離子色譜法在食品中二氧化硫檢測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：本文針對(duì)離子色譜法在食品中二氧化硫檢測(cè)中應(yīng)用面臨的基質(zhì)干擾、衍生不完全、靈敏度不足等問題，提出了優(yōu)化樣品前處理、改進(jìn)衍生條件、采用大體積進(jìn)樣等解決策略。其中，采用固相萃取-衍生聯(lián)用技術(shù)可有效去除基質(zhì)干擾；選用有機(jī)堿衍生試劑，并建立微乳液衍生體系，可有效提升二氧化硫衍生效率；而大體積進(jìn)樣與在線固相萃取聯(lián)用，則可明顯提高檢測(cè)靈敏度。這些策略為食品中二氧化硫的準(zhǔn)確檢測(cè)提供了新思路，為食品安全監(jiān)管奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：二氧化硫；離子色譜；基質(zhì)效應(yīng)；衍生化；大體積進(jìn)樣

Abstract： In order to solve the problems of matrix interference， incomplete derivation and insufficient sensitivity in the application of ion chromatography in the detection of sulfur dioxide in food， some strategies were put forward， such as optimizing sample pretreatment， improving derivatization conditions， and adopting large volume injection. Among them， the use of solid-phase extraction derivative combination technology can effectively remove matrix interference; the selection of organic base derivatives and the establishment of micro lotion derivatives system can effectively improve the efficiency of sulfur dioxide derivatives; the combination of large volume injection and online solid-phase extraction can significantly improve detection sensitivity. These strategies provide new ideas for accurate detection of sulfur dioxide in food and lay a solid technical foundation for the supervision of food safety.

Keywords： sulfur dioxide; ion chromatography; matrix effect; derivatization; large volume injection

二氧化硫作為常見食品添加劑被廣泛應(yīng)用于食品加工中，其具有抑菌、漂白和抗氧化等多重功效，但若使用不當(dāng)或過量使用可能會(huì)危害人們的身體健康。近年來，我國(guó)頒布了相關(guān)法規(guī)強(qiáng)化對(duì)食品中二氧化硫的管控力度。因此，準(zhǔn)確檢測(cè)食品中二氧化硫的含量對(duì)于保障食品安全、落實(shí)法規(guī)政策至關(guān)重要[1]。

1 食品中二氧化硫來源分析

食品中二氧化硫的來源可分為內(nèi)源性和外源性2大類。內(nèi)源性二氧化硫是食品自身或加工過程中自然產(chǎn)生的，如葡萄酒和啤酒釀造過程中酵母的代謝會(huì)產(chǎn)生少量二氧化硫。外源性二氧化硫是在食品加工過程中為達(dá)到防腐、抗氧化等目的人為添加的，常見于水果制品、肉制品等。以水果干制品為例，為防止水果加工貯藏過程中的酶促褐變和非酶促褐變，通常需要對(duì)其進(jìn)行二氧化硫熏蒸或浸泡亞硫酸鹽溶液，使果肉中二氧化硫殘留量維持在0.015%～0.020%，以有效抑制產(chǎn)品褐變[2]。同時(shí)，肉制品加工中常使用亞硫酸氫鈉等含硫添加劑，既可以防止肉類氧化變色，又能控制有害微生物滋生。但外源性二氧化硫在添加過程中極易發(fā)生超標(biāo)現(xiàn)象，成為潛在的食品安全隱患。此外，由于不同類型食品中二氧化硫的形態(tài)差異較大，如游離態(tài)、結(jié)合態(tài)等，為二氧化硫的提取與檢測(cè)帶來一定的技術(shù)挑戰(zhàn)。

2 離子色譜法的原理與優(yōu)勢(shì)

