離子色譜法在食品中二氧化硫檢測中的應用

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

關鍵詞：二氧化硫；離子色譜；基質效應；衍生化；大體積進樣

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，但若使用不當或過量使用可能會危害人們的身體健康。近年來，我國頒布了相關法規(guī)強化對食品中二氧化硫的管控力度。因此，準確檢測食品中二氧化硫的含量對于保障食品安全、落實法規(guī)政策至關重要[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源性和外源性2大類。內源性二氧化硫是食品自身或加工過程中自然產生的，如葡萄酒和啤酒釀造過程中酵母的代謝會產生少量二氧化硫。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，通常需要對其進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%，以有效抑制產品褐變[2]。同時，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)生超標現象，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)、結合態(tài)等，為二氧化硫的提取與檢測帶來一定的技術挑戰(zhàn)。

2 離子色譜法的原理與優(yōu)勢

離子色譜法是高效液相色譜技術的一種衍生方法，主要是基于待測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。在離子色譜法測定過程中，待測組分經離子交換柱實現分離后，通過抑制電導檢測器去除淋洗液背景，再進入電導池進行檢測。而在抑制器的作用下，淋洗液電導率明顯降低，使目標離子導電信號得以放大，從而實現痕量、復雜樣品中目標離子的靈敏檢測。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形成吸附配對，并在淋洗液作用下實現洗脫分離[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，H+取代K+后導致其轉化成導電性較低的氫氧化鉀溶液，同時亞硫酸根轉化為高導電性的硫酸，從而實現對亞硫酸根離子的特異性識別與靈敏檢測。

3 離子色譜法在食品二氧化硫檢測中面臨的挑戰(zhàn)

3.1 基質干擾導致檢測靈敏度下降

離子色譜法在食品二氧化硫檢測中雖然具有諸多優(yōu)勢，但仍面臨基質干擾導致檢測靈敏度下降的挑戰(zhàn)。食品基質成分復雜，常含有大量的糖類、蛋白質、脂肪等物質。這些物質在樣品前處理過程中難以完全去除，進入色譜柱后易與目標分析物發(fā)生吸附競爭，占據固定相活性位點，從而削弱固定相對目標物的保留能力，導致二氧化硫出峰時，出現變寬、拖尾現象，造成檢測靈敏度下降。以紅酒中二氧化硫檢測為例，由于酒中含有大量酚類化合物，這些極性物質易與亞硫酸根離子在陰離子交換柱上發(fā)生競爭吸附，影響二氧化硫與固定相季銨基的靜電作用，進而導致其在色譜圖上發(fā)生嚴重拖尾現象，降低分離效果[4]。此外，糖類物質與淋洗液堿性組分發(fā)生美拉德反應，產生大量強極性產物，也會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，進而影響檢出限[1]。

3.2 二氧化硫衍生化不完全影響定量準確性

二氧化硫在食品基質中常以游離態(tài)和結合態(tài)形式共存，而離子色譜法只能檢測游離態(tài)的亞硫酸根離子。為實現二氧化硫的全量檢測，需在堿性或酸性條件下將結合態(tài)二氧化硫釋放并衍生為亞硫酸根離子。然而，由于食品基質的復雜性和多變性，會出現衍生化不完全問題，從而造成結合態(tài)二氧化硫轉化率低，影響檢測結果的準確性。以紅葡萄酒為例，酒中的結合態(tài)二氧化硫主要與葡萄酒中的多酚類化合物結合。在進行二氧化硫檢測時，多酚類物質在堿性條件下極易被氧化，且它們與結合態(tài)二氧化硫之間可能發(fā)生競爭反應，進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會增加體系黏度，阻礙衍生反應進行，導致衍生效率下降。盡管可通過提高堿濃度、延長衍生時間等方式促進結合態(tài)二氧化硫的釋放，但衍生液堿度過高易腐蝕色譜柱，而衍生時間過長又可能引入新的基質干擾[2]。這些因素都可能導致衍生化不完全，無法完全檢出結合態(tài)二氧化硫，容易引入系統負偏差，進而高估樣品質量。

3.3 痕量二氧化硫檢出限不足

隨著消費者對食品安全關注度的提升，相關法規(guī)標準對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中的局限性也日益凸顯。由于食品基質中共存物質種類繁多，即便采用高效衍生與分離手段，仍難以有效去除全部基質干擾。而殘留的基質物質進入檢測器后，會提高背景噪聲，降低信噪比，導致二氧化硫檢測靈敏度不足。以干果制品為例，干果制品中普遍存在游離糖、有機酸等極性物質，這些物質在抑制電導檢測模式下極易電離，產生較強的背景信號。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導致淋洗能力不足，出現峰形拖尾現象，而過慢的流速則會延長分析時間，降低檢測通量[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行衍生反應。然而，低溫環(huán)境可能會減緩衍生反應的速率，導致衍生不完全，進一步降低檢測靈敏度。

