffic ien t
( r)
R SD (%) (n =7)
检出限 被测离子
Detection lim its (μg /L )
Ions
( \S /N = 3)
线性范围
L inear ranges (mg /L )
线性相关系数
检出限
Correlation
coefficient ( r)
RSD (%) (n =7)
Detection lim its (μg /L )
( S /N = 3)
乳酸 Lactic acid 乙酸 Acetic acid 丙酸 Prop ionic acid 甲酸 Formate 正丁酸 Butyrate 丙酮酸 Pyruvic acid 琥珀酸 Succinate 酒石酸 Tartrate
子的分离 ,结果发现 ,在 AS15分析柱上柠檬酸保留很强 ,需用较高浓度的淋洗液才能将其洗脱 ,否则保
留在柱子上的柠檬酸会影响分析柱的柱效 。AS112HC分析柱的离子交换功能基是烷醇季铵基 ,亲水性
较强 ,对 OH - 选择性强 。淋洗离子 OH - 是一种非常易水合的离子 ,容易进入固定相的水合区 ,能有效地 从离子交换位置上置换其他阴离子 [ 14 ] 。AS112HC 柱的柱容量高 ,为 290μeq /柱 ,对在常规离子交换柱
啤酒样品经前处理后连续 7次进样 ,以峰面积计算 ,其结果 NO3- (20 mg/L ) ; 11. 琥珀酸 ( succinate, 10 mg/L ) ;
列于表 2。在该色谱条件下 ,方法的线性范围 、检出限等列
12. 酒 石 酸 ( tartrate, 10 mg/L ) ; 13.
SO
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