離子色譜法是高效液相色譜技術(shù)的一種衍生方法，主要是基于待測(cè)離子與固定相之間的靜電相互作用。與常規(guī)高效液相色譜法相比，離子色譜法具有樣品凈化要求低、靈敏度高、線性范圍寬等優(yōu)勢(shì)。在離子色譜法測(cè)定過程中，待測(cè)組分經(jīng)離子交換柱實(shí)現(xiàn)分離后，通過抑制電導(dǎo)檢測(cè)器去除淋洗液背景，再進(jìn)入電導(dǎo)池進(jìn)行檢測(cè)。而在抑制器的作用下，淋洗液電導(dǎo)率明顯降低，使目標(biāo)離子導(dǎo)電信號(hào)得以放大，從而實(shí)現(xiàn)痕量、復(fù)雜樣品中目標(biāo)離子的靈敏檢測(cè)。以亞硫酸根離子為例，其在淋洗液（氫氧化鉀溶液）中呈電離狀態(tài)，可與固定相烷基季銨基團(tuán)形成吸附配對(duì)，并在淋洗液作用下實(shí)現(xiàn)洗脫分離[3]。分離后的亞硫酸根離子通過陽離子交換膜與淋洗液中的K+發(fā)生交換反應(yīng)，H+取代K+后導(dǎo)致其轉(zhuǎn)化成導(dǎo)電性較低的氫氧化鉀溶液，同時(shí)亞硫酸根轉(zhuǎn)化為高導(dǎo)電性的硫酸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)亞硫酸根離子的特異性識(shí)別與靈敏檢測(cè)。

3 離子色譜法在食品二氧化硫檢測(cè)中面臨的挑戰(zhàn)

3.1 基質(zhì)干擾導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度下降

離子色譜法在食品二氧化硫檢測(cè)中雖然具有諸多優(yōu)勢(shì)，但仍面臨基質(zhì)干擾導(dǎo)致檢測(cè)靈敏度下降的挑戰(zhàn)。食品基質(zhì)成分復(fù)雜，常含有大量的糖類、蛋白質(zhì)、脂肪等物質(zhì)。這些物質(zhì)在樣品前處理過程中難以完全去除，進(jìn)入色譜柱后易與目標(biāo)分析物發(fā)生吸附競(jìng)爭(zhēng)，占據(jù)固定相活性位點(diǎn)，從而削弱固定相對(duì)目標(biāo)物的保留能力，導(dǎo)致二氧化硫出峰時(shí)，出現(xiàn)變寬、拖尾現(xiàn)象，造成檢測(cè)靈敏度下降。以紅酒中二氧化硫檢測(cè)為例，由于酒中含有大量酚類化合物，這些極性物質(zhì)易與亞硫酸根離子在陰離子交換柱上發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)吸附，影響二氧化硫與固定相季銨基的靜電作用，進(jìn)而導(dǎo)致其在色譜圖上發(fā)生嚴(yán)重拖尾現(xiàn)象，降低分離效果[4]。此外，糖類物質(zhì)與淋洗液堿性組分發(fā)生美拉德反應(yīng)，產(chǎn)生大量強(qiáng)極性產(chǎn)物，也會(huì)明顯干擾二氧化硫的分離。雖然可采用固相萃取等方式凈化樣品，但由于二氧化硫極易揮發(fā)流失，且凈化過程本身也可能造成分析物損失，進(jìn)而影響檢出限[1]。

