離子色譜法在食品添加劑檢測中的應(yīng)用研究

金瑞琪

摘 要：食品添加劑在現(xiàn)代食品工業(yè)中扮演著重要角色，但某些添加劑的過量使用可能對人體健康產(chǎn)生不利影響。因此，準(zhǔn)確、高效地檢測食品中的添加劑含量對于食品安全監(jiān)管至關(guān)重要。離子色譜法以其優(yōu)異的分離能力、靈敏度和定量準(zhǔn)確性，在食品添加劑檢測領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。本文闡述了離子色譜在幾類常見食品添加劑，如防腐劑、甜味劑、著色劑等，檢測中的應(yīng)用，重點探討了樣品預(yù)處理、色譜分離和檢測條件優(yōu)化等關(guān)鍵技術(shù)的優(yōu)化策略，旨在為相關(guān)工作人員提供借鑒參考。

關(guān)鍵詞：離子色譜；食品添加劑；樣品預(yù)處理；檢測；食品安全

Research on the Application of Ion Chromatography in the Detection of Food Additives

JIN Ruiqi

（Foshan University of Science and Technology， Foshan 528225， China）

Abstract： Food additives play an important role in modern food industry， but excessive use of certain additives may have adverse effects on human health. Therefore， accurate and efficient detection of additive content in food is crucial for food safety supervision. Ion chromatography has been widely used in the field of food additive detection due to its excellent separation ability， sensitivity， and quantitative accuracy. This article elaborates on the application of ion chromatography in the detection of several common food additives such as preservatives， sweeteners， colorants， etc. It focuses on exploring the optimization strategies of key technologies such as sample pretreatment， chromatographic separation， and detection condition optimization， aiming to provide reference for relevant personnel.

Keywords： ion chromatography; food additives; sample pretreatment; detection; food safety

食品添加劑是指為改善食品品質(zhì)和感官特性、延長保質(zhì)期而加入食品中的人工合成或天然物質(zhì)。防腐劑、甜味劑、著色劑、抗氧化劑等是食品工業(yè)中常用的添加劑種類[1]。適量使用食品添加劑可以有效改善食品的風(fēng)味、色澤和貨架期，但如果添加過量，則可能危害消費者健康。例如，某些防腐劑攝入過多會導(dǎo)致潰瘍和肝腎損傷；合成著色劑可能引發(fā)過敏反應(yīng)和代謝紊亂；高劑量甜味劑與肥胖、糖尿病的發(fā)生存在關(guān)聯(lián)。因此，科學(xué)評估添加劑在食品中的含量，對于規(guī)范其使用和保障膳食安全具有重要意義。

1 離子色譜法原理簡介

離子色譜是以離子交換作用為基礎(chǔ)實現(xiàn)物質(zhì)分離和檢測的一類色譜技術(shù)。其基本原理是待測物質(zhì)的離子與固定相表面的可交換基團(tuán)發(fā)生可逆的靜電吸附，在淋洗液的洗脫作用下，不同離子在色譜柱中的滯留時間不同，從而被分離開來并被檢測器檢出[2]。與液相色譜和氣相色譜相比，離子色譜的分離機制獨特，專屬性更強。常用的離子交換填料主要包括硅膠、聚合物樹脂、氧化鋯等材料，表面接枝季銨鹽、磺酸基團(tuán)，分別用于陰離子和陽離子的分離。淋洗液的pH值、離子強度、有機相比例等條件影響離子交換的平衡，離子色譜通過優(yōu)化淋洗液組成來提高目標(biāo)物的分離度、改善峰形。檢測器是離子色譜的關(guān)鍵組成部分，常見的檢測器包括電導(dǎo)檢測器、安培檢測器、紫外可見吸收檢測器等。電導(dǎo)檢測器適合無紫外吸收的離子檢測，安培檢測器可實現(xiàn)電活性離子的靈敏檢測，紫外檢測器則適用于有機酸、芳香胺類添加劑。通過優(yōu)化檢測波長、加入柱后衍生試劑等方法可進(jìn)一步提高檢測靈敏度和選擇性。

