離子色譜技術(shù)在食糖檢驗(yàn)中的應(yīng)用探討

倪雪華

南通市通州區(qū)疾病預(yù)防控制中心，江蘇南通 226300

當(dāng)前食糖檢測領(lǐng)域中，主要采用了3種離子色譜技術(shù)，即離子排斥色譜技術(shù)、高效離子交換色譜技術(shù)、離子對色譜技術(shù)，此3種技術(shù)各自性能、功能、針對領(lǐng)域、最終結(jié)果均存在一定的差異性，但在部分層面上也保持著一些相同點(diǎn)，該文將主要圍繞這3種離子色譜技術(shù)進(jìn)行分析。

1 基礎(chǔ)理論

在離子色譜技術(shù)的高效離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜3種技術(shù)方面，其柱填料樹脂骨架相同均為苯乙烯—二乙烯基苯共聚物，但不同點(diǎn)在于不同的技術(shù)的樹脂離子交換功能的容量各存在差異[1-2]。具體分析來看，高效離子交換色譜主要采用低容量0.01～0.50 mmol/g的離子交換樹脂；離子排斥色譜主要采用高容量3～5 mmol/g的樹脂；3種離子色譜技術(shù)的機(jī)理方面，同樣存在不同，具體分析來看：高效離子交換色譜技術(shù)主要以離子交換作為機(jī)理，而離子排斥色譜、離子對色譜的機(jī)理分別為離子排斥、基于吸附和離子對的形成[3-4]。為了更詳細(xì)的了解該3種技術(shù)，下文對其進(jìn)行逐一分析[5-6]。

①離子交換色譜。離子交換色譜其原理原理在于：在流動(dòng)相與固定相的離子交換基因的過程當(dāng)中，提取其中所發(fā)生的離子交換，進(jìn)而通過離子交換色譜能夠有效的實(shí)現(xiàn)無機(jī)、有機(jī)物質(zhì)當(dāng)中的陰離子、陽離子的分離[7-8]。在傳統(tǒng)的離子交換色譜中應(yīng)用當(dāng)中，通常會(huì)采用60～200目的樹脂粒度，柱子長度為10～50 cm，進(jìn)而在此基礎(chǔ)上，通過驅(qū)動(dòng)流動(dòng)相的上下移動(dòng)得出最終研究式樣，在收集之后即可開始檢測。此外，離子交換色譜因?yàn)樽陨碇拥碾x子交換容量較高，所以為了洗脫樣品的離子，流動(dòng)相通常會(huì)采用濃電解質(zhì)[9-10]。

②離子排斥色譜。離子排斥色譜主要由空間排阻、Donnan排斥、吸附過程3個(gè)方面組成其機(jī)理。在應(yīng)用當(dāng)中，首先離子排斥色譜的應(yīng)用范圍主要在于無機(jī)弱酸、有機(jī)酸、糖類等分離[11-12]。該色譜的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，即能夠在在高的酸性介質(zhì)中實(shí)現(xiàn)弱無機(jī)酸、有機(jī)酸的分離。其次，離子排斥色譜同樣存在缺點(diǎn)，其Donnan排斥具有不能被離解的機(jī)理，所以在洗脫時(shí)會(huì)導(dǎo)致完全離解的酸被洗脫[13]。而離子排斥色譜的優(yōu)點(diǎn)同樣十分明顯，其中未離解的化合物不會(huì)被Donnan排斥，所以其中完全離解的酸能進(jìn)入樹脂的內(nèi)微孔，其分離的實(shí)現(xiàn)主要需建立非離子性相互作用下。此外，因?yàn)殡x子排斥色譜的分離柱相較于其他兩種技術(shù)較大，所以其分離柱所用的填充，往往在粒度方面存在高容量的特點(diǎn)，主要材料方面通常為苯陽離子交換樹脂，或者聚苯乙烯—二乙烯基[14-15]。

