離子色譜技術在食品工業(yè)中的應用

高等儀器分析在工業(yè)分析中的應用-離子色譜技術在食品工業(yè)中的應用摘要：隨著現(xiàn)代科學技術的不斷發(fā)展、分析領域的不斷需求和知識理論的不斷更新。越來越多的分析儀器被研制出來，幫助人們分析、處理、解決一些實際生產(chǎn)中所遇到的問題。目前，儀器分析技術在工業(yè)分析、藥品分析、食品分析等各個領域發(fā)揮了重要的作用。其中色譜技術在現(xiàn)代工業(yè)分析中的應用極為廣泛。離子色譜法是液相色譜法的一種，是利用離子交換原理和液相色譜技術測定溶液中陰離子和陽離子的一種分析方法。離子色譜分析方法具有快速簡便、高靈敏度、選擇性好的特點，自問世以來發(fā)展迅速，己經(jīng)廣泛應用于環(huán)境監(jiān)測、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)藥、工業(yè)、食品等領域。目前已成為分析化學領域中發(fā)展最快的分析方法之一。離子色譜法以多組分同時測定的突出優(yōu)點成為食品中陰離子、離子型化合物分析的理想方法，對具有營養(yǎng)學、衛(wèi)生學意義的食品成分及食品添加劑安全的研究有不可估量的作用。近年來，離子色譜法作為官方標準方法的數(shù)目越來越多，食品分析已成為目前離子色譜法的主要應用研究方向之一。本文將對離子色譜技術在食品工業(yè)中的應用進行簡要的介紹。Abstract: With the continuous development of modern science and technology, constantly demand in the field of analysis and the theory of knowledge constantly updated. More and more analytical instruments have been developed to help people analyze, handle and solve some problems encountered in the actual production. At present, the instrument analysis technique in industrial analysis, pharmaceutical analysis, food analysis and other fields play an important role. The chromatograph technology has extensive application in modern industry analysis. Ion chromatography is a kind of liquid chromatography, which is a kind of analysis method of using the principle of ion exchange and liquid chromatography determination of anions and cations in the solution. Ion chromatographic analysis method is simple and easy, high sensitivity, good selectivity, fast, since the advent of rapid development, has been widely used in environmental monitoring, agriculture, biological medicine, industry, food industry, etc. It has become one of the fastest development in the field of analytical chemistry