離子色譜技術在食品檢測中的應用

常文亮 肖志偉

現如今，食品安全問題不時發生，尤其是每年3.15曝光的食品安全事件，在社會上引起熱烈反響，嚴重影響到人們對我國食品安全的信心。為了保障食品安全，加大食品安全檢測力度是重要一環。在各種食品檢測技術中，離子色譜技術應用范圍較廣，本文首先闡述了離子色譜技術的類型、優勢，然后簡要概述了該技術在食品檢測中的作用，最后具體介紹了離子色譜技術在食品檢測中的應用。

一、離子色譜技術的類型

離子色譜技術從本質上講屬于高效液相色譜的一種，利用被測物質的離子性，在相關儀器的協助下，分析出陰、陽離子。根據分離機理，離子色譜技術可以分為三種：1.HPIC（高效離子交換色譜），分離機理主要是離子交換;2.HPIEC（離子排斥色譜），分離機理主要是離子排斥，根據Donnon膜排斥效應進行實驗;3. MPIC（離子對色譜），分離機理主要是“吸附和離子對的形成”。其中，高效離子交換色譜在離子色譜技術中應用最為廣泛，采用低交換容量的離子與樹脂（多孔表面層型的物理結構）的交換，以便于快速達到交換平衡，該方法易再生處理。離子排斥色譜交換樹脂為磺化H型陽離子（高交換容量），以稀鹽酸為淋洗液，根據Donnon膜排斥效應，保留弱酸。在離子對色譜檢測中，用于陰離子分離的對離子為烷基胺類，用于陽離子分離的對離子為烷基磺酸類，此方法主要用于疏水性陰離子以及金屬絡合物的分離。

二、離子色譜技術的優勢

利用離子色譜檢測技術，再配合適當方法的淋洗液，通過控制電流和流速，可以檢測LiOH、KOH、KHCO3、NaOH、甲烷磺酸MSA、K2CO3等，若與其他技術聯用，比如燃燒爐-離子色譜聯用系統、紫外-可見光度檢測器的離子色譜法、離子色譜-質譜聯用法等，可以提升檢測靈敏度。

通過這幾年的發展，離子色譜檢測技術的優勢逐漸彰顯：1.可以同時分析多種離子化合物。與HPLC相比，離子色譜法可以選擇合適的分離方式，在分析無機和有機陰、陽離子時，可以綜合利用分離柱和分離方式。2.靈敏度高。離子色譜分析濃度在1μg/L-100μg/L，對常見陰離子的檢出限不會高于10μg/L，利用電導檢測，直接進樣25μL就可以檢測出濃度。3.方便快捷。對于常見的陰離子，如SO42-、PO43-、Cl-、Br-、F-、NO3-、NO2-，常見的陽離子，如K+、Mg2+、Li+、Na+、Ca2+、NH4+，利用離子色譜檢測技術的平均分析時間遠小于其他設備，陰離子最短的檢測時長甚至僅為3min。

三、離子色譜技術在食品檢測中的作用

離子色譜檢測技術可以應用于方方面面，如環境、水質、食品等，對于食品而言，離子色譜檢測技術已經逐漸發展出多種快捷、方便的新方法，對于保證食品安全、判斷食品品質、提升食品摻假分析準確度做出了很大貢獻。比如，依據農藥殘留限量標準，將其與液相色譜-串聯質譜法、高效液相色譜法、氣相色譜法相結合，可以分析出部分食物農殘含量多的主要原因;結合紫外吸收光度法、電化學法、柱后衍生光度法等，可以檢測食品樣品中的多種成分。

如今隨著離子色譜技術的發展，其應用領域越來越寬泛，可以應用到生物胺檢測、有機酸檢測、糖類分析檢測等工作中。比如，以有機酸檢測為例，利用0.5mM H2SO4淋洗液，結合MSM抑制器，就可以測定食品中異丁酸、戊酸、乙酸、丙酸、乳酸的含量，是簡便、有效的分離方法。另外，離子色譜檢測技術還可以將客觀儀器分析與主觀感官評價相結合，了解某種食物、味道、顏色的形成機理，通過GC-Ms、GC-0-MS，可以滿足食品分析物的快速檢測要求。

四、離子色譜技術在食品檢測中的應用

為了探究離子色譜技術的具體應用，本文以食品檢測為例，以離子色譜-質譜聯用技術作為研究對象，分析該技術在測定分析咖啡豆小分子寡糖、典型單糖的含量方面的意義。

一般來講，咖啡豆中的糖分會隨著烘焙時間的延長逐漸轉化為焦糖，與丹寧酸（C76H52O46）互相結合，使咖啡顏色變深，形成我們常見的褐色。而其中寡糖主要指蔗糖、麥芽糖、乳糖等，單糖主要有果糖、葡萄糖等。在常規的檢測分析中，木糖和甘露糖存在相互干擾的問題，分離效果很不理想，阻礙了對成分的進一步分析，定量分析更是難上加難，而離子色譜-質譜聯用技術便可以有效解決這一問題。