③離子對色譜。首先對離子對色譜的原理進(jìn)行分析，其原理主要在于：在高交聯(lián)度、高比表面積中的分子量大的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)反相離子與抑制型電導(dǎo)檢測相互結(jié)合，如此就能夠?qū)崿F(xiàn)食糖中含有疏水性陰陽離子進(jìn)行分離，其中最為有效的應(yīng)用離子為帶局部電荷的大分子[16]。該文主要采用化學(xué)抑制型電導(dǎo)和紫外分光相關(guān)儀器對離子對色譜的檢測器。其中主要以化學(xué)抑制型電導(dǎo)儀器為主，因此類儀器的檢測項(xiàng)目主要設(shè)計(jì)脂肪羧酸、磺酸鹽和季銨離子。

2 離子色譜工作原理

離子色譜儀在結(jié)構(gòu)方面與大分類液相色譜方面相同，都是由輸液系統(tǒng)、進(jìn)樣系統(tǒng)、分離系統(tǒng)等組成。但將離子色譜儀與液相色譜儀相比，離子色譜儀的輸液系統(tǒng)上存在一定的差異，離子色譜儀輸液系統(tǒng)主要由流動(dòng)相容器、脫氣裝置、高壓輸液泵等裝置組成。在實(shí)際應(yīng)用離子色譜時(shí)，必須重視其輸液系統(tǒng)的流量穩(wěn)定性、高耐壓性、高耐腐性等等特性才算合格，而進(jìn)樣系統(tǒng)方面，主要包含了進(jìn)樣器，合格要求與輸液系統(tǒng)相同。

3 離子色譜的檢測方法及優(yōu)點(diǎn)

3.1 離子色譜的檢測方法

離子色譜是現(xiàn)代食糖檢測當(dāng)中，應(yīng)用最為廣泛的一種液相色譜技術(shù)，但基于食糖產(chǎn)的多樣化，離子色譜的檢測技術(shù)也可被分為許多種類，例如抑制電導(dǎo)檢測法、直接電導(dǎo)檢測法、紫外吸收光度法等。而這些方法雖然在應(yīng)用層面上存在一定的差異，但也存在一個(gè)共同點(diǎn)，其均是建立于電化學(xué)、光化學(xué)、其他多種分析儀器聯(lián)用的方法。

3.2 離子色譜的優(yōu)點(diǎn)

離子色譜的應(yīng)用在食糖檢測當(dāng)中之所以廣泛，主要是因?yàn)槠淠軌驅(qū)κ程堑年庪x子、短碳鏈有機(jī)酸進(jìn)行有效分析，分析結(jié)果可以說明離子色譜是當(dāng)前最為有效的分析方法；其次，食糖的成分當(dāng)中，具有很多沒有吸光基團(tuán)的化合物，而此類化合物因?yàn)闊o法吸光，所以在傳統(tǒng)的紫外檢測當(dāng)中，其并不能對紫外光進(jìn)行反應(yīng)，所以不能采用紫外光方法進(jìn)行檢測，也說明了紫外光檢測具有一定的局限性，但采用高效液相檢測方法，能夠突破紫外檢測的局限性，其應(yīng)用范圍更加廣泛，但其依舊需要將紫外光作為前置工作，所以也無法使用，此時(shí)就體現(xiàn)出離子色譜對食糖檢測的針對性與廣泛性。

4 離子色譜在食糖檢驗(yàn)上的應(yīng)用

4.1 食糖無機(jī)陰陽離子應(yīng)用

食糖無機(jī)陰離子是對食糖可食用性檢測的重要工作階段，在傳統(tǒng)的化學(xué)分析方法基礎(chǔ)上，此工作階段往往需要耗費(fèi)大量的時(shí)間與人力，同時(shí)傳統(tǒng)方法的試劑用量大、靈敏度差，使得工作難度提高，并且在最終的檢驗(yàn)結(jié)果上也存在一定的不準(zhǔn)確性。而在離子色譜的應(yīng)用之下，基于離子色譜的靈敏度高、可同時(shí)檢測多種陰離子的特性，能夠有效避免傳統(tǒng)方法的諸多弊端。