analysis method. Ion chromatography method for simultaneous determination of multicomponent outstanding advantages become ideal methods of anions, ionic compounds in food analysis, for nutrition, hygiene significance of food ingredients and food additives safety research has an immeasurable role. In recent years, ion chromatography as an official standard method is introduced more frequently and food analysis by ion chromatography has been one of the main application. The application of ion chromatography in food industry will be introduced briefly in this article.關鍵詞：離子色譜，食品分析，離子交換，應用Keywords: Ion Chromatography, Food analysis, Ion-exchange, application一、引言離子色譜法（簡稱IC）是二十世紀七十年代發(fā)展起來的一項高效液相色譜技術，不僅靈敏度高，快速簡便，能實現(xiàn)多種離子的同時分離，而且還能將一些非離子性物質轉變成離子性物質后測定。目前，離子色譜法已被用于無機陰、陽離子和有機酸、堿的測定，覆蓋面包括了周期表中絕大多數(shù)元素1，已在能源、環(huán)境、地質、醫(yī)藥等領域得到廣泛應用2-3。由于IC的基本理論已大體成熟，因此近年來國際上IC的研究主要集中在應用方面，首先是擴大IC的應用范圍，其次是使分析方法向標準化和簡便化方向發(fā)展4。有關離子色譜在食品領域中的應用也有報導5，但研究的廣度和深度還遠遠不夠。隨著IC分離和檢測手段的不斷豐富，樣品前處理手段的相應改進，IC在食品分析領域中必將發(fā)揮更重要的作用。二、離子色譜法概述1.離子色譜法的定義和發(fā)展離子色譜(IC)是高效液相色譜的一種，是利用被測物質的離子性進行分離和檢測的一種新的液相色譜技術。離子色譜是基于離子性化合物與固定相表面離子性功能基團之間的電荷相互作用來實現(xiàn)離子性物質分離和分析的色譜方法。20世紀40年代，科學家將顆粒粗大且不均勻的離子交換樹脂用于離子性物質的分離，但分離效果差、耗時長，無法對柱流出物進行連續(xù)檢測。60年代末，使用高壓泵輸送強電解質作為流動相，但背景電導很高，無法用電導檢測器區(qū)別流動相中的淋洗離子和待測離子。1975年，Small等人6成功地解決了用電導檢測器連續(xù)檢測柱流出物的難題，建立了一種新型的使用自動電導計檢測的離子交換色譜法。這篇報導是一個重要的里程碑，因為它第一次使普通的無機陰離子和有機陰離子的迅速分離和測定成為可能?！半x子色譜”的概念由此誕生。Small等人將第二支柱子(后來成為抑制柱)連接在離子交換分離柱后，通過在抑制柱中的化學反應，于測定所分離的離子前，將淋洗液轉變成弱電導成分，流動相背景電導降低，從而獲得高的檢測靈敏度。1979年，Gjerde等人7提出了用弱電解質作流動相，將電導檢測池直接連接于分離柱之后，不用抑制柱就可以用電導檢測器直接檢測。這種不使用抑制柱的離子色譜法叫做非抑制型離子色譜法或單柱離子色譜法。使用抑制柱的離子色譜法叫作抑制型離子色譜法或雙柱離子色譜法。從離子色譜問世到現(xiàn)在，已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。