梯度淋洗-電導(dǎo)抑制離子色譜法同時測定果汁中26種有機(jī)酸和陰離子

宋衛(wèi)得, 袁曉鷹, 呂 寧, 陳太法, 惠希東,蘇 征, 金 偉, 劉 冰

(1. 日照出入境檢驗檢疫局, 山東 日照 276826; 2. 山東出入境檢驗檢疫局, 山東 青島 266002)

?

研究論文

梯度淋洗-電導(dǎo)抑制離子色譜法同時測定果汁中26種有機(jī)酸和陰離子

宋衛(wèi)得1*, 袁曉鷹1, 呂 寧2, 陳太法1, 惠希東1,蘇 征1, 金 偉1, 劉 冰1

(1. 日照出入境檢驗檢疫局, 山東 日照 276826; 2. 山東出入境檢驗檢疫局, 山東 青島 266002)

通過對色譜柱類型、流速、柱溫、pH值、淋洗液濃度等影響因素的研究,建立了多級梯度淋洗-電導(dǎo)抑制離子色譜同時測定果汁中26種有機(jī)酸和陰離子的分析方法。結(jié)果表明,當(dāng)流速為1.00 mL/min、柱溫為30 ℃、pH值為5.5～6.8時,26種組分的測定結(jié)果更準(zhǔn)確。26種組分在0.02～10.0 mg/L范圍內(nèi)具有良好的線性關(guān)系(r均大于0.995),檢出限(S/N=3)為0.17～52.0 μg/L;在0.20～2.00 mg/L添加水平下的回收率為85.58%～108.86%,相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.15%～7.65%(n=6)。該方法簡便快速、靈敏度好、準(zhǔn)確度高,適于果汁中26種組分的痕量分析。

離子色譜;抑制電導(dǎo)檢測;梯度淋洗;有機(jī)酸;陰離子;果汁

目前有機(jī)酸的檢測方法主要有氣相色譜法[7]、液相色譜法[8,9]、離子色譜法[10,11]等分析方法。氣相色譜法需要衍生等前處理步驟,操作繁瑣;液相色譜法測定有機(jī)酸的研究較多,具有快速、準(zhǔn)確、選擇性好等特點,但不能同時檢測有機(jī)酸和陰離子。離子色譜法具有簡便、快速、靈敏、準(zhǔn)確等優(yōu)點[12-15],是多種有機(jī)酸和陰離子同時測定的理想方法。目前離子色譜法同時測定果汁中有機(jī)酸和陰離子的研究較少,且同時測定的組分?jǐn)?shù)量不足10種[16],說明離子色譜法在果汁中多組分的檢測技術(shù)還有很大的發(fā)展空間。

1 實驗部分

1.1 儀器和試劑

Dionex ICS2100離子色譜儀(美國ThermoFisher公司),配備電導(dǎo)檢測器和自動進(jìn)樣器(AS-DV)、ASRS 300電化學(xué)自動再生抑制器;Rotina 380R高速離心機(jī)(德國Hettich公司); ML802/02電子天平(瑞士梅特勒公司); Milli-Q超純水儀(美國Millipore公司)。

1.2 色譜條件

陰離子分離柱:Dionex IonPacTMAS11-HC(250 mm×4 mm)，保護(hù)柱:Dionex IonPacTMAG11-HC(50 mm×4 mm);抑制器再生模式:外加水電導(dǎo)抑制檢測器檢測;流動相:KOH梯度淋洗液;流速:1.00 mL/min;柱溫:30 ℃;進(jìn)樣量:50 μL;初始淋洗濃度:1.25 mmol/L;抑制器電流:174 mA。多級梯度淋洗條件見表1。

表 1 離子色譜多級梯度淋洗條件

Table 1 Gradient elution conditions of ion chromatography

No.Time/minEluentconcentration/(mmol/L)Slopeofconcentrationgradient/(mmol/min)10-8.01.250 28.0-18.01.25-15.01.375318.0-29.015.0-28.01.182429.0-40.028.0-70.03.818540.0-41.070.0-1.25-68.75641.0-48.01.250

