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离子色谱在饮用水及食品分析中的应用研究

2022-04-25 来源:我们爱旅游
第42卷第7期 2014年4月 广州化工 Vo1.42 No.7 Apr.2014 Guangzhou Chemical Industry 离子色谱在饮用水及食品分析中的应用研究 潘灿盛,李维嘉,吴凌涛,张飞 (中国广州分析测试中心,广东省分析测试技术公共实验室,广东 广州 510070) 摘 要:离子色谱是一种新型液相色谱分析技术。自20世纪70年代问世以来,离子色谱技术有了迅速的发展,其应用领 域也由最初的无机阴阳离子分析拓展到更宽的范围。本文综述了离子色谱法的应用和发展,重点介绍了离子色谱在饮用水及食品 方面的应用现状,并对其应用前景进行展望。 关键词:离子色谱;饮用水;食品;应用 中图分类号:0657.7 文献标志码:A 文章编号:1001—9677(2014)07—0033—03 Research on Ion Chromatography Technologies Applied in Drinking Water and Food PAN Can—sheng,LI Wei—jia,W Ling—tao,ZHANG Fei (China National Analytical Centre,Guangdong Provincial Public Laboratory of Analysis and Testing Technology,Guangdong Guangzhou 5 10070,China) Abstract:Ion chromatography(IC)was a new type of liquid chromatography method.Since it was come out in 1 970s,great improvement was made,the application field was also extended from the initial inorganic anion and cation analysis to much wider range.The application and development of IC technologies were reviewed,where applications of IC were described respectively in drinking water and food.Finally,the possible development of IC in the future was forecasted. Key words:ion chromatography;drinking water;food;application 离子色谱法(Ic)是液相色谱(HPLC)的一个分支,是美国 Small等在1975年发展起来的一项新的液相色谱技术,具有前 处理简单、试样用量少,灵敏度高、选择性好,可同时测定多 组分和分析不同化合价态,易实现自动化等优点,弥补了常规 化学方法和其他仪器分析手段的不足 I2 。目前在分析测试技 统化学法对比,离子色谱法具有操作简单、准确和灵敏,能同 时测定多种离子等优势,成为实验室检测饮用水阴离子的首选 方法 。针对检测要求更高的净水产品,罗志彬等采用抑制电 术中发展迅速,其研究已从最初的检测无机阴阳离子发展到有 机离子的测定。近年来,离子色谱法在饮用水及食品检测的应 用十分广泛,主要体现在饮用水中常规无机阴阳离子及多种消 毒副产物,各类食品中的有机酸、胺类与其他有机碱、糖类等 导离子色谱法测定净化处理水中的痕量阴离子,突破了水负峰 及相邻离子干扰的难题_4 J。林华影等采用离子色谱法,免去复 杂的前处理过程直接进样,13 min内同时测定饮用水中Li 、 Na 、NH;、K 、Ru 、cs 、Mg2 、Ca2 、s 、B 等10种 无机阳离子,具有操作简便,干扰小,灵敏度高,线性范围 宽,结果准确等优点 。 方面,本文主要阐述离子色谱在以上两个领域的重要应用。 