由最初的常見無機陰離子的分析，發(fā)展到已經(jīng)成為在無機和有機陰、陽離子分析中起重要作用的分析技術。1990年，配合物離子色譜法被應用于復雜基體中痕量金屬離子的測定。90年代脈沖安培檢測技術被應用于氨基酸及糖類等生物化合物的分析。1999年，黃源等8提出了一種新穎離子色譜法不完全抑制電導檢測離子色譜法，與抑制型色譜法相比，檢測信號有較大提高，尤其適用于弱酸根的檢測。近年來，離子色譜發(fā)展的一項重大突破是淋洗液在線發(fā)生器的研制成功和商品化，使得不用化學試劑只用水的離子色譜成為可能9，將離子色譜分析技術發(fā)展到了前所未有的高度。2.離子交換色譜法的分離原理10離子交換色譜的主要分離機理是離子交換，是基于離子交換樹脂上可離解的離子與流動相中具有相同電荷的溶質離子之間進行的可逆交換，依據(jù)這些離子對交換劑有不同的親和力而被分離11。離子交換色譜的固定相是離子交換劑，其功能基團具有固定的電荷。流動相中帶相反電荷的離子會接近功能基，使功能基保持電中性。交換劑可分為陽離子交換劑和陰離子交換劑。在陰離子交換色譜中，常用帶季按鹽離子交換功能基的陰離子交換樹脂。在陽離子交換色譜中，常用帶磺酸離子交換功能基的陽離子交換樹脂。當離子交換位置上的可離解離子被溶質離子置換，溶質離子會傾向與被功能基的電荷所保留。不同的樣品離子因與固定相的作用力不同而在色譜柱上的保留時間不相等，因此不同的離子在通過色譜柱后可得到分離。交換劑由固定的離子基團和可交換的平衡離子組成。當流動相帶著組分離子通過離子交換柱時，組分離子與交換劑上可交換的平衡離子進行可逆交換，最后達到交換平衡，陰陽離子的交換平衡可表示為：陽離子交換：R+Y- + X- = R+X- + Y-陰離子交換：R-Y+ + X+ = R-X+ Y+R+、R-為交換劑上的固定離子基團，如RSO3-或RNH3+；Y+、Y-為可交換的平衡離子，可以是H+、Na+或OH-、Cl-等；X+、X-為組分離子。組分離子對固定離子基團的親和力強，分配系數(shù)大，其保留時間長反之，分配系數(shù)小，其保留時間短因此離子交換色譜是根據(jù)不同組分離子對固定離子基團的親和力的差別而達到分離的目的。3.離子色譜儀10離子色譜儀主要由流動相輸送系統(tǒng)、進樣器、色譜柱、檢測器及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等部分構成。下圖是瑞士萬通公司生產(chǎn)的一款離子色譜儀的基本構成圖。流動相輸送系統(tǒng)一個完整的流動相輸送系統(tǒng)應該由流動相容器、脫氣裝置、梯度洗脫裝置和輸液泵四部分組成。為了使儀器耐酸堿和有機溶劑，必須使用不銹鋼、聚四氟乙烯或玻璃等材料制造。色譜柱中的填料顆粒細小，而且是在高壓下填充的，流動相流經(jīng)色譜柱時會產(chǎn)生很大的阻力，儀器系統(tǒng)一般需要維持數(shù)兆帕的柱進口壓力來提供合適的流速。盡管多數(shù)分析柱最初使用時通常只有數(shù)兆帕的壓力，但隨著使用時間的增長，柱壓會逐漸增大，且考慮到個別體系及其他原因引起的壓力增加，設計時的儀器耐壓上限必須更高。進樣器進樣器是將樣品溶液準確送入色譜柱的裝置。分為手動和自動兩種方式。進樣器要求密封性好，死體積小，重復性好，進樣時引起色譜系統(tǒng)的壓力和流量沙動要很小。現(xiàn)在的液相色譜儀所采用的手動進樣器幾乎都是耐高壓、重復性好和操作方便的閥進樣器。六通閥進樣器是最常用的，進樣體積由定量管確定，常規(guī)離子色譜法中通常使用的是10L，20L和50L體積的定量管。操作時先將閥柄置于采樣位置，這時進樣口只與定量管接通，處于常壓狀態(tài)，用微量注射器（體積應大于定量管體積）注入樣品溶液，樣品停留在定量管中。將進樣器閥柄順時針轉動至進樣位置時，流動相與定量管接通，樣品被流動相帶到色譜柱中。色譜柱色譜柱是實現(xiàn)分離的核心部件，要求柱效高、柱容量大和性能穩(wěn)定。柱性能與柱結構、填料特性、填充質量和使用條件有關。