離子色譜法同時測定大蒜鱗莖中7種無機陰離子含量

尚云濤，陳奕霖，曹佳蕊，任春雪，范寶莉，劉曉穎，王振英*

(1.天津師范大學 天津市水資源與水環境重點實驗室，天津 300387；2.天津師范大學地理與環境科學學院，天津 300387；3.天津師范大學 生命科學學院，天津 300387;4.天津師范大學 天津市動植物抗性重點實驗室，天津 300387)

大蒜(AlliumsativumL.)屬于百合科蔥屬植物，是我國人民餐桌上廣受歡迎的香辛類蔬菜，具有重要的食用和藥用價值。最新研究證實大蒜中含有多種生物活性物質如大蒜素、多糖等具有較顯著的抗病毒、抑制癌細胞活性及抗血栓、降血脂、降血壓和緩解動脈粥樣硬化等功效[1]。

蔬菜中含有的常規無機陰離子主要有氟、氯、溴、亞硝酸鹽、硝酸鹽、磷酸鹽、硫酸鹽等，其中氟是人體必需的微量元素，但過量的氟有可能影響植物生長，并可以通過生物富集作用對人體的健康產生危害。植物體內的無機氟化物還可能轉變為氟乙酸等危害更大的有機氟化物[2]。氯是在植物生長發育中起重要作用的微量元素，在參與植物光合作用、調節氣孔、維持細胞滲透壓及抗病蟲害等方面起著重要作用[3]。通過測定植物氯離子含量可以評價植物的生理狀態。硝酸鹽可以通過微生物的作用轉化為亞硝酸鹽，亞硝酸鹽可以生成致癌物亞硝胺危害人體健康[4]。蔬菜是人體攝入硝酸鹽的重要來源。溴酸鹽是一種潛在致癌物，在飲用水研究中已有相關報道顯示用臭氧消毒含有溴離子的水時可以產生溴酸鹽，且溴酸鹽含量與水中溴離子濃度呈正相關關系[5,6]。臭氧消毒技術現已廣泛應用于蔬菜的冷藏保鮮，對于大蒜中溴離子含量的測定有利于全面評估大蒜保鮮工藝中的潛在食品安全風險。磷酸鹽及硫酸鹽含量的準確分析，可以更加全面地評價農產品品質及環境因素對作物的影響。因此，大蒜中上述7種無機離子的定量分析將對完善大蒜質量評價標準及保障食品安全具有重要意義。

目前定量分析氟離子的方法主要有電極法和離子色譜法[7-9]，氯離子分析方法主要有滴定法[10]、光譜法[11]和離子色譜法，溴離子分析方法主要有熒光法和離子色譜法[12,13]，硝酸鹽和亞硝酸鹽分析方法主要有比色法和離子色譜法，磷酸鹽和硫酸鹽分析方法主要有離子色譜法[14-16]。其中滴定法、光譜法、比色法等普遍存在定量誤差大、分析效率低、操作繁瑣等問題。離子色譜法具有靈敏度高、重現性好、線性范圍廣、分析效率高等特點，已被廣泛應用于蔬菜中無機陰離子的檢測。而采用離子色譜分析技術同時檢測大蒜中上述7種陰離子的研究鮮有報道。

大蒜鱗莖中富含蛋白質、多糖、脂類、有機酸、含硫化合物等多種有機物[17]，進行分析前必須經過凈化以保證結果的準確性和重現性以及延長分析柱、抑制器的使用壽命。固相萃取技術以其操作便捷、處理效率高、種類多、商品化程度高、一次性使用避免樣品交叉污染、可以實現自動化及在線處理等優勢已被廣泛應用于離子色譜分析中的前處理技術[18]。

本研究擬建立一種高效準確的離子色譜法，以固相萃取作為前處理技術，同時檢測大蒜鱗莖中上述7種無機陰離子，為大蒜品質的全面評估和食品安全管理提供了一種新的檢測方法。

1 材料與方法

1.1 儀器

美國Dionex公司ICS-600型離子色譜儀(配有電導檢測器、抑制器、ASDV自動進樣器、Chromeleon 6工作站)；美國Supelco固相萃取儀；密理博超純水機。