1.2检测消毒副产物 在我国公共水供应系统处理饮用水时要加入消毒剂处理以 1 离子色谱在饮用水分析中的应用 1.1检测常规无机离子 随着人民群众生活水平的不断提高和健康意识的逐步增 强,公众对饮用水的关注程度也不断提高。判断饮用水是否安 全,就是判断水中的无机阴阳离子的种类及其含量是否符合要 求。离子色谱是目前检测饮用水中无机离子的首选方法。对无 机阴离子的检测是离子色谱发展较早,也是目前最成熟的离子 保护人体健康,常用到的是二氧化氯、氯胺和氯气。经比较由 于二氧化氯消毒效果较好,因此主要被用于饮用水消毒。但是 在消毒过程中,会产生如亚氯酸盐(CIO;)、氯酸盐(CIO;)和 卤代乙酸(HAAs)等对人体健康不利的消毒副产物。前两种化 合物因会在动物体内生成过氧化氢,造成溶血性贫血等疾病。 而卤代乙酸(HAAs)中以二氯乙酸(DCAA)、三氯乙酸(TCAA) 含量最高,致癌风险大,其致癌风险分别是三氯甲烷的50倍 和100倍 J。此外,我国的瓶装饮用水有部分会采用臭氧消 色谱检测方法。其中对饮用水中氟、氯等卤素阴离子,及氮、 硫酸根的检测,传统化学法分别有离子选择电极法、硝酸银容 量法、麝香草酚分光光度法和铬酸钡分光光度法(热法),与传 0.5 作者简介:潘灿盛(1985一),男,本科,主要从事离子色谱研究和应用。 毒,一旦水中存在溴离子,即会产生消毒副产物溴酸盐 (BrO;),研究表明,当人们终生饮用含溴酸盐为5.0 L或 L的饮用水时,其致癌率分别为l0 和10~。《生活饮 广州化工 2014年4月 用水标准检验方法》GB/T 5750—2006规定亚氯酸盐和氯酸盐 的检验方法是碘量法和离子色谱法,碘量法检出限较高;卤代 乙酸采用液液萃取衍生气相色谱法,操作繁琐、衍生试剂具有 苯乙胺和亚精胺 。 食品中营养成分的测定对于营养指标的满足、生产工艺的 实现以及产品质量的控制都是十分重要,如婴儿食品中的胆 毒性。钟新林采用高容量的IonPae AS19阴离子交换色谱柱, 碱。胆碱在心血管和肝健康中发挥着重要作用,促进脑发育和 以OH一作为淋洗液,降低背景电导和噪音,通过优化实验条 提高记忆力,增强体质。测定胆碱含量,传统的方法有高氯酸 件,建立了大体积直接进样,离子色谱分析饮用水中上述5种 非水滴定法、雷氏盐质量法、雷氏盐比色法等 J,从选择 消毒副产物的分析方法-,J。该法快速简便、分离效果好、准确 度高、检出限低,利用HAAs的阴离子电化学特性达到检测目 专一性和排除基体干扰的角度来看,均不如现行的国家标准 GB/T 5413.20—1997《婴幼儿配方食品和乳粉胆碱的测定》中 的,避免了HAAs的衍生化,安全实用。 2离子色谱在食品分析中的应用 2.1检测有机酸 有机酸广泛存在于食品当中,是食品主要的呈味物质,有 机酸种类及含量直接影响食品的品质,同时指示储存食品是否 变质,因此有机酸的检测对食品生产过程中质量控制和其流通 环节里质量把关有着重要意义。常规有机酸分析一般采用容量 法测定,但该方法样品处理操作繁琐,时间长,易受干扰,且 只能测定食品中的总酸度。目前国内对食品中有机酸的测定方 法主要有高效液相色谱法(HPLC)和离子色谱法(Ic),前者检 测采用吸光光度法,但由于羧基的吸收波长在205 niTl附近, 容易受到夹杂成分的影响,需根据具体样品要求进行复杂前处 理,难以满足低含量有机酸的检测需求。而离子色谱法采用抑 制电导检测器对有机酸的灵敏度较高,比低波长uV检测器约 高1O倍,对食品中痕量有机酸检测有明显的特点。王海蓝等 利用离子色谱法对贮存期间菠萝果实中的有机酸进行有效分离 并测定,实验中分析了菠萝果实中两种主要有机酸柠檬酸和苹 果酸,两者的含量和峰面积比值之间呈良好的线性关系,相对 标准偏差为0.65%~0.81%,为研究采后菠萝的风味特征和贮 藏加工提供参考依据 。Wang等采用固相萃取加上抑制性电 导检测离子色谱法,对乳制品中苯甲酸进行检测,排除共存有 机物质的干扰 。董乐等结合离子色谱与恒电位法联用方法对 苹果汁中有机酸进行检测分析,25 小体积进样,检出限可 达到0.20 g/L,此方法选择性强、灵敏度高。