1.3 樣品前處理

采用濃度為4.0 mol/L的KOH溶液調(diào)節(jié)果汁樣品的pH值至5.5～6.8,取調(diào)節(jié)過pH值的果汁樣品(10 mL)于50 mL離心管中,以10 000 r/min離心15 min,取上清液1.0 mL至100 mL容量瓶中,用超純水定容至刻度,搖勻、靜置10 min,取10.0 mL溶液,過0.22 μm水相濾膜,棄去前3 mL,收集后面的清液,待上機(jī)檢測。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

稱取適量標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)用超純水配制質(zhì)量濃度為1 000 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)混合儲備液;采用超純水將標(biāo)準(zhǔn)混合儲備液稀釋成一定質(zhì)量濃度的標(biāo)準(zhǔn)混合工作液,于4 ℃避光冷藏保存,現(xiàn)配現(xiàn)用。

2 結(jié)果與討論

2.1 色譜條件的選擇

2.1.1 色譜柱的選擇

本實驗分別考察了AS11、AS11-HC、AS19色譜柱(250 mm×4 mm)對分離效果的影響。采用AS11-HC色譜柱時,多數(shù)組分的色譜峰峰形尖銳、靈敏度高,綜合分離效果最好。因為AS11-HC是強(qiáng)親水性、高柱容量色譜柱,對復(fù)雜基質(zhì)中有機(jī)酸和陰離子具有較好的保留作用,尤其適合多種有機(jī)酸和陰離子的同時分析。因此本實驗最終選擇AS11-HC色譜柱。

2.1.2 流速的選擇

本實驗考察了不同流速(0.50、0.75、1.00、1.25 mL/min)對目標(biāo)物組分分離效果的影響。當(dāng)流速為0.50 mL/min和0.75 mL/min時,26種目標(biāo)物的整體分離度較流速為1.00 mL/min時有所增大,但總出峰時間由39 min增至50 min,且隨流速降低,色譜峰峰寬增大,靈敏度下降；當(dāng)流速為1.25 mL/min時,色譜峰的出峰時間減少,但色譜系統(tǒng)壓力達(dá)到了17.86 MPa,已接近色譜系統(tǒng)的壓力上限(20.68 MPa),且較流速為1.00 mL/min時的壓力(13.51 MPa)大幅升高，系統(tǒng)壓力過大易造成色譜柱塌陷,進(jìn)而影響色譜柱的使用壽命,也易造成色譜系統(tǒng)漏液,不利于整個色譜系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。綜合考慮分離效果、檢測時間、色譜系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素,最終將流速設(shè)為1.00 mL/min。

圖 1 混合標(biāo)準(zhǔn)溶液(0.50 mg/L)的色譜圖Fig. 1 Chromatogram of mixed standard solution (0.50 mg/L) 1. D-quinic acid; 2. fluorin ion (F-); 3. lactic acid; 4. acetic acid; 5. propionic acid; 6. formic acid; 7. butyric acid; 8. pyruvic acid; 9.d.

2.1.3 梯度淋洗條件的選擇

2.1.4 柱溫的選擇

柱溫能夠影響色譜柱的柱效、選擇性、靈敏度和穩(wěn)定性,柱溫的改變直接影響分離效果和分析速率。升高柱溫,色譜柱內(nèi)離子交換速率隨之提高,有利于提高柱效、縮短分析時間,但降低了分離選擇性,不利于組分間的分離。本文分別考察了在20、25、30、35 ℃柱溫條件下26種組分的分離效果。結(jié)果表明,當(dāng)柱溫為20 ℃和25 ℃時,前7種組分無法有效分離,總分析時間較長;當(dāng)柱溫為35 ℃時,離子交換速率提高,柱效提高,分析時間縮短,但分離選擇性降低,特別是組分14～21的分離度明顯減小,無法確保定量的準(zhǔn)確性。當(dāng)柱溫為30 ℃時,分析速率適宜,26種組分的總體分離效果最好。因此本實驗將柱溫設(shè)為30 ℃。

2.1.5 pH值對檢測的影響

圖 2 溶液pH值對6種組分測定的影響Fig. 2 Effect of pH value of the solution on the determination of the six components