2 離子色譜儀器

典型的離子色譜儀由進(jìn)樣器、泵、色譜柱、抑制器、檢測器等部分組成。進(jìn)樣器引入一定體積的樣品，泵負(fù)責(zé)輸送淋洗液并精確控制流速，色譜柱是分離發(fā)生的場所，分離后的物質(zhì)進(jìn)入檢測器被檢出并轉(zhuǎn)換為電信號。抑制器是離子色譜的特有裝置，可降低淋洗液背景，放大目標(biāo)物的信號，是實現(xiàn)痕量分析和梯度洗脫的關(guān)鍵。根據(jù)抑制方式可分為化學(xué)抑制、電解抑制等[3]。

離子色譜可分為陰離子交換色譜和陽離子交換色譜。前者固定相帶正電荷，適合檢測無機陰離子和有機酸根離子；后者固定相帶負(fù)電荷，主要分析金屬陽離子和有機胺離子。針對不同分析對象，離子色譜在柱溫、柱內(nèi)徑、填料粒徑等方面有多種規(guī)格可選。例如，有機酸分析多采用內(nèi)徑2～4 mm、填料粒徑5～10 μm的陰離子柱，配以氫氧化鉀淋洗液梯度洗脫；金屬離子分析常用內(nèi)徑3～5 mm、粒徑5 μm左右的陽離子柱，淋洗液為硝酸等無機酸。近年來，離子色譜技術(shù)不斷更新，一些新型離子色譜如抑制型離子色譜、毛細(xì)管離子色譜、高壓離子色譜相繼問世。抑制型離子色譜內(nèi)置抑制裝置，可在線抑制淋洗液，大大簡化了分析步驟。毛細(xì)管離子色譜柱采用內(nèi)徑小于0.5 mm的微柱，可顯著提高靈敏度和分離度。高壓離子色譜則通過超高壓輸液系統(tǒng)提高了分析速度。此外，離子色譜與其他分離技術(shù)如毛細(xì)管電泳、超臨界流體色譜的在線聯(lián)用也充實了離子分析手段。這些新進(jìn)展極大地拓寬了離子色譜的應(yīng)用范圍，為食品添加劑檢測注入了新的活力。

3 離子色譜在食品添加劑檢測中的應(yīng)用

3.1 防腐劑檢測

防腐劑是食品中最常用的一類添加劑，主要包括苯甲酸、山梨酸及其鹽類、對羥基苯甲酸酯類等。離子色譜可同時測定食品中的多種防腐劑，具有簡便快速、重現(xiàn)性好的特點。苯甲酸、山梨酸等有機酸型防腐劑多采用陰離子交換色譜分離，與氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液組成的淋洗液相容性好，檢測限在0.01～0.05 mg·kg-1。對羥基苯甲酸酯類防腐劑疏水性較強，在反相離子對色譜上分離效果理想，以十八烷基硫酸鈉等為離子對試劑，甲醇-水為流動相，可實現(xiàn)中性、酸性和堿性對羥基苯甲酸酯的同時分離，檢出限在0.05 mg·kg-1以下。

樣品前處理是防腐劑檢測的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。對于飲料、醬油等液態(tài)樣品，可直接稀釋后上樣或簡單過濾除去懸浮顆粒。而肉制品、水果罐頭等固體樣品需勻漿后提取，提取方法主要有液-液萃取、固相萃取、超聲輔助提取等。例如，在山梨酸的提取中，固相萃取明顯優(yōu)于液-液萃取，C18填料對山梨酸的保留效果最佳。超聲輔助提取可縮短提取時間、提高提取效率。樣品凈化過程中，還需注意選擇性地去除共提物，如蛋白質(zhì)、脂肪和色素，避免其干擾離子色譜分析。

3.2 甜味劑檢測

合成甜味劑是食品工業(yè)中應(yīng)用廣泛的一類添加劑，常見品種包括糖精鈉、安賽蜜、三氯蔗糖、阿斯巴甜等。這些甜味劑大多屬于強極性物質(zhì)，水溶性好，不易通過反相液相色譜直接分離測定。離子色譜技術(shù)可有效克服這一局限，實現(xiàn)甜味劑的靈敏檢測與定量分析。