1.2 實驗材料

市售大蒜蒜頭：外形飽滿，無霉變、蟲蛀。

1.3 試劑耗材

氯化鉀、硫酸鈉、硝酸鈉、亞硝酸鈉、氟化鈉、溴化鈉、磷酸鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉：均為基準試劑；C18固相萃取小柱(500 mg，3 mL，美國Supelco)；超純水機：電阻率≥18.2 MΩ·cm。

1.4 色譜分析體系

分析柱：Dionex Ion Pac AS14；保護柱：Dionex Ion Pac AG14；抑制器：AERS 500,4 mm自動再生抑制器；流速：1.2 mL/min；抑制器電流：50 mA；定量環：10 μL；淋洗液：3.5 mol/L Na2CO3和1.0 mol/L NaHCO3。

1.5 標準溶液配制

精確配制F-，Cl-， NO3-，NO2-，Br-，SO42-，PO43-混合標準儲備液，濃度分別為200，1500，1000，1000，500，1500，1000 mg/L，再梯度稀釋配制成系列標準溶液。

1.6 樣品前處理

稱取大蒜鱗莖20 g加25～30 mL蒸餾水破碎、研磨，靜置提取30 min，蒸餾水定容至50 mL，5000×g離心15 min，取上清液經0.45 μm微孔濾膜過濾，作為樣品提取液；C18固相萃取小柱經5 mL甲醇、10 mL超純水活化，平衡15 min；將樣品提取液以4 mL/min速度過柱，棄去最先流出的2～3 mL溶液，收集余下的洗脫液，經0.45 μm微孔濾膜過濾，適當稀釋后上機檢測。

2 結果與討論

2.1 離子色譜分析體系

通過對淋洗液濃度配比、流速、抑制器電流等分離條件的優化，最終確定淋洗液濃度為3.5 mol/L Na2CO3和1.0 mol/L NaHCO3，流速為1.2 mL/min，抑制器電流為50 mA為最適色譜分析體系。實驗結果表明：7種陰離子分離度及對稱性良好，可以在12 min內完成高效分離(見圖1和圖2)。

圖1 7種陰離子混合標樣離子色譜圖Fig.1 Ion chromatogram of seven inorganic anions mixed standard solution

注：1為F-,2為Cl-,3為NO2-,4為Br-,5為NO3-,6為PO43-,7為SO42-。

圖2 大蒜鱗莖樣品離子色譜圖Fig.2 Ion chromatogram of garlic bulb sample

注：1為F-，2為Cl-，3為NO2-，4為Br-，5為NO3-，6為PO43-，7為SO42-。

2.2 淋洗液濃度及流速的選擇

為使大蒜鱗莖中各組分無機陰離子達到良好的分離效果并兼顧分離效率，考察了不同淋洗液濃度及流速對待測組分的影響。結果表明：隨淋洗液濃度的升高，各組分保留時間縮短；色譜峰不對稱度增大，峰形受到影響；分離度降低，分離效果變差；采用3.50 mol/L Na2CO3和1.00 mol/L NaHCO3的淋洗液時各組分不對稱度在1.12～1.43，分離度均大于2.0，分離效果較好(見表1)。淋洗液流速同樣會對影響待測組分峰屬性產生影響，結果表明隨流速的增大，各組分保留時間縮短；不對稱度先降低、峰形改善，后又升高、峰形變差；分離度降低，分離效果變差；系統壓力升高，過高的柱壓不利于泵及抑制器的使用，流速在1.0～1.2 mL/min范圍內較好(見表2)。綜合考慮上述影響因素，本研究選擇3.50 mol/L Na2CO3和1.00 mol/L NaHCO3的淋洗液濃度及1.2 mL/min流速進行研究。

表1 淋洗液濃度對無機陰離子峰屬性的影響Table 1 Effect of eluent concentration on peak properties of inorganic anions

