离子色谱在食品分析中的应用

离子色谱在食品分析中的应用

摘要:本文介绍了离子色谱的分类及离子色谱仪，分析了近年来离子色谱在食品分析中的发展,可以看到随着离子色谱分析物的范围不断扩大,对传统分析物的研究进一步深入，分离、检测手段不断丰富，离子色谱法在食品分析中应用越来越广泛,并对这方面的发展趋势进行了讨论。

关键词:离子色谱;食品分析

离子色谱法简称IC是二十世纪七十年代发展起来的一项高效液相色谱技术，不仅灵敏度高，快速简便，能实现多种离子的分离，而且还能将一些非离子性物质转变成离子型物质后测定。目前，离子色谱已被用于无机阴、阳离子和有机酸、碱的测定，覆盖面包括了周期表中绝大多数元素[1],已在能源、环境、地质、医药等领域得到广泛应用[2—3]。由于IC基本理论已大体成熟，因此近年来国际上IC 的研究主要集中在应用方面，首先扩大IC的应用领域，其次是使分析方法向标准化和简便化方向发展[4].有关离子色谱在食品领域中的应用也有报道[5]，但研究的广度和深度还远远不够。随着IC分离和检测手段的不断丰富，样品前处理手段相应改进，IC在食品分析领域中必将发挥更重要的作用。

1 离子色谱的分类及离子色谱仪[6]

1.1 离子色谱主要有三种分离方式

1.1.1 离子交换色谱(HPIC)

离子交换色谱是目前使用最为普遍的化学抑制型离子色谱，主要用于无机和有机阴离子、阳离子的分离，通过在线自动连续检测,引入电导作为主要的检测器。

1.1.2 离子排斥色谱(HPIEC)

离子排斥色谱主要用于无机弱酸和有机酸的分离，也用于醛类、醇类、氨基酸和糖类的分离，它有一个特别的优点是可用于有机酸和弱的无机酸与在高的酸性介质中完全离解得强酸的分离。

1.1.3 离子对色谱(MPIC)

离子对色谱主要用于具有表面活性的阴离子和阳离子以及金属配合物的分离。离子对色谱的检测器主要包括紫外分光检测器和电导检测器。

1.2 离子色谱仪的组成

离子色谱仪由输液系统、进样系统、分离系统和检测系统构成。

1.2.1 输液系统

离子色谱的输液系统主要包括储液罐、脱气装置、高压输液泵和梯度洗脱装置等。

1.2.2 脱气装置

流动相得脱气是离子色谱分析的一个重要步骤。溶液中的小气泡会产生很多尖锐的噪声峰，较大的气泡还有可能引起输液泵流速的变化，因此必须对流动相要进行脱气处理。流动相脱气的方法主要有在线脱气法、超声波震荡脱气法、直接脱气法等。其中后三种方法属一次性脱气，脱气后很难避免空气再次溶解进入流动相，而且可能导致流动相被污染，所以，目前比较先进的离子色谱仪都采用在线脱气系统。

1.2.3 高压输液泵

输液泵的作用是使流动相以相对稳定的压力或流量通过分析系统。压力或流量的稳定性将直接影响基线的稳定和分析结果的重现性。通常，输液泵要求压力能够达到30MPa，能否耐高压是衡量离子色谱性能的一个重要指标。现代离子色谱仪的耐高压性能越来越好,离子色谱经常使用强的酸碱作为流动相，所以其输液系统材料必须能够耐酸碱腐蚀。目前常使用的材料有不锈钢、氟塑料、聚乙烯、陶瓷和聚醚醚酮(PEEK)，不锈钢泵会溶解出金属离子，须在进样阀前安装一个很高容量的阳离子交换柱。目前国外离子色谱仪普遍采用PEEK材料的全塑泵，国内厂家也逐步在采用。

1.2.4 进样器

离子色谱的进样器需耐高压、耐腐蚀、重复性好、操作方便。进样器的主要种类有:六通进样阀、气动进样阀和自动进样器。目前最常用的是六通进样阀，它的特点是进样量重复性非常好。气动进样阀是一种较先进的进样法，采用一定的压力的氮气作为进样动力，有效减少了手动进样带来的误差。自动进样器是一

种自动化程度较高的系统，但价格较昂贵。

1.2.5 分离柱

分离柱是离子色谱仪的核心组成部件。离子交换是离子色谱的主要分离机理，基于离子交换树脂上的可离解离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进