在離子色譜柱中，不同的離子性物質與填料表面的離子功能基團的相互作用力不同，因此，被淋洗離子頂替下來的難易程度不同，于是被流動相洗脫出色譜柱的時間不一樣，即不同性質離子的保留時間不同，依次流出色譜柱進入檢測器。不同的分離方式所使用的柱填料的性質不同。檢測器檢測器是用來連續(xù)監(jiān)測經(jīng)色譜柱分離后的流出物的組成和含量變化的裝置。它利用被測物的某一物理或化學性質與流動相有差異的原理，當溶質從色譜柱流出時，會導致流動相背景值發(fā)生變化，從而在色譜圖上以色譜峰的形式記錄下來。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)又稱化學工作站，所有分析過程都可以在線顯示，數(shù)據(jù)可以自動采集、處理和儲存。如果設置好有關分析條件和參數(shù)，可以自動給出最終分析結果。工作過程離子色譜儀的工作過程是：流動相輸送系統(tǒng)（高壓輸液泵）將流動相以穩(wěn)定的流速（或壓力）輸送至分析體系，在色譜柱之前通過進樣器將樣品導入，流動相將樣品帶入色譜柱，在色譜柱中各組分被分離，并依次隨流動相流入檢測器，抑制型離子色譜則在電導檢測器之前增加一個抑制系統(tǒng)，即用另一個高壓輸液泵將再生液輸送到抑制器，在抑制器中，流動相的背景電導被降低，然后將流出物導入電導檢測池，檢測到的信號送至數(shù)據(jù)系統(tǒng)記錄、處理或保存。非抑制型離子色譜儀不用抑制器和輸送再生液的高壓泵，儀器的結構相對簡單和便宜。4.離子色譜的優(yōu)點11離子型化合物的測定是經(jīng)典分析化學的主要內(nèi)容之一。對無機陽離子的分析來說，原子吸收光譜法（AAS）、電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）、X射線熒光分析法等都是快速靈敏的分析方法。而對陰離子的分析來說，在離子色譜法出現(xiàn)前一直沿用傳統(tǒng)的化學分析方法，如容量分析法、重量分析法、光度分析法等。這些方法操作步驟冗長費時，靈敏度低而且有干擾，且不能實現(xiàn)多組分的同時分析測定。離子色譜法的誕生對陰離子的分析產(chǎn)生了革命性的影響。一般而言，離子色譜法具有以下的特點：分析快速、方便現(xiàn)代科學研究、產(chǎn)品質量控制要求的分析樣品數(shù)量不斷增加，分析速度越來越重要。一般而言，離子色譜分析一個樣品平均需要約10min。樣品只需作簡單的溶解、稀釋和過濾，減化了制樣過程。近年來，不斷開發(fā)出高柱效的離子色譜柱，6個常見的無機陰離子（F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-和SO42-）在5min內(nèi)可以完全分離，并實現(xiàn)同時定量分析。離子色譜法使用方便。如基于電解原理的在線淋洗液發(fā)生器12-13，避免了淋洗液與空氣的接觸，只使用工作站的鼠標就可得到所需準確濃度的無污染KOH的淋洗液。選擇性好 離子色譜選擇性主要由分離和檢測系統(tǒng)來決定。離子色譜中固定相對選擇性的影響較大。對固定相的研究一直是IC的熱點問題，每年都會有新的分離柱推出14。通過選擇合適的分離模式和檢測方法，可以獲得較好的選擇性。首先，一定的分離模式只對某些離子有保留，如在分離含有機物的食品或生物樣品時，IC可以較好地避免有機物的干擾。在使用抑制型電導檢測時，可以通過抑制器將被測離子的反離子（如測NaCl中Cl-時，Na+是反離子，測NH4NO3中NH4+時，NO3-是反離子）分別與H+或OH-交換進入廢液，只有與被測離子帶相同電荷的離子有響應。采用溶質特性檢測器也可大大提高選擇性，如采用紫外檢測，Cl-沒有紫外吸收，而NO3-和NO2-有響應。在柱后衍生化法中，可以通過衍生化試劑與待分析的某類離子的選擇性反應來實現(xiàn)選擇性分析。檢測靈敏度高離子色譜分析濃度范圍為g/Lmg/L。進樣量在50L時，無機陰離子和陽離子的檢出限在10g/L左右，采用預濃縮技術，檢測下限可以達到ng/L級。