2.2 方法學(xué)考察

2.2.1 線性范圍與檢出限

配制系列質(zhì)量濃度的混合標(biāo)準(zhǔn)工作溶液,以待測組分的峰面積(Y)為縱坐標(biāo),質(zhì)量濃度(X, mg/L)為橫坐標(biāo),繪制校準(zhǔn)曲線;通過色譜峰信噪比計算待測組分的檢出限(S/N=3)。結(jié)果表明,26種組分在0.02～10.0 mg/L范圍內(nèi)線性關(guān)系良好,相關(guān)系數(shù)均大于0.995(見表2)。25種組分的檢出限為0.17～14.4 μg/L,苯甲酸的檢出限為52.0 μg/L,遠(yuǎn)低于液相色譜法[17]中苯甲酸的LOD(1 800 μg/kg)。

2.2.2 回收率與精密度

分別選取蘋果汁、葡萄汁、橙汁各5個樣品,依次添加質(zhì)量濃度為0.10、0.20、0.50、1.00、2.00 mg/L的混合標(biāo)準(zhǔn)溶液,每個濃度水平進(jìn)行6次平行試驗,計算檢測不同果汁基質(zhì)時方法的回收率和精密度(見表3)。

在0.10 mg/L添加水平下,24種組分的回收率為85.17%～109.30%,苯甲酸和順烏頭酸的回收率分別為62.23%和64.27%,但仍滿足食品理化檢驗技術(shù)要求[18](測定含量小于0.10 mg/L,回收率應(yīng)為60%～120%),說明在低于0.10 mg/L添加水平時,苯甲酸和順烏頭酸不夠穩(wěn)定、易受基質(zhì)干擾,檢測時應(yīng)通過改變稀釋倍數(shù)等方法在高于0.20 mg/L水平下進(jìn)行分析。在質(zhì)量濃度為0.20～2.0 mg/L水平下,26種組分的回收率為85.58%～108.86%, RSD為0.15%～7.65%,說明該檢測方法準(zhǔn)確性高、精密度好。

2.2.3 準(zhǔn)確度

向蘋果汁中添加質(zhì)量濃度為0.20 mg/L的標(biāo)準(zhǔn)溶液,分3天進(jìn)樣,每天進(jìn)行3次平行樣品測定,計算回收率,進(jìn)而計算測定值和真值的相對偏差。結(jié)果表明,26種組分的9次平行結(jié)果與理論真值的相對偏差在-13.82%～9.57%范圍內(nèi),符合食品理化檢測規(guī)范中的準(zhǔn)確度要求[18],說明該方法穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高。

表 2 26種組分的線性范圍、線性方程、相關(guān)系數(shù)(r)及檢出限

Y: peak area;X: mass concentration, mg/L.

表 3 26組分在不同添加水平下的回收率及精密度(n=6)

表 3 (續(xù))

Nos. 1-26 are the same as in Table 2.

2.3 實際樣品測定

對6種果汁樣品中的有機(jī)酸和陰離子進(jìn)行含量測定(見表4)。3種代表性果汁的色譜圖見圖3。

表 4 6種果汁樣品中有機(jī)酸和陰離子的含量

-: not detected.

圖 3 3種果汁樣品的色譜圖Fig. 3 Chromatograms of the three fruit juice samples Nos. 1-24 are the same as in Table 2.

3 結(jié)論

本文通過對流速、柱溫、溶液pH值、淋洗濃度等多種實驗影響因素的分析討論,建立了梯度淋洗-電導(dǎo)抑制離子色譜同時測定果汁中26種有機(jī)酸和陰離子的分析方法。在優(yōu)化選擇的條件下,26種組分的分離測定結(jié)果令人滿意,完全適于果汁中26種有機(jī)酸和陰離子的痕量分析。作為一種綠色聯(lián)合檢測技術(shù),梯度淋洗-電導(dǎo)抑制離子色譜法實現(xiàn)了有機(jī)酸、防腐劑、陰離子、添加劑等多類組分共同檢測的目標(biāo)。但是在多種實驗因素和多種基質(zhì)的交互影響

下,如何進(jìn)一步提高多組分同時檢測時的分離度、準(zhǔn)確度以及方法適用性必將成為該項色譜技術(shù)研究和發(fā)展的重要方向之一。

[1] Gheibi S, Karimi M H, Khalilzadeh M A, et al. J Food Sci Tech, 2015, 52(1): 276