陰離子交換色譜是測定甜味劑的理想方法[4]。以氫氧化鉀溶液為淋洗液，采用梯度洗脫方式，可在單次進(jìn)樣中實現(xiàn)9種甜味劑的分離測定，電導(dǎo)檢測器的檢出限為0.05～0.25 mg·L-1。這種方法操作簡便，重現(xiàn)性好，適合甜味劑的常規(guī)檢測。含氮甜味劑如糖精鈉還可采用陽離子交換色譜分離，再結(jié)合脈沖安培檢測，可進(jìn)一步提高靈敏度，檢出限可低至

0.6 μg·L-1。離子色譜-安培檢測聯(lián)用技術(shù)在痕量甜味劑分析中極具應(yīng)用潛力。

由于甜味劑在食品基質(zhì)中含量較低，濃度水平一般在mg·kg-1以下，因此離子色譜分析前需對其進(jìn)行有效富集和凈化。①固相萃取是甜味劑樣品前處理的首選方法，與傳統(tǒng)的液-液萃取相比，固相萃取操作更簡單，易實現(xiàn)自動化，且萃取效率高，可顯著降低基質(zhì)效應(yīng)。在固相萃取填料的選擇上，聚合物吸附劑因具有較強的疏水保留能力和專一性而備受青睞。FASt-RP-1是一種典型的疏水性聚合物吸附劑，萃取甜味劑后，可通過控制洗脫條件，選擇性地洗脫目標(biāo)物，獲得令人滿意的凈化和富集效果，為后續(xù)的離子色譜分析奠定基礎(chǔ)。②近年來，分子印跡聚合物吸附劑的應(yīng)用日益廣泛，其專一識別能力為復(fù)雜基質(zhì)中目標(biāo)物的選擇性富集提供了新的思路。通過合理設(shè)計模板分子和功能單體，可制備出對特定甜味劑具有專一親和力的分子印跡聚合物。這類吸附劑與甜味劑分子在結(jié)構(gòu)和電荷分布上高度匹配，因而對目標(biāo)物具有超高的選擇性，可最大限度地消除復(fù)雜基質(zhì)的干擾。

3.3 著色劑檢測

人工合成著色劑因具有色澤鮮艷、穩(wěn)定性好、成本低等優(yōu)點，在食品工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。常用的合成著色劑主要有玉紅、檸檬黃鋁色淀、日落黃、胭脂紅、赤蘚紅等。這些著色劑大多為水溶性較好的磺酸衍生物，非常適合用離子色譜法檢測。通過比較，陰離子交換色譜被證實是分離檢測合成著色劑的理想方法。采用弱堿性淋洗液如氫氧化鈉，并適度調(diào)節(jié)pH值和離子強度，可實現(xiàn)20余種水溶性著色劑的基線分離。結(jié)合二極管陣列檢測器在430～600 nm波長范圍內(nèi)掃描，檢出限可達(dá)0.05～0.50 mg·L-1。

著色劑樣品預(yù)處理程序相對簡單。液體樣品直接過濾，固體樣品加熱回流提取后過濾即可上樣。需要注意的是，在提取色素時應(yīng)控制加熱溫度和時間，避免色素分解。此外，采用Cl-或OH-型陰離子交換填料，可直接分析未經(jīng)預(yù)處理的著色劑混合物。

離子色譜法具有分離能力強，選擇性好，定量準(zhǔn)確等特點，非常適合極性和離子型食品添加劑的測定。與傳統(tǒng)分析方法和其他色譜技術(shù)相比，離子色譜分析食品添加劑操作更簡單，靈敏度和精密度更高，可同時測定多組分，檢測限一般在0.01～

1.00 mg·kg-1。根據(jù)添加劑的理化性質(zhì)，選擇合適的固定相、淋洗液和檢測器，并優(yōu)化樣品前處理條件，可獲得令人滿意的檢測結(jié)果。

