基于氣相色譜法定量分析二氧化硫

皇甫惠

（山西興新安全生產技術服務有限公司，山西 太原 030024）

二氧化硫廣泛應用于食品加工中，具有防腐、漂白、抗氧化功能。需要注意的是，胡椒、八角與大蒜等香料產品在生長過程中易吸收富集S 元素。據GB 5009.34—2016 標準，目前檢測方法測得香料中SO2的殘留量是樣品中硫化合物的總量，而非SO2實際量。為解決此問題，本文的研究結合食品中SO2實際檢測，并使用頂空-氣相色譜-質譜（HS-GC-MS）建立了一種更準確、方便的食品中SO2檢測方法。此外，使用氣相色譜法和熱導檢測器（TCD）檢測草藥或湯劑中的SO2殘留也被納入2015 年版的藥典。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

NaCl；H2SO4，1.84 g/mL；NaOH，AR；Na2SO3基 準試劑，純度99.8%。

氣相色譜－串聯質譜儀，Agilent 7890/7000B；高速離心機，Allegra64RCentrifuge。

1.2 標準溶液的配制

稱量50 mg 的硫酸鈉置于容量瓶中，并向其中加入100 mL的水得到質量濃度為500 mg/L 的標準溶液。在此基礎上，分別量取0.05、0.1、0.2、0.5、1、2 mL標準溶液，分別向其中加入質量濃度為100 g/L 的氫氧化鈉溶液1 mL和20 mL 質量濃度為200 g/L 的氯化鈉溶液。同時，再量取4 mL 標準溶液，并向其中加入濃度為10 mol/L 的硫酸溶液2 mL。將上述配置所得溶液精制備用。

1.3 樣品前處理

1）均勻試樣（淀粉、紅糖、果酒等）：取精確至0.001 g 的樣品2.0 g 放入離心管內（50 mL），在液體與固體樣品中分別加入18 mL 與20 mL 的NaCl 溶液（200 g/L），進行漩渦混合10 s 后，在超聲波10 min 的作用后完成對其的提取；在此基礎上，將上述的樣品在離心機的作用下進行處理，離心機設定的速度為12 000 r/min，最后取樣品的上清液4 mL 備用。

2）均勻試樣（白糖及相關制品）：采用天平量取2 g 的樣品對其進行破碎處理，并將破碎后的樣品置于50 mL 離心管中。在離心管中加入氫氧化鈉和氯化鈉溶液，其中氫氧化鈉的質量濃度為100 g/L，體積為1 mL；氯化鈉溶液質量濃度為200 g/L，體積為19 mL；加入上述兩種溶液后充分混合10 s，同樣在超聲波和離心機的作用下對其進行提取4 mL 上清液備用。

1.4 分析條件

1）質譜條件：采用溫度為230 ℃的EI 離子源，其電離能量為70 eV，選擇離子掃描（SIM）模式，且四極桿溫度設定為150 ℃，其中使用64 號離子作為定量限離子，使用48 號、50 號、66 號離子作為定性離子。溶劑延遲時間為4 min。

2）頂空條件：采用容量為20 mL 頂空瓶，進樣針與加熱溫度分別設定為105 ℃與80 ℃，加熱溫度維持時間為10 min。進樣量與速度分別為500 μL 與200 μL/s，且于進樣口停留1 s，進樣后采取1 min 的吹掃操作。

3）氣相色譜條件：采用30 m×0.32 mm 規格的氣相色譜柱GS-GASPRO，5 min 內勻速率將其整體溫度從50 ℃（需保持4 min）升至125 ℃，色譜柱內流體采用恒流式高純氦氣（純度≥99.999%），其速度為2.0 mL/min；傳輸線與進樣口溫度均為200 ℃；分流比為1∶20。

2 結果與討論

2.1 檢測條件的優化

1）色譜柱：本文通過對兩種氣固色譜柱進行對比分析（GS-GASPRO 與PoraPLOT U）。通過改進升溫程序，發現PoraPLOTU 色譜柱在檢測SO2時存在持續的拖尾現象。但是，從圖1 中可以看出，基于GS-GASPRO毛細柱可以提高整體的檢測精度。因此，針對二氧化硫的檢測需求采用GS-GASPRO 毛細柱法。

圖1 SO2 總離子流圖（TIC）及質譜圖（MS）

2）酸溶液的選擇：通過實驗可以看出，采用硫酸溶液相對采用鹽酸溶液可獲得更高精度的檢測結果；而且，鹽酸溶液相比較于硫酸溶液其腐蝕性更強。因此，最終確定采用硫酸溶液。

3）標準溶液穩定性：采用堿與非堿溶液對標準溶液進行反應穩定性考察。實驗結果表明，無論在哪種溶液中，亞硫酸鈉在8 h 內擁有著不低于90%的穩定性，因此，其使用的有效時間為8 h。實驗樣品前處理中引入NaCl 溶液（200 g/L）抑制吸水性食品的膨脹性。研究發現，NaCl 與蒸餾水對SO2的影響效果較小，因此，選擇NaCl 來稀釋定容；堿性條件下H2SO3的響應強度是非堿性條件的10 倍。

4）頂空條件：通過實驗表明，隨著頂空溫度的增加，對應二氧化硫的響應能力越強，同時還會引入大量的水蒸氣；而且保溫時間對二氧化硫的影響較小。因此，最終確定保溫時間為80 ℃，保溫時間為10 min。

5）NaOH 溶液對SO2提取的影響（圖2）：是發生親核加成反應的強親核試劑。亞硫酸鹽在食品中以三種形式存在：可逆、不可逆以及游離態，其中不可逆態鹽不會與酸反應產生SO2。NaOH 可釋放可逆結合態鹽，因此樣品中鹽通過加入20 mL NaOH（100 g/L）與NaCl（200 g/L）的混合溶液進行提取。此外，前5 樣產品采用堿性條件提取，后3 樣產品采用NaCl 溶液進行提取。對前邊8 種樣品進行吸附實驗可得其飽和吸附點。此外，還考察了堿濃度對SO2提取效果的影響，實驗結果表明，100 g/L NaOH 溶液對樣品中的亞硫酸鹽釋放效果最好。

圖2 NaOH 溶液對樣品中SO2 提取的影響

2.2 方法學考察

2.2.1 標準曲線

基于前文研究成果進行溶液配制繪制SO2標準曲線，當SO2質量濃度低于100 μg/L 時，鈉亞硫酸鹽的質量濃度與其峰面積的線性相關系數為0.99。標準曲線的線性方程為y=40 964.5x－77 011。

2.2.2 檢測范圍及檢出限

根據該方法的信噪比計算，檢出限為3.0 mg/kg，定量限為10.0 mg/kg。

2.2.3 回收率和精密度

將Na2SO3標準溶液添加到6 類食品中，經實驗發現，添加SO2量在25.0～250 mg/kg 范圍內，回收率的平均值為97.2%，相對標準偏差（RSD）范圍為0.38%～6.4%。

2.2.4 實際樣品測定

采用滴定方法對14 種市售樣品中SO2含量進行比較實驗與分析，結果如表1 所示。兩種方法檢測結果相當一致。

表1 實際樣品方法比對

3 結論

本文研究開發了一種測定食品中二氧化硫（SO2）含量的GC-MS 方法，其簡化了前處理且省去蒸餾環節，有效降低檢測用時，適用于樣品數量較多時的檢測。此方法對于部分產品存在回收率低現象，但檢測效果差別不大，至于不同產品亞硫酸鈉吸收效果與回收率間的具體關系與原因還需深入分析研究。