具體應(yīng)用方面以白砂糖為例，采用離子色譜對白砂糖中的二氧化硫進(jìn)行檢驗(yàn)，首先對白砂糖進(jìn)行處理，之后將對分析柱進(jìn)行配置，主要參考傳統(tǒng)紫外光技術(shù)，將IonPacAS11離子交換柱作為分析祝。之后為了進(jìn)行梯度洗脫，該文將采用氫氧化鈉作為淋洗液，并在洗脫之后對白砂糖進(jìn)行抑制電導(dǎo)檢測工作，在上述工作完成之后，以確保檢驗(yàn)結(jié)果以保留時(shí)間定性，進(jìn)而方便之后的外標(biāo)法定量。通過此階段的檢驗(yàn)，得出下列分析結(jié)果如下。

①檢測結(jié)果的峰值達(dá)到0.10～50 mg/kg時(shí)，說明白砂糖中的二氧化硫濃度較高，此時(shí)數(shù)值會(huì)與峰面積線性關(guān)系，此時(shí)基于以往研究的結(jié)果，可以得知在一般情況下，線性關(guān)系的相關(guān)系數(shù)為0.999 4，而該文的研究當(dāng)中并沒有出現(xiàn)異常所以符合標(biāo)準(zhǔn)；檢出限為0.30 mg/kg；白砂糖的回收率在97.0%～102.0%之間。

將國標(biāo)方法規(guī)范數(shù)值與離子色譜的檢驗(yàn)結(jié)果相互比較可以發(fā)現(xiàn)，兩者檢驗(yàn)結(jié)果基本一致，說明離子色譜檢驗(yàn)的有效性，但是因?yàn)椴糠秩绯嗌疤?、紅糖、冰片糖等食糖產(chǎn)品，其本身的顏色較深，對該類食糖采用國標(biāo)法來進(jìn)行檢驗(yàn)，時(shí)常會(huì)在二氧化硫在比色過程中，出現(xiàn)顏色的干擾現(xiàn)象，導(dǎo)致檢驗(yàn)的不穩(wěn)定性，而在離子色譜法基礎(chǔ)下，其能夠有效避免此類干擾，確保檢驗(yàn)的穩(wěn)定性，從而實(shí)際檢驗(yàn)整體上體現(xiàn)出更加準(zhǔn)確的結(jié)果。

無機(jī)陰離子是發(fā)展最早，也是目前最成熟的離子色譜檢測方法，能夠針對食糖樣品的水相樣品進(jìn)行有效檢測，檢測范圍在于樣品成分的氟、氯、溴等鹵素陰離子、硫酸根、硫代硫酸根、氰根等陰離子，因此，具備廣泛應(yīng)用于食糖食用安全的質(zhì)量控制。

無機(jī)陰離子交換柱通常采用帶有季胺功能團(tuán)的交聯(lián)樹脂或其他具有類似性質(zhì)的物質(zhì)，常見的陰離子交換柱如Metrosep A supp 4-150，A supp 5-250等。常用的淋洗液為Na2CO3和NaHCO3按一定比例配置成的稀溶液，改變淋洗液的組成比例和濃度，可控制不同陰離子的保留時(shí)間和出峰順序。

4.2 在食糖中有機(jī)物方面的分析應(yīng)用

離子色譜在食糖檢驗(yàn)中應(yīng)用廣泛，能夠以多種應(yīng)用形式來對食糖不同成分進(jìn)行檢測，并能夠突破傳統(tǒng)方法的常規(guī)無機(jī)離子的分析方式局限性，從多個(gè)方面確保檢測結(jié)果的全面性，由此說明離子色譜應(yīng)用結(jié)構(gòu)豐富具有良好的多面性。在實(shí)際應(yīng)用上，離子色譜除了對食糖化學(xué)成本進(jìn)行分析以外，還能對食糖當(dāng)中部分有機(jī)物化合物進(jìn)行分析。一般情況下，食糖類中化合物對于紫外光的吸收能力很弱，所以傳統(tǒng)技術(shù)對糖類的分析十分困難。但在離子色譜基礎(chǔ)上，能夠采用陰離子交換色譜，來執(zhí)行脈沖安培檢測法對食糖類進(jìn)行測定，其產(chǎn)生結(jié)果同樣具備較高的可靠性。