檢測靈敏度的提高常與選擇性的改善有關，如用IC與電感耦合等離子體一質譜(ICP-MS)聯(lián)用15：對砷，鉛，錫，汞，鉻，斕系元素，磷，硫，釩和鎳的檢測限分別為20，0.2，2，7，20，1，400，7000，110，和30ng。對陰離子IO3-，BrO3-，Cl-，ClO3-，Br-，I-的檢測限16分別為25ng碘，0.8ng溴和36ng氯。與ICP-MS法相比，柱后衍生反應也是提高檢測靈敏度的方法。例如基于I-對次氯酸鹽與雙二甲胺二苯甲烷之間反應的催化效應，對I-的檢測限達0.02ng17。多離子同時分析IC的主要優(yōu)點是同時檢測樣品中的多種成分。在20min左右，易實現(xiàn)10個以上離子的同時分離?，F(xiàn)在同時實現(xiàn)無機離子和有機離子，離子和非離子極性化合物，陰離子和陽離子等不同類型離子的分離已不再困難。另外，離子色譜法的峰面積工作曲線的線性范圍一般有23個數(shù)量級，所以含量相差數(shù)百倍甚至上千倍的不同離子也可以實現(xiàn)一次進樣同時準確定量。離子色譜柱的穩(wěn)定性好、容量高色譜柱的穩(wěn)定性取決于柱填料的類型。離子色譜法中使用最多的是有機聚合物作基質的填料。這種新型柱填料具有高pH穩(wěn)定性，在有機溶劑中穩(wěn)定?？捎糜袡C溶劑清洗色譜柱的有機污染物以延長柱子的使用壽命。高的pH穩(wěn)定性和有機溶劑可匹配性以及高的柱容量，簡化了樣品前處理過程。三、離子色譜法在食品工業(yè)分析中的應用10-11隨著生活水平的不斷提高，人們對飲食的要求也越來越高。大量的科學研究和實驗事實證明，食品中含有的某些微量元素對人體是有害的。如茶葉中的福、鉛等金屬元素對人體有毒。飲料中的防腐劑和其他添加劑與人體的健康也有密不可分的關系18。鑒于此，離子色譜在食品成分測定和食品安全監(jiān)測方面起著不可估量的作用。相對于在農(nóng)業(yè)、環(huán)境、醫(yī)藥、生物等領域的應用，IC在食品分析中的應用還不夠廣泛。主要原因有：IC對食品樣品的預處理研究的還不夠完善對無機陰陽離子、有機酸、氨基酸等各種離子型化合物在營養(yǎng)學、衛(wèi)生學等方面的意義缺乏深刻的認識；沒有充分利用IC同時分析、形態(tài)分析等方面的特點。近年來這種狀況正在逐步改變。1.無機離子和金屬化合物無極陰離子：食品中無機陰離子的測定對于營養(yǎng)指標的滿足、生產(chǎn)工藝的實現(xiàn)以及產(chǎn)品質量的控制都是十分重要的。IC是目前檢測陰離子的首選方法，可以分析鹵素離子和鹵素含氧酸，氰化物，碳酸鹽，硒、鍺和砷的化合物以及N、P和S的形態(tài)分析，上述痕量離子的檢測是食品分析中的常規(guī)項目。江錦花等19采用抑制型電導檢測，分析了茶葉中F-、Cl-、Br-、NO2-、NO3-、PO43-和SO42-7種陰離子的含量。王靜20等建立了抑制電導檢測-離子色譜法測定魚肉中氟含量的新方法，采用國標GB/T5009.18-2003中擴散復色法對魚肉進行前處理，用自制電化學中和器降低試液的值，適用于生物樣品中微量氟含量的測定。戴九蘭21等建立了菠菜中碘含量的脈沖安培-離子色譜法，該色譜條件同樣適用于土壤浸提液樣品中碘含量的測定。Gaucheron等22采用直流安培-離子色譜法分析測定了牛奶中的微量碘含量。梁春穗等23采用柱后衍生-離子色譜法測定面粉中痕量溟酸鹽的含量，以9.0mmol/LNa2CO3溶液作淋洗液，鄰二甲氧基聯(lián)苯胺鹽酸鹽等為柱后衍生劑，選用高容量柱在450nm波長處檢測。劉軍等24采用離子交換-抑制電導檢測法，建立了測定面粉中溴酸鹽的方法。齊竹華等25采用新型的加速溶劑萃取系統(tǒng)（ASE）提取面包中的BrO3-，用離子交換色譜-電導檢測法進行測定，樣品中的Cl-無干擾。劉勇建等26采用微波濃縮飲用水，Dionex On Guard Ag型前處理柱除掉過量的Cl-等鹵素離子，抑制電導離子色譜法檢測飲用水中的痕量漠酸根和氯酸根，在實際應用中有很大的參考價值。