3.2 二氧化硫衍生化不完全影響定量準(zhǔn)確性

二氧化硫在食品基質(zhì)中常以游離態(tài)和結(jié)合態(tài)形式共存，而離子色譜法只能檢測(cè)游離態(tài)的亞硫酸根離子。為實(shí)現(xiàn)二氧化硫的全量檢測(cè)，需在堿性或酸性條件下將結(jié)合態(tài)二氧化硫釋放并衍生為亞硫酸根離子。然而，由于食品基質(zhì)的復(fù)雜性和多變性，會(huì)出現(xiàn)衍生化不完全問題，從而造成結(jié)合態(tài)二氧化硫轉(zhuǎn)化率低，影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。以紅葡萄酒為例，酒中的結(jié)合態(tài)二氧化硫主要與葡萄酒中的多酚類化合物結(jié)合。在進(jìn)行二氧化硫檢測(cè)時(shí)，多酚類物質(zhì)在堿性條件下極易被氧化，且它們與結(jié)合態(tài)二氧化硫之間可能發(fā)生競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，進(jìn)而抑制二氧化硫的游離與衍生。此外，葡萄酒中殘留的果膠物質(zhì)會(huì)增加體系黏度，阻礙衍生反應(yīng)進(jìn)行，導(dǎo)致衍生效率下降。盡管可通過提高堿濃度、延長(zhǎng)衍生時(shí)間等方式促進(jìn)結(jié)合態(tài)二氧化硫的釋放，但衍生液堿度過高易腐蝕色譜柱，而衍生時(shí)間過長(zhǎng)又可能引入新的基質(zhì)干擾[2]。這些因素都可能導(dǎo)致衍生化不完全，無法完全檢出結(jié)合態(tài)二氧化硫，容易引入系統(tǒng)負(fù)偏差，進(jìn)而高估樣品質(zhì)量。

3.3 痕量二氧化硫檢出限不足

隨著消費(fèi)者對(duì)食品安全關(guān)注度的提升，相關(guān)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)二氧化硫限量要求逐漸提高，離子色譜法在痕量二氧化硫檢測(cè)中的局限性也日益凸顯。由于食品基質(zhì)中共存物質(zhì)種類繁多，即便采用高效衍生與分離手段，仍難以有效去除全部基質(zhì)干擾。而殘留的基質(zhì)物質(zhì)進(jìn)入檢測(cè)器后，會(huì)提高背景噪聲，降低信噪比，導(dǎo)致二氧化硫檢測(cè)靈敏度不足。以干果制品為例，干果制品中普遍存在游離糖、有機(jī)酸等極性物質(zhì)，這些物質(zhì)在抑制電導(dǎo)檢測(cè)模式下極易電離，產(chǎn)生較強(qiáng)的背景信號(hào)。雖然可通過優(yōu)化淋洗液組成、控制淋洗液流速等手段降低背景噪聲，但淋洗液濃度過低會(huì)導(dǎo)致淋洗能力不足，出現(xiàn)峰形拖尾現(xiàn)象，而過慢的流速則會(huì)延長(zhǎng)分析時(shí)間，降低檢測(cè)通量[5]。此外，由于二氧化硫極易揮發(fā)，為防止樣品處理過程中的損失，通常采取低溫避光措施來保存樣品，并盡量在衍生體系中進(jìn)行衍生反應(yīng)。然而，低溫環(huán)境可能會(huì)減緩衍生反應(yīng)的速率，導(dǎo)致衍生不完全，進(jìn)一步降低檢測(cè)靈敏度。