[2] Sdiri S, Bermejo A, Aleza P, et al. Food Res Inter, 2012, 49(1): 462

[3] Han H F, Wang Q, Liu X, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2012, 30(5): 538

韓海峰, 王慶, 劉霞, 等. 色譜, 2012, 30(5): 538

[4] Aydogan C, Karakoc V, Denizli A. Food Chem, 2015, 187(11): 130

[5] Qi Z W, You Q, Chen Y. Analy Chim Acta, 2016, 902: 168

[6] Qiu M Q, Xiong S Y. Advan J Food Sci Tech, 2015, 7(7): 548

[7] Zhong Y, Yu C L, Peng P A. Chinese Journal of Chromatography, 2010, 28(10): 923

鐘穎, 于赤靈, 彭平安. 色譜, 2010, 28(10): 923

[8] Kola O, Simsek M, Duran H, et al. Chem Natur Comp, 2015, 51(1): 132

[9] Turker G, Kizilkaya B, Arifoglu N. Asian J Chem, 2014, 26(8): 2443

[10] Chen A L, Ding H, Fang L M, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2015, 33(12): 1333

陳愛連, 丁卉, 方琳美, 等. 色譜, 2015, 33(12): 1333

[11] Zhu B H, Zhang P M, Guo W Q, et al. Chinese Journal of Chromatography, 2016, 34(5): 498

朱彬和, 張培敏, 郭偉強(qiáng), 等. 色譜, 2016, 34(5): 498

[12] Teh H B, Li S F Y. J Chromatogr A, 2015, 1383: 112

[13] Liu Y Q, Yu H. Journal of Instrumental Analysis, 2015, 34(6): 734

劉永強(qiáng), 于泓. 分析測試學(xué)報, 2015, 34(6): 734

[14] Dolgonosov A M, Kolotilina N K. J Analy Chem, 2015, 70(11): 1322

[15] Daraei H, Maleki A, Mahvi A H, et al. J Water Chem Tech, 2015, 37(5): 253

[16] Lou B, Li Y, Lü J F, et al. Food Research and Development, 2012, 33(1): 115

婁斌, 李陽, 呂金鳳, 等. 食品研究與開發(fā), 2012, 33(1): 115

[17] GB/T 23495-2009

[18] GB/T 27404-2008

Research Project of Shandong Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau (No. SK201619).

Simultaneous determination of 26 organic acids and anions in fruit juice by ion chromatography with suppressed conductivity detection using gradient elution

SONG Weide1*, YUAN Xiaoying1, Lü Ning2, CHEN Taifa1, HUI Xidong1, SU Zheng1, JIN Wei1, LIU Bing1

(1. Rizhao Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau, Rizhao 276826, China; 2. Shandong Entry-Exit Inspection & Quarantine Bureau, Qingdao 266002, China)

A method for simultaneous determination of 26 organic acids and anions in fruit juice by ion chromatography (IC) with suppressed conductivity detection using gradient elution was established. The effects of selection of columns, flow rates, column temperatures, pH values of solution, and eluent concentrations were studied, and then the suitable gradient elution conditions were found for the determination. The testing results of the 26 components in fruit juice were accurate under the conditions that the flow rate was 1.00 mL/min, column temperature was 30 ℃ and pH values of the solution were in the range of 5.5-6.8. As a result, the linear relationships of the 26 components were good in the range of 0.02-10.0 mg/L and the correlation coefficients (r) were greater than 0.995, the limits of detection (S/N=3) of the 26 components were in the range of 0.17-52.0 μg/L. In the added levels of 0.20-2.00 mg/L, the recoveries of the 26 components in fruit juice ranged from 85.58% to 108.86%, and the relative standard deviations (RSDs) were in the range of 0.15%-7.65% (n=6). The method is simple, quick, sensitive and accurate, and it is absolutely suitable for the trace analysis and determination of the 26 organic acids and anions in fruit juice.

ion chromatography (IC); suppressed conductivity detection; gradient elution; organic acids; anions; fruit juice

10.3724/SP.J.1123.2016.06057

2016-06-30

山東出入境檢驗檢疫局科研項目(SK201619).

O658

A

1000-8713(2016)11-1084-07

* 通訊聯(lián)系人.E-mail:woxinyh2006@163.com.