然而，離子色譜在食品添加劑檢測中仍存在一些局限和挑戰(zhàn)?；|(zhì)效應(yīng)是普遍存在的干擾因素，某些食品（如肉制品、乳制品）基質(zhì)復(fù)雜，共提物難以完全去除。建立基質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)曲線、使用保護(hù)柱、縮短進(jìn)樣時間、優(yōu)化梯度洗脫等，可在一定程度上減輕基質(zhì)效應(yīng)。此外，雖然離子色譜的檢測靈敏度較高，但對某些添加劑（如β-胡蘿卜素）的檢出限還有待改善。采用大體積進(jìn)樣、柱后衍生、聯(lián)用更靈敏的質(zhì)譜檢測器是今后發(fā)展的重點方向。

4 離子色譜法在食品添加劑檢測中的優(yōu)化策略

4.1 樣品前處理優(yōu)化

樣品前處理是離子色譜分析的重要環(huán)節(jié)，直接影響檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性。食品基質(zhì)復(fù)雜多樣，含有大量蛋白質(zhì)、脂肪、糖類等干擾成分，因此樣品前處理的關(guān)鍵是有效去除基質(zhì)干擾，提高目標(biāo)物的提取效率和選擇性。

①對于液態(tài)樣品，如飲料、醬油，可采用稀釋過濾法去除懸浮顆粒和大分子物質(zhì)。稀釋倍數(shù)需要根據(jù)添加劑濃度和基質(zhì)情況進(jìn)行優(yōu)化，既要滿足檢測限的要求，又要盡量減少基質(zhì)效應(yīng)。若稀釋后的樣品中仍存在干擾，可進(jìn)一步采用固相萃取、液-液萃取等方法凈化。②固態(tài)樣品（肉制品、水果罐頭等）需先均質(zhì)，再提取目標(biāo)添加劑。提取方法的選擇應(yīng)綜合考慮添加劑的理化性質(zhì)和基質(zhì)特點。例如，酸性添加劑（糖精、山梨酸等）可用水或稀酸提取，而脂溶性添加劑（丁基羥基茴香醚等）則需要用有機溶劑（乙醚等）提取。

此外，超聲輔助提取可顯著縮短提取時間、提高提取效率。為進(jìn)一步凈化提取液，可采用固相萃取、凝膠滲透色譜等方法去除共提物。固相萃取是食品添加劑樣品凈化的首選方法，根據(jù)添加劑的極性，可選擇硅膠、C18、陰離子交換樹脂等填料。優(yōu)化洗脫溶劑的種類和用量，可選擇性地洗脫目標(biāo)物，去除基質(zhì)干擾。例如，在硝基糖精鈉的固相萃取中，用

0.2 mol·L-1氫氧化鈉溶液洗脫，回收率可達(dá)95%。

4.2 色譜分離條件優(yōu)化

固定相是實現(xiàn)離子色譜分離的核心，其表面官能團(tuán)的種類和密度直接影響目標(biāo)離子的保留行為。常用的固定相有硅膠基質(zhì)、聚合物基質(zhì)等，表面接枝季銨鹽、磺酸基團(tuán)，分別用于陰離子和陽離子的分離。根據(jù)添加劑的電荷性質(zhì)，選擇合適的固定相是首要步驟[5]。例如，有機酸型防腐劑（山梨酸、苯甲酸等）多用陰離子交換柱分離；而胺類抗氧化劑，如丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯，則需用陽離子交換柱。

淋洗液組成直接影響離子交換平衡，進(jìn)而影響目標(biāo)物的保留時間和分離度。常見的淋洗液有氫氧化鈉、碳酸鈉、甲酸等，可根據(jù)分析物的酸堿性和檢測器的適用性進(jìn)行選擇。淋洗液濃度過低，交換容量不足，保留時間長；濃度過高則易產(chǎn)生基線漂移，降低靈敏度。優(yōu)化淋洗液的pH值、離子強度和有機相比例，可顯著改善色譜峰形，提高分離效率。例如，在安賽蜜、糖精鈉等甜味劑的分析中，以20 mmol·L-1氫氧化鈉為淋洗液，并適當(dāng)調(diào)節(jié)pH值至11～12，可在20 min內(nèi)實現(xiàn)7種甜味劑的基線分離。