4 離子色譜法對(duì)二氧化硫檢測(cè)效果的優(yōu)化對(duì)策

4.1 優(yōu)化樣品前處理方法以減少基質(zhì)干擾

離子色譜法檢測(cè)食品中二氧化硫時(shí)，優(yōu)化樣品前處理方法是減少基質(zhì)干擾、提高檢測(cè)靈敏度的有效途徑。針對(duì)食品基質(zhì)復(fù)雜多變的特點(diǎn)，可采用固相萃取-衍生聯(lián)用技術(shù)，在線完成樣品凈化與二氧化硫衍生，從而簡(jiǎn)化操作步驟，減少人為誤差。以含糖基質(zhì)為例，可選用親水性強(qiáng)的固相萃取填料如C18硅膠，利用其與糖類物質(zhì)的親和力，可在低溫條件下實(shí)現(xiàn)糖類基質(zhì)的選擇性保留[3]。同時(shí)，利用固相萃取柱對(duì)淋洗液的高效分離能力，可實(shí)現(xiàn)二氧化硫的在線衍生。與傳統(tǒng)離線衍生方式相比，在線衍生技術(shù)可明顯縮短衍生時(shí)間，提升衍生效率，同時(shí)減少二氧化硫的揮發(fā)損失。衍生后的產(chǎn)物再經(jīng)色譜柱分離后被檢出，從而有效提高檢測(cè)靈敏度。此外，針對(duì)酚類等強(qiáng)極性干擾物質(zhì)，可考慮采用分子印跡聚合物作為固相萃取填料，利用其對(duì)目標(biāo)物質(zhì)的特異性識(shí)別能力，選擇性去除酚類干擾。分子印跡聚合物制備過程中可通過優(yōu)化功能單體、交聯(lián)劑等的種類與比例，調(diào)控印跡空穴的形狀、大小與化學(xué)環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)二氧化硫衍生物的專一性富集與洗脫，最大限度地降低基質(zhì)效應(yīng)[2]。與普通填料相比，分子印跡聚合物具有識(shí)別能力強(qiáng)、選擇性高、重復(fù)使用性好等優(yōu)點(diǎn)，可大幅提高樣品的凈化效果，為二氧化硫的準(zhǔn)確檢測(cè)奠定基礎(chǔ)。

4.2 改進(jìn)二氧化硫衍生條件確保衍生完全

確保二氧化硫衍生完全，提高檢測(cè)準(zhǔn)確度，可從優(yōu)化衍生試劑種類與濃度、創(chuàng)新衍生反應(yīng)體系兩方面著手。傳統(tǒng)的二氧化硫衍生試劑多采用NaOH溶液，但堿性條件易導(dǎo)致部分樣品基質(zhì)降解，引入新的干擾。因此，考慮采用有機(jī)堿如三乙胺作為衍生試劑，這類物質(zhì)可實(shí)現(xiàn)二氧化硫高效衍生。此外，與無機(jī)堿相比，有機(jī)堿堿性適中，揮發(fā)度低，可有效抑制基質(zhì)降解，減少分析物損失。同時(shí)，衍生試劑濃度也是影響衍生效率的關(guān)鍵因素。過低的濃度難以釋放結(jié)合態(tài)二氧化硫，而過高的濃度又易引起淋洗液背景升高。可通過正交試驗(yàn)優(yōu)化衍生試劑濃度，在保證充分衍生的同時(shí)最大限度地降低背景干擾。樣品基質(zhì)的復(fù)雜性是衍生不完全的主要原因，可通過改進(jìn)衍生反應(yīng)體系來解決這一難題。例如，微乳液衍生體系由表面活性劑穩(wěn)定的油相、水相構(gòu)成，具有熱力學(xué)穩(wěn)定性高、可溶化能力強(qiáng)等特點(diǎn)。將待測(cè)樣品、衍生試劑分別溶解于微乳液的不同相區(qū)，利用乳液的動(dòng)態(tài)可逆性，實(shí)現(xiàn)樣品與試劑的快速混合與充分反應(yīng)[2]。與常規(guī)溶液衍生相比，微乳液衍生可明顯加快反應(yīng)速率，縮短衍生時(shí)間。更重要的是，疏水性物質(zhì)在微乳液油相的富集作用下，能夠?qū)悠坊|(zhì)從反應(yīng)區(qū)分離，從而提高衍生的選擇性。同時(shí)，結(jié)合態(tài)二氧化硫在微水相環(huán)境中能夠高效游離，避免基質(zhì)效應(yīng)引起的競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，大幅提升衍生轉(zhuǎn)化率。因此，這種創(chuàng)新衍生體系為提高二氧化硫檢測(cè)的準(zhǔn)確性提供了新的思路。