注：1為1.72 mol/L Na2CO3和0.50 mol/L NaHCO3；2為3.00 mol/L Na2CO3和0.85 mol/L NaHCO3；3為3.50 mol/L Na2CO3和1.00 mol/L NaHCO3；4為4.50 mol/L Na2CO3和1.30 mol/L NaHCO3。

表2 流速對無機陰離子峰屬性的影響Table 2 Effect of flow rate on peak properties of inorganic anions

注：“*”表示流速單位為mL/min。

2.3 線性范圍及檢出限

7種陰離子以峰面積對濃度(mg/L)繪制標準曲線，以3倍信噪比計算檢出限，見表3。結果表明：7種陰離子線性范圍良好，相關系數均大于0.999。

表3 7種陰離子標準曲線線性方程、相關系數、線性范圍、檢出限Table 3 Linear equations, correlation coefficients, linear ranges, LODs of seven inorganic anions standard curves

2.4 精密度、重復性及回收率

取某一產地大蒜鱗莖樣品按1.6方法進行前處理，按1.4色譜分析體系上機進行5次平行測試，計算保留時間及峰面積相對標準偏差。結果表明：該方法精密度良好，7種陰離子組分保留時間RSD<1% (n=5)，峰面積RSD<2%(n=5)。

取某一產地大蒜鱗莖樣品5份按1.6方法進行前處理，按1.4色譜分析體系上機測試，計算保留時間及峰面積相對標準偏差。結果表明：該方法重復性良好，7種陰離子組分保留時間RSD<2%(n=5)，峰面積RSD<3%(n=5)。

取某一產地大蒜鱗莖樣品3份按1.6方法進行前處理，添加不同量的7種陰離子標樣，按1.4色譜分析體系上機測試，計算回收率。結果表明：7種陰離子回收率為92%～104%，加標回收率較理想，見表4。

表4 樣品加標回收率Table 4 Recoveries of target anions spiked in sample

注：“-”表示未檢出。

2.5 樣品含量測定

對市售不同產地大蒜鱗莖中7種陰離子組分進行分析測定，結果見表5。

表5 不同產地大蒜樣品測定結果Table 5 Determination results of garlic samples from different places of origin

注：“-”表示未檢出。

結果顯示：大蒜鱗莖中共檢測到F-，Cl-，NO3-，Br-，SO42-，PO43-共6種陰離子，且不同產地大蒜6種陰離子含量差異較大。這可能是由于大蒜品種不同以及原產地土壤性質、水肥條件等因素差異引起的。本研究在大蒜鱗莖中未檢測到NO2-，可能是由于大蒜鱗莖中NO2-含量極低，未達到檢出限。相比于其他葉菜類、根莖類、瓜類、豆類和茄果類蔬菜[19,20]，大蒜鱗莖中NO3-含量也處于較低水平。蔬菜是人體攝入NO3-的主要途徑，NO3-可能轉變為NO2-進而生成亞硝胺，危害人類健康，因此大蒜是一種較為理想的健康蔬菜。不同產地大蒜鱗莖中Br-含量均較低，提示臭氧消毒技術對大蒜造成溴酸鹽污染的可能性較低，但仍有待進一步研究。

大蒜鱗莖所含化學成分復雜，含有蛋白質、脂類、有機酸以及多種含硫有機化合物。若不經處理直接進樣分析，極有可能造成離子色譜保護柱、分析柱和抑制器的污染，導致柱效下降，影響分離效果，縮短色譜柱及抑制器的使用壽命。本研究選用C18固相萃取小柱對大蒜鱗莖樣品提取液進行前處理，既保證了對樣品的凈化作用，又保持了對待測組分的較高回收率。

3 結論

采用固相萃取法作為前處理技術，應用Ion Pac AS14陰離子色譜柱、抑制型電導檢測法同時檢測大蒜鱗莖中7種無機陰離子，12 min內完成分析。該方法靈敏度高、分離效果好、操作簡便、效率高、精密度及重復性均較為理想，可以適用于大蒜中7種無機陰離子的定量分析。

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