1.檢測儀器。糖是一種多羥基醛化合物，具有弱酸性，在pH值為12-14時，在陰離子色譜柱上可實現分離，保留陰離子交換樹脂，在堿性條件下直接進樣分析，可以避免柱后復雜的衍生步驟，比如技術人員可以利用HPLC法，測量小分子寡糖和單糖的含量，利用液相色譜柱，完成二者的分離。HPLC 常配有熒光檢測器、紫外檢測器、示差折光檢測器、電化學檢測器。在本次檢測中，主要利用的離子色譜儀是一款全塑化通用型產品，可以應用于環保、飲用水、肥料、飼料、食品檢測等眾多領域，滿足陰、陽離子及有機酸的分析，主要配置為：

（1）原裝進口全PEEK雙柱塞高壓輸液，適合于pH值為0-14的淋洗液及反相有機溶劑;大壓力≥35MPa，流速范圍：0.001mL/min-9.999mL/min，流量精度：≤0.1%。（2）恒溫電導檢測器，電導檢測量程：0μS/cm-35000μS/cm，分辨率：≤0.0020ns，電導池體積：≤0.8μL，大操作壓力：≥10MPa。（3）樹脂填充式自再生抑制器，不需要任何輔助配件及消耗品，耐壓抗干裂能力強，恒流源電流0-150mA可調。（4）色譜分析柱，定量重復性優于2.0%，線性范圍>103，原裝內置一體式色譜柱恒溫系統，可以兼容更多型號色譜柱，通用性強。

2.檢測方法。（1）配置標準溶液。以葡萄糖為例，稱取樣品0.1g，用去離子水定容至刻度線，準備100mL容量瓶，搖勻后得到標準儲備液，濃度為1000mg/L。在使用時利用18.2MΩ.cm（電阻率）超純水配制標準工作溶液，用去離子水逐級稀釋，實驗樣品規格為0.05mg/L-5.00mg/L，均在4℃下保存。

（2）實驗樣品制備。粉碎咖啡豆樣品，混合搖勻，取0.1g咖啡粉，加入49.90g去離子水，搖勻時間為20min，處理環境為30℃，離心轉速5000r/min，離心時間5min，0.22μm微孔過濾器過濾，經過SPE柱過濾，稀釋后進樣。

（3）調試儀器。KOH淋洗液梯度洗脫程序為：①在保留時間為0.0-20.0min時，流動相濃度為6mmol/L;②在保留時間為20.0-38.0min時，流動相濃度為50mmol/L;③在保留時間為38.0-40.0min時，流動相濃度為6mmol/L。④流速始終為0.38mL/min，再生流速為0.4mL/min，定量環25μL抑制電流為120mA。

質譜檢測條件為：①掃描時間200ms;②阿拉伯糖DP電壓為70V;③葡萄糖DP電壓為60V;④木糖DP電壓為70V;⑤果糖DP電壓為60V;⑥半乳糖DP電壓為45V;⑦蔗糖DP電壓為110V;⑧甘露糖DP電壓為60V;⑨核糖電壓為45V。

采用上述優化方案進樣分析，并分別對葡萄糖、蔗糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖進行檢測。結果如圖1所示。在該條件下測定線性范圍、檢出限（mg/L）、定量限（mg/L），具體數值見表1和表2。

圖1：混合離子色譜-質譜圖

3.分析。通過離子色譜-質譜聯用技術，對葡萄糖、蔗糖、木糖、阿拉伯糖、半乳糖、甘露糖、果糖、核糖進行分析研究，同時測定單糖和寡糖，在一定的質量濃度范圍內，線性相關系數（r）均高于0.999，回收率滿足要求范圍，重復性良好。并且在分析樣品中糖類含量（表2數據）時，該方法能夠很好地將各類單糖及寡糖進行有效分離，排除了各種糖類之間的相互干擾，尤其是解決了木糖和甘露糖之間假陽性的問題，方法簡便、快速、準確、安全、靈敏度更高，與其他檢測儀器相比分離度更好，便于推廣，為檢驗檢測行業提供了新的可能性。

綜上所述，離子色譜檢測技術具有多種優勢，配合多種設備，可以測定食品中農藥殘留量、判定各類食品摻假問題，為食品質量監管提供一定的理論指導。隨著離子色譜技術的發展，各項聯用技術也不斷出現，在食品檢測中發揮出更大的作用，應用前景會越來越廣闊。