4.3 采用大體積進(jìn)樣技術(shù)提高檢測(cè)靈敏度

離子色譜法檢測(cè)痕量二氧化硫時(shí)，進(jìn)樣量是影響檢測(cè)靈敏度的關(guān)鍵因素。采用大體積進(jìn)樣技術(shù)，可在不改變色譜柱參數(shù)的前提下，將進(jìn)樣量提高1～2個(gè)數(shù)量級(jí)，以達(dá)到降低檢出限、提高檢測(cè)靈敏度的目的。然而，大體積進(jìn)樣對(duì)儀器性能提出了更高的要求。進(jìn)樣體積的增加意味著更多的樣品基質(zhì)被引入色譜系統(tǒng)，易導(dǎo)致色譜柱堵塞，縮短色譜柱使用壽命。因此，大體積進(jìn)樣通常需與在線固相萃取等樣品凈化技術(shù)聯(lián)用，以確保進(jìn)入色譜柱的目標(biāo)組分得到有效富集。以果酒中二氧化硫檢測(cè)為例，可采用聚合物整體柱作為萃取柱與分析柱串聯(lián)使用。使樣品中的二氧化硫在聚合物萃取柱上被選擇性保留，而極性基質(zhì)被洗脫排除。當(dāng)二氧化硫富集一定量后，萃取柱切換至分析流路，二氧化硫經(jīng)反洗脫進(jìn)入分析柱實(shí)現(xiàn)分離檢測(cè)，有效避免了大體積基質(zhì)的直接進(jìn)樣。聚合物整體柱具有高度交聯(lián)的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，具有保留容量大、進(jìn)樣體積靈活可調(diào)等特點(diǎn)，非常適用于大體積進(jìn)樣。不同于常規(guī)的保護(hù)柱，聚合物萃取柱在反洗脫過程中可原位再生，避免了額外的再生步驟，提高了分析通量。基質(zhì)洗脫與目標(biāo)物富集可通過優(yōu)化萃取柱填料極性、萃取流速等參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，減少人工干預(yù)，進(jìn)而保證分析結(jié)果的穩(wěn)定性與重現(xiàn)性。聯(lián)用技術(shù)的建立須基于對(duì)樣品基質(zhì)和目標(biāo)物理化性質(zhì)的深入分析，一經(jīng)確立便可實(shí)現(xiàn)高通量、全自動(dòng)化分析，為檢測(cè)痕量二氧化硫提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持，確保了分析的效率和準(zhǔn)確性。

5 結(jié)語

本文在系統(tǒng)分析離子色譜法技術(shù)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出了一系列優(yōu)化對(duì)策，包括創(chuàng)新樣品前處理方法、改進(jìn)二氧化硫衍生條件、采用大體積進(jìn)樣等。綜合應(yīng)用上述策略，有望提高二氧化硫的檢測(cè)靈敏度與準(zhǔn)確度，為食品安全監(jiān)管提供可靠的技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1]譚春蓉，羅長(zhǎng)琴，熊雙.充氮蒸餾-離子色譜法測(cè)定香菇中二氧化硫殘留量[J].食品科技，2022，47（2）：299-303.

[2]鄒沫君.離子色譜法測(cè)定中藥材百合中的二氧化硫殘留量[J].飲料工業(yè)，2024，27（1）：27-31.

[3]王時(shí)杰，應(yīng)夏芬，胡碧雯.基于離子色譜法的廢氣中二氧化硫檢測(cè)方法[J].山西化工，2024，44（2）：88-90.

[4]趙金利，林澤珊，黎穎欣，等.全自動(dòng)蒸餾-離子色譜法測(cè)定香辛料中二氧化硫殘留量[J].食品科技，2022，47（10）：293-298.

[5]宋金麗，項(xiàng)怡.離子色譜法測(cè)定食品中二氧化硫的方法學(xué)驗(yàn)證[J].中國(guó)食品工業(yè)，2023（6）：79-81.

作者簡(jiǎn)介：莫衍琪（1997—），女，廣東茂名人，本科，助理工程師。研究方向：食品中二氧化硫殘留的分析與研究。