4.3 食糖葡萄糖、果糖方面的應(yīng)用

各種食糖中的果糖、葡萄糖的含量，是食糖的主要成分，也是檢驗(yàn)食糖可食用性的重要指標(biāo)，如果通過離子色譜對食糖中的、葡萄糖進(jìn)行測定，具體步驟如下。

①對食糖中的Na、OH成進(jìn)行梯度淋洗，淋洗只要通過淋洗液即可完成；②淋洗之后食糖內(nèi)的果糖、葡萄糖成分，會(huì)有哪位CarboPacTMPA1O柱的作用下完成分離，通過該文的測定，確認(rèn)分離時(shí)間為35～40 min。將該文測定結(jié)果與以往研究對比，以往研究標(biāo)準(zhǔn)為葡萄糖、果糖的進(jìn)樣25 μL，S/N=3且均具有較寬的線性范圍(0.1～100 mg/L)，樣品測定的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在 0.3%～3.8%之間，加標(biāo)回收率在95.8%～101.0%之間。

5 離子色譜技術(shù)的最新發(fā)展

離子色譜的應(yīng)用廣泛，因此，對其研究也十分多樣化，當(dāng)前離子色譜最具代表性的研究發(fā)展方向?yàn)椋弘娀瘜W(xué)技術(shù)結(jié)合新型高分子材料，并且該類方法在各項(xiàng)領(lǐng)域當(dāng)中已得到廣泛的應(yīng)用。舉例分析如下：

①電化學(xué)自再生抑制器電解法用于離子色譜抑制，此方法具有較高的便捷性，其只需要通過水即可制配出滿足抑制器的再生液，在此前提下，即可通過水電解的方式來生產(chǎn)H+、OH-。此外，該方法抑制器的電導(dǎo)抑制，并不需要通過額外的再生液就能完成。

②免化學(xué)試劑的離子色譜。免化學(xué)試劑的離子色譜可以被分為RFIC-EG和RFIC-ER兩個(gè)種類。其中RFIC-EG的差異在于淋洗液，其淋洗液僅通過純水就能制造，之后通過泵來進(jìn)行梯度淋洗即可，其便捷性較高。并且因?yàn)镽FIC-EG只采用純水，所以不同于傳統(tǒng)，此方法可以有效的降低泵使用時(shí)的污染。但RFIC-EG因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)過于簡單，其過程當(dāng)中會(huì)受到空氣中CO2的干擾，進(jìn)而導(dǎo)致OH-的基線穩(wěn)定性不足等現(xiàn)象，但RFIC-EG因?yàn)樽陨硭a(chǎn)生的KOH濃度較高，因此具備被電流控制的高相性，所以在梯度淋洗的難度上較低。此外，RFIC-ER的梯度淋洗具有在線自動(dòng)再生的機(jī)制，其每次配制的淋洗液，都可以長期使用，根據(jù)統(tǒng)計(jì)普遍使用時(shí)長為4周，并且只需要作一次校準(zhǔn)曲線。

6 結(jié)語

該文主要對離子色譜技術(shù)在食糖檢驗(yàn)中的應(yīng)用探討，首先對離子色譜的基礎(chǔ)理論進(jìn)行了概述，得知當(dāng)前離子色譜的3種應(yīng)用，即為離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜，并對這3種應(yīng)用進(jìn)行了詳細(xì)分析。之后介紹了離子色譜的工作原理，再對離子色譜的檢測方法及優(yōu)點(diǎn)進(jìn)行了闡述。針對食糖檢測領(lǐng)域，該文介紹了此領(lǐng)域的離子色譜技術(shù)應(yīng)用方法，主要包括食糖無機(jī)陰陽離子應(yīng)用、在食糖中有機(jī)物方面的分析應(yīng)用、食糖葡萄糖、果糖方面的應(yīng)用3個(gè)方面，最終針對現(xiàn)代離子色譜的發(fā)展水平，分析了電化學(xué)自再生抑制器電解法用于離子色譜抑制、免化學(xué)試劑的離子色譜兩者發(fā)展方向。