Terri等27采用NaOH作穩(wěn)定劑消除飲用水中的過渡金屬的干擾，脈沖安培-離子色譜法檢測CN-。軟飲料中存在的碳酸鹽為弱酸性，通常選擇電導檢測的離子排斥色譜進行分析。陳青川等采用離子交換和離子排斥色譜法，測定了保健飲料中-羧乙基鍺倍半氧化物（鍺-132），-（a-甲基）羧乙基鍺倍半氧化物和二-(-羧乙基)鍺氫氧化物28；用離子排斥色譜-柱后衍生光度法，測定了保健飲品中的無機鍺和鍺-132，同時對鍺-132在體內(nèi)代謝的可能性作了初步的研究。樣品的測定結果與氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）的結果符合29。Elteren等30在聚合物基質的陽離子交換柱上，使用含離子對試劑3-羧基-4-羥基苯磺酸的流動相分離了陽離子型的砷化合物，在陰離子交換柱上，使用含KH2PO4的流動相分離了陰離子型的砷化合物。朱巖等31使用DIONEX HPI-AS4分離柱，210nm紫外檢測分析了腌肉制品中硝酸根和亞硝酸根的含量，樣品預處理簡單，為腌肉制品中發(fā)色劑的添加提供了參考。施家威等32采用抑制型電導檢測食品中的硝酸鹽和亞硝酸鹽。胡平等33采用固相萃取-色譜法測定乳與乳制品中硝酸鹽。樣品加入適量乙酸沉淀蛋白，離心后取上清液通過DIONEX On Guard II RP固相萃取柱，去除脂肪等疏水性化合物后直接進樣測定。Pizzpferrato等34采用經(jīng)典的Monier-Williams樣品前處理方法，以離子交換色譜-間接紫外光度檢測法測定了食品中的游離型和結合型SO32-。郭麗萍等35采用離子色譜一抑制型電導檢測黃花菜中的SO32-。陳梅蘭等36研究了一種離子色譜柱后衍生直接光度法測定食品中含硫陰離子化合物的方法。Baluyot等37比較了離子色譜法和末端滴定法分析聚磷酸鹽，前者能得到各種鏈長分布的“指紋”圖譜，可用于聚磷酸鹽的鑒定和質量控制。金屬離子：陽離子的測定, 雖然有電感藕合等離子體發(fā)射光譜法、原子吸收分光光度法和離子選擇電極法等, 但離子色譜有同時測定多種陽離子的優(yōu)點, 并能對不同價態(tài)的元素同時測定, 除此之外, 離子色譜測定的范圍擴展到了包括堿金屬、堿土金屬、過渡金屬、稀土金屬元素離子及銨等幾乎所有的無機陽離子。在食品工業(yè)的測定涉及啤酒、奶制品、食品及其加工原料、水。堿金屬和堿土金屬是IC的傳統(tǒng)分析物，不過由于大多數(shù)屬于人體的宏量元素，除鈣以外，在食品中沒有太重要的營養(yǎng)學或衛(wèi)生學意義，因此，近年來測定食品中上述元素的報道不多。采用IonPac CS12分離柱，以15mmol/L甲烷磺酸為淋洗液，通過電導檢驗法可以測定含鈣強化食品中的鈣含量38。采用類似方法還可以測定多種果汁和果泥中的Na+、K+、Mg2+、Ca2+39。王紅偉等40報道了抑制性電導檢測-離子色譜同時測定礦泉水中Li+、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+、和Sr2+離子的方法。劉玉芬等41采用IonPACCS12A陽離子交換色譜柱，抑制型電導檢測器測定了水果中Na+、K+、NH4+、Mg2+和Ca2+含量。趙國良等42使用國產(chǎn)YSC-1陽離子分離柱測定了大豆種皮提取液中的Fe（II）和Fe（III）。呂海濤等43在含有陰、陽離子雙功能基的離子色譜柱上，紫外可見檢測測定了茶葉樣品中的Cu2+、Ni2+、Zn2+、Cd2+、Co2+、Mn2+和Pb2+七種金屬離子。以往IC并沒有用于油脂分析，Buldini等44對這方面的應用進行了嘗試。他們在橄欖油、花生油、豆油、葵花油和人造黃油中加入乙醇和KOH，在50的條件下皂化30min，然后加入H2O2，在85的條件下紫外光解3060min，破壞樣品中的有機介質，最后采用陰離子和陽離子交換色譜法分別測定樣品中的Cl，P，S和Cu，Ni，Zn，Co，Pb，Cd等元素的含量45。2.有機化合物有機酸：在食品工業(yè)中, 某些有機酸的含量是非常重要的質量指標, 準確地測定有機酸已成為食品工業(yè)生產(chǎn)各中間工藝過程一種極為有效的手段。