4 離子色譜法對二氧化硫檢測效果的優(yōu)化對策

4.1 優(yōu)化樣品前處理方法以減少基質干擾

離子色譜法檢測食品中二氧化硫時，優(yōu)化樣品前處理方法是減少基質干擾、提高檢測靈敏度的有效途徑。針對食品基質復雜多變的特點，可采用固相萃取-衍生聯用技術，在線完成樣品凈化與二氧化硫衍生，從而簡化操作步驟，減少人為誤差。以含糖基質為例，可選用親水性強的固相萃取填料如C18硅膠，利用其與糖類物質的親和力，可在低溫條件下實現糖類基質的選擇性保留[3]。同時，利用固相萃取柱對淋洗液的高效分離能力，可實現二氧化硫的在線衍生。與傳統離線衍生方式相比，在線衍生技術可明顯縮短衍生時間，提升衍生效率，同時減少二氧化硫的揮發(fā)損失。衍生后的產物再經色譜柱分離后被檢出，從而有效提高檢測靈敏度。此外，針對酚類等強極性干擾物質，可考慮采用分子印跡聚合物作為固相萃取填料，利用其對目標物質的特異性識別能力，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、交聯劑等的種類與比例，調控印跡空穴的形狀、大小與化學環(huán)境，從而實現對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效應[2]。與普通填料相比，分子印跡聚合物具有識別能力強、選擇性高、重復使用性好等優(yōu)點，可大幅提高樣品的凈化效果，為二氧化硫的準確檢測奠定基礎。

4.2 改進二氧化硫衍生條件確保衍生完全

確保二氧化硫衍生完全，提高檢測準確度，可從優(yōu)化衍生試劑種類與濃度、創(chuàng)新衍生反應體系兩方面著手。傳統的二氧化硫衍生試劑多采用NaOH溶液，但堿性條件易導致部分樣品基質降解，引入新的干擾。因此，考慮采用有機堿如三乙胺作為衍生試劑，這類物質可實現二氧化硫高效衍生。此外，與無機堿相比，有機堿堿性適中，揮發(fā)度低，可有效抑制基質降解，減少分析物損失。同時，衍生試劑濃度也是影響衍生效率的關鍵因素。過低的濃度難以釋放結合態(tài)二氧化硫，而過高的濃度又易引起淋洗液背景升高?？赏ㄟ^正交試驗優(yōu)化衍生試劑濃度，在保證充分衍生的同時最大限度地降低背景干擾。樣品基質的復雜性是衍生不完全的主要原因，可通過改進衍生反應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、水相構成，具有熱力學穩(wěn)定性高、可溶化能力強等特點。將待測樣品、衍生試劑分別溶解于微乳液的不同相區(qū)，利用乳液的動態(tài)可逆性，實現樣品與試劑的快速混合與充分反應[2]。與常規(guī)溶液衍生相比，微乳液衍生可明顯加快反應速率，縮短衍生時間。更重要的是，疏水性物質在微乳液油相的富集作用下，能夠將樣品基質從反應區(qū)分離，從而提高衍生的選擇性。同時，結合態(tài)二氧化硫在微水相環(huán)境中能夠高效游離，避免基質效應引起的競爭反應，大幅提升衍生轉化率。因此，這種創(chuàng)新衍生體系為提高二氧化硫檢測的準確性提供了新的思路。

4.3 采用大體積進樣技術提高檢測靈敏度

離子色譜法檢測痕量二氧化硫時，進樣量是影響檢測靈敏度的關鍵因素。采用大體積進樣技術，可在不改變色譜柱參數的前提下，將進樣量提高1～2個數量級，以達到降低檢出限、提高檢測靈敏度的目的。然而，大體積進樣對儀器性能提出了更高的要求。進樣體積的增加意味著更多的樣品基質被引入色譜系統，易導致色譜柱堵塞，縮短色譜柱使用壽命。因此，大體積進樣通常需與在線固相萃取等樣品凈化技術聯用，以確保進入色譜柱的目標組分得到有效富集。以果酒中二氧化硫檢測為例，可采用聚合物整體柱作為萃取柱與分析柱串聯使用。使樣品中的二氧化硫在聚合物萃取柱上被選擇性保留，而極性基質被洗脫排除。當二氧化硫富集一定量后，萃取柱切換至分析流路，二氧化硫經反洗脫進入分析柱實現分離檢測，有效避免了大體積基質的直接進樣。聚合物整體柱具有高度交聯的三維網狀結構，具有保留容量大、進樣體積靈活可調等特點，非常適用于大體積進樣。不同于常規(guī)的保護柱，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。基質洗脫與目標物富集可通過優(yōu)化萃取柱填料極性、萃取流速等參數實現自動化操作，減少人工干預，進而保證分析結果的穩(wěn)定性與重現性。聯用技術的建立須基于對樣品基質和目標物理化性質的深入分析，一經確立便可實現高通量、全自動化分析，為檢測痕量二氧化硫提供了強有力的技術支持，確保了分析的效率和準確性。

5 結語

本文在系統分析離子色譜法技術特點的基礎上，提出了一系列優(yōu)化對策，包括創(chuàng)新樣品前處理方法、改進二氧化硫衍生條件、采用大體積進樣等。綜合應用上述策略，有望提高二氧化硫的檢測靈敏度與準確度，為食品安全監(jiān)管提供可靠的技術支撐。

參考文獻

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作者簡介：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。