行可逆交换，由于离子与交换剂的亲和力不同而被分离，离子色谱的选择性主要是通过采用不同的固定相实现的。

1.2.6 检测器

离子色谱的检测器主要有:电导检测器，紫外可见光检测器，安培检测器，荧光检测器等。其中电导检测器是目前离子分析中最常用的检测器,安培检测器主要检测能发生电化学反应的物质,紫外可见光检测器可作为电导检测器的补充;荧光检测器的灵敏度比紫外吸收检测器高出2-3个数量级，但在离子色谱上的应用比较少。

离子色谱仪的连续工作过程为:高压输液系统将流动相以稳定的压力或流速输送至分离体系，流动相将进样器导入的样品带入色谱柱，由于各离子对固定相的亲和力不同，样品在分离柱上分离成不连续谱带并依次被流动相洗脱出来进入检测器。抑制型离子色谱则是在进入检测器前先进入抑制柱，抑制柱的作用是将无选择性电导检测器转变成选择性电导检测器，并增加了待测离子的检查灵敏度。

2 离子交换色谱法的分离原理[7]

离子交换色谱的主要分离机理就是离子交换是基于离子交换树脂上可离解

的离子与流动相中具有相同电荷的溶质离子之间进行的可逆交换，依据这些离子对交换剂有不同的亲和力而被分离[8]。

离子交换色谱的固定相是离子交换剂，其功能基团具有固定的电荷,流动相中带相反电荷的离子会接近功能基，使功能基保持电中性。交换剂可分为:阳离子交换剂和阴离子交换剂。在阴离子交换色谱中，常用带季按盐离子交换功能基的阴离子交换树脂,在阳离子交换色谱中，常用带磺酸离子交换功能基的阳离子交换树脂。当离子交换位置上的可离解离子被溶质离子置换，溶质离子会倾向与被功能基的电荷所保留,不同的样品离子因与固定相的作用力不同而在色谱柱上的保留时间不相等，因此不同的离子在通过色谱柱后可得到分离。

3 IC在食品添加剂检测中的应用

3.1亚硝酸盐与硝酸盐的测定

亚硝酸盐是致癌物质亚硝胺前体，亚硝胺可由亚硝酸盐与仲胺在人的胃内合成，而人的口腔和肠道细菌有将硝酸盐转化为亚硝酸盐能力，因此，硝酸盐往往表现为亚硝酸盐毒性。大量摄入硝酸盐和亚硝酸盐可诱导高铁血红蛋白血症。孕妇摄入大量硝酸盐后会引起婴儿先天畸形[9]。持续摄入少量硝酸盐会引起消化不良、精神抑郁和头痛[10]。硝酸盐和亚硝酸盐作为食品添加剂，目前还无可替代，因此需要检测它们在食品中残留量。目前，测定硝酸盐方法有很多种，紫外分光光度法、荧光光度法、催化动力学法、极谱法、离子色谱法等，其中离子色谱法测定硝酸盐方法检出限为0.130 mg/L[11]。1997年梁敏等[12]提出用气相色谱法测定乳粉中硝酸盐；史华臻[13]提出硝酸银选择电极对乳粉中硝酸盐直接电位法测定；张卓雅[14]提出自动循环镉柱测定乳品中硝酸盐;而国际上广泛采用镉柱还原和分光光度分析法测定硝酸盐。该法经多年使用，操作繁琐费时，浪费大量人力、物力，不适应大批样品检测，且使用大量镉粉容易造成环境污染。周虹等[15]报道以碳酸钠一碳酸氢钠作淋洗液，在样品中先后加入醋酸和氢氧化钠溶液分别脱除蛋白质和脂肪等有机物，直接进样，用电导检测-离子色谱法分离测定乳品中硝酸盐，检出限达10ug/L。朱岩等[16]报道使用DIONEXHPIC-AS4分离柱，210nm紫外检测分析腌肉中硝酸根和亚硝酸根方法，检出限分别为0.1096 ug/mL和0.1143 ug/mL，相比操作复杂、费时普通化学方法(盐酸萘乙二胺法),大大提高检测速度，减少样品预处理程序，为腌肉制品发色剂添加提供可靠参考。

3．2 亚硫酸盐测定

亚硫酸盐用途比较广泛，农业上用作抑制剂，可促进小麦、水稻、玉米、油菜等农作物增产，在食品工业用作食物、果品和饮料防腐剂等，作为食品抗氧化剂，经常加入亚硫酸盐、二氧化硫、硫酸钠等作为添加剂。由于一些人对它有过敏反应，许多国家严格限定其含量。美国食品与医药管理局规定，任何S032-≥10mg/Kg产品都必须加以标注，正是基于Kim等建立离子色谱分析方法而确定的。IC法分析食品中SO32-一直是研究热点，有ICE-脉冲安培检测法、ICE-单电位或脉