有機酸的分析可以采用陰離子交換法、離子排斥色譜法(HPICE)、流動相色譜法(MPIC)和反相色譜法, 對復雜的試樣, 可將上述各分離法進行組合。如ICE/IC法,IC/ICE法等。采用HPIC法可以測定酒類中的有機酸(甲酸、乙酸、唬拍酸、苯甲酸)、蔬菜中的草酸、三羥基苯甲酸及硝基苯甲酸、飲料中的檸檬酸及其它有機酸、奶制品中的乳酸、丙酮酸及檸檬酸。采用ICE法可以測咖啡液中的丙二酸、馬來酸及檸檬酸等；采用光度檢測法可以測定大豆中的植酸,用HPIC法可進行發(fā)酵液中有機酸的快速分析。食品中有機酸的數(shù)量和性質可以提供有關原材料的來源、微生物生長狀況及加工技術的信息。IC在分析低分子有機酸時，無須復雜的預處理過程，能夠很好地分離和同時檢測多種有機酸。IC分析食品中的有機酸遠不及分析陰、陽離子應用的廣泛。丁玉明等曾在這一領域做過較多工作，如采用陰、陽離子混合床分離柱，以草酸為流動相測定各種飲料中常見有機酸和多種無機離子11。抑制型電導檢測-離子交換色譜及非抑制型電導檢測-離子交換色譜均可對食品中的有機酸進行測定，但如用于檢測多種有機酸的混合物，可通過多檢測器聯(lián)用的方法解決分析物在單一優(yōu)化的分離條件下聯(lián)合洗滌的問題。用離子排斥色譜法可分析30余種常見的水溶性有機酸。肌醇六磷酸：植物中的麟常以肌醇六磷酸（植酸，IP6）的形式存在，在食品加工過程中，IP6可以分解為肌醇一、二、三、四、五磷酸（IP5IP6）。由于IP6的某些異構體起著非常重要的生理作用，因此不僅需要分析IP6類化合物的總量，而且需要了解各種形態(tài)IP6的含量11。1985年，離子色譜首次用于肌醇六磷酸的分析。Phillipy等46使用Dionex AS3成功地分離了含磷化合物與肌醇六磷酸，并通過柱后衍生分光光度法對肌醇六磷酸進行了檢測。氨基酸分析：水解氨基酸的分析, 是現(xiàn)代醫(yī)學、臨床化驗、衛(wèi)生防疫、制藥、食品、飼料及農(nóng)業(yè)部門中心不可少的檢驗手段。雖然目前已有大量的氨基酸分析儀, 但離子色譜法仍不失為一種快速有效的氨基酸分析法。氨基酸分析法一般采用柱后或柱前衍生-熒光光度檢測, 可用于水、食品、飼料中氨基酸的測定。其他有機化合物：在食品分析中，還經(jīng)常涉及糖類化合物、染色劑、甜味劑、生物堿等有機化合物的分析。糖類分析一直是分析化學的一個難點之一。糖類化合物的pKa值一般在1213左右，因此大多數(shù)情況下以NaOH溶液為淋洗液，采用陰離子交換色譜柱進行分離，為了提高檢測靈敏度，采用脈沖安培檢測器檢測11。用IC測定糖漿中的糖分別被國際標準糖分析法委員會(ICUM SA 1994)和國際管理方法委員會(AOAC Method 996.04)列為標準方法。這種方法無需柱加熱，非糖雜質干擾小。Tommaso等47用氫氧化鈉和乙酸鋇作淋洗液，脈沖安培檢測離子色譜法分析了牛奶中的乳果糖。曾文芳等48采用NaOH和CH3COONa混合溶液作淋洗液，脈沖安培檢測，測定了牛奶中的乳糖和乳果糖。離子色譜法也可以對糖類和有機酸進行同時分析測定。朱巖等49建立了在脈沖安培檢測器后串連化學抑制器進行電導檢測的一種新的檢測技術，對多經(jīng)基物質和糖類是很有用的分析方法。生物堿可以在酸性條件下質子化，因此可以用陽離子交換色譜法進行分離測定。Martin等50采用陽離子交換色譜分離和紫外檢測法測定了生咖啡和焙炒咖啡中的胡蘆巴堿。陳青川51等提出了高效離子交換色譜法同時測定咖啡因、可可堿和茶堿的方法。同時分析多種甜味劑的困難在于各種甜味劑的疏水性差別較大，而且有些甜味劑如甜蜜素的紫外吸收很弱。陳青川等采用離子交換色譜梯度洗脫，紫外和電導檢測器串聯(lián)檢測的方法，分離和測定了飲料和食用甜料中的四種人工合成甜味劑(甜味素、甜蜜素、安賽蜜和糖精鈉)和檸檬酸52。食用染色劑一般是分子量較大，疏水性較強的高價有機陰離子，因此分離難度較大。陳青川等53采用高濃度的酸性