适合于对果汁 中有机酸含量的定量检测 。 2.2检测胺类与其他有机碱 胺类广泛存在于生物界,具有极重要的生理活性和生物活 性。生物胺是一类含氮的脂肪族或杂环类中低相对分子质量有 机碱的总称,常存在于动植物体内及多种食品尤其是发酵食品 (如奶酪、葡萄酒、啤酒、米酒、发酵香肠、调味品),水产品 和肉类产品中。生物胺是人体内的正常活性成分,在生物细胞 中具有重要的生理功能,适量摄入能够有效调节机体内的生理 活动,过量则会引起不良的副反应,严重的还会危及生命。生 物胺往往是在食品腐烂或发酵过程中产生 。由此可见,生物 胺是评价水产品、肉类制品鲜度,衡量酒类、乳制品生产过程 中卫生条件好坏的一个重要指标。A.L Cinquina等通过电导检 测离子色谱法完成对鱼组织中非衍生生物胺的分析,与脉冲积 分安培检测法相比,具有提取简便,峰形尖锐等优点 。 Brian M.De Borba等提出采用抑制电导,简单快速地测定酒精 饮料里的腐胺,尸胺,组胺,胍丁胺,苯乙胺,亚精胺,精 胺,该方法具有良好的灵敏度(0.004—0.08 mg/L),可应用于 评估储存时间和条件对酒精饮料中生物胺的影响 13]。针对新鲜 和加工肉类,G.Saccania等使用IonPae CS17阳离子交换柱, 离子色谱一质谱联用(IC—MS)的方法,同时测定包括新鲜、 腌制、煮熟和发酵肉制品中的尸胺,腐胺,组胺,胍基丁胺, 采用的酶反应显色分光光度计法,但酶的价格较高,影响检测 成本。通过抑制型电导阳离子交换色谱法测定婴幼儿配方奶粉 中胆碱含量就是一条新思路,该法选择性好,干扰少,最低检 出量达0.1 mg/L 19 J,同时良好的检出限也是高效液相色谱法 测定婴儿食品中胆碱的重要补充方法 。 2.3检测糖类 糖类是人体重要的营养素和能源物质,人体及动物的器官 和个体活动所需的能量主要靠食物中的糖类(特别是淀粉)供 给。糖类是许多食品和饮料的重要组成部分,自卫生部发布首 个预包装食品营养标签国家标准《预包装食品营养标签通则》 以来,所有食品必须在食品的最小包装上标出营养标签,包括 碳水化合物(即总糖)的含量,糖类分析显得尤为重要。由于糖 类化合物的紫外吸收很弱,示差折光检测法的灵敏度不足,糖 类的定量分析一直是分析化学的一个难点。在高pH条件下, 使用高效阴离子交换色谱一脉冲安培检测法测定糖类,是糖类 分析的一项突破性进展 。薛晓锋等利用此法分析了蜂花粉与 蜂王浆中的葡萄糖、果糖、蔗糖和麦芽糖,以CarboPac PAl0 分析柱为色谱柱,采用NaOH/NaAc为流动相,上述4种糖可 以得到很好的分离 。李仁勇等不需预先衍生和复杂样品前处 理,直接测定几种常见类型酱油中阿拉伯糖、半乳糖、葡萄 糖、木糖、果糖及蔗糖,其检出限为2—8 g/L,单、双糖在 图谱里分离效果好,灵敏度高,结果满意 。Guignard C等将 高效阴离子交换色谱一质谱法(HPAEC—MS)应用于植物中碳 水化合物的分析,证明了糖醇、单糖、双糖和低聚糖同时测定 的可能性 。由此可见,离子色谱法在食品里糖类的定性和定 量分析起了关键作用,推动人们对糖类的研究。 3 结语 离子色谱是近年来发展快速的一项分析技术,在饮用水 及食品分析中,它能分离测定无机阴、阳离子,还能测定有 机酸、胺类、糖类等,同时它还具有高灵敏度、选择性好、 高效便捷、无污染等优点。科技日益进步,离子色谱及其相 关技术的应用和发展也不断提升。样品前处理技术的改进, 高性能离子色谱柱的研制,高灵敏度检测器的开发,与其他 检测手段(如质谱、原子吸收)的联用等方面将会是今后离 子色谱的主要发展方向,且有着广阔的发展前景。可以相信, 离子色谱有望在食品分析领域乃至分析化学领域发挥越来越 重要的作用。 参考文献 [1] Small H,Stevens T,Bauman W.Novel ion exchange chromatographic method using eonduetimetric detection[J].Anal Chem,1975,47(11): l801—1809. 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