柱溫也是影響離子色譜分離的重要參數(shù)。適度升高柱溫，可顯著提高離子交換動力學(xué)指標(biāo)，縮短分析時間；但溫度過高，則會引起淋洗液黏度下降，柱效降低，同時也加劇硅膠基質(zhì)的溶解。因此，在選定固定相和淋洗液后，有必要對柱溫進(jìn)行優(yōu)化。一般情況下，柱溫控制在30～40 ℃為宜。

此外，進(jìn)樣量、流速等參數(shù)也會影響離子色譜分離特性，應(yīng)根據(jù)檢測限和分離度的要求進(jìn)行優(yōu)化。減小進(jìn)樣體積和增大流速有利于提高柱效，但可能導(dǎo)致靈敏度下降。采用聚焦淋洗和梯度洗脫技術(shù)，可在不影響分離度的前提下，進(jìn)一步縮短分析時間。

4.3 檢測方式優(yōu)化

檢測器的選擇是離子色譜分析的另一個關(guān)鍵因素，直接關(guān)系到檢測的靈敏度和選擇性。①電導(dǎo)檢測器是應(yīng)用最廣泛的離子色譜檢測器，適合無紫外吸收的無機離子和有機酸的分析，且價格低廉，使用方便。但電導(dǎo)檢測容易受淋洗液背景的干擾，靈敏度和選擇性有限。②紫外-可見吸收檢測器可提供更好的選擇性，但僅適用于有共軛結(jié)構(gòu)的添加劑，如山梨酸、苯甲酸等。合理選擇檢測波長，可有效提高靈敏度，避免基質(zhì)干擾。例如，在對羥基苯甲酸酯類防腐劑的分析中，選擇256 nm作為檢測波長，可獲得最佳的信噪比和檢測限。③安培檢測器對電活性物質(zhì)，如硝基糖精鈉、山梨酸鉀等，具有優(yōu)異的靈敏度和選擇性，檢出限可達(dá)ng·L-1水平。但安培檢測器價格昂貴，且需要配備特殊的電解池和參比電極，使用不夠方便。此外，安培檢測對淋洗液中的有機相比例較為敏感，需要優(yōu)化洗脫條件以保證基線的穩(wěn)定性。④近年來，離子色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)得到迅速發(fā)展，可實現(xiàn)食品添加劑的定性定量分析。質(zhì)譜檢測器具有高靈敏度和高選擇性的特點，尤其適合復(fù)雜基質(zhì)中痕量添加劑的檢測。電噴霧離子化（Electrospray Ionization，ESI）是最常用的離子源，可軟電離水溶性添加劑分子，并與三重四極桿、飛行時間等質(zhì)量分析器聯(lián)用，提供豐富的結(jié)構(gòu)信息。例如，采用離子色譜-ESI-MS/MS技術(shù)，可在10 min內(nèi)同時測定食品中60余種添加劑，檢出限在0.01～10 μg·kg-1，且基本不受基質(zhì)干擾。

5 結(jié)語

食品添加劑種類繁多，在食品工業(yè)中發(fā)揮著不可替代的作用。然而，添加劑的濫用可能危害消費者健康，科學(xué)監(jiān)管添加劑的使用量勢在必行。離子色譜法憑借高效分離、靈敏檢測、簡便易行等優(yōu)勢，已成為食品添加劑檢測的重要技術(shù)手段。只有不斷創(chuàng)新，優(yōu)化分離檢測方案，提高分析水平，才能更好地發(fā)揮離子色譜在食品添加劑檢測中的作用，為食品安全提供有力保障，維護(hù)消費者權(quán)益。在科技工作者的共同努力下，離子色譜法必將在食品添加劑檢測領(lǐng)域取得更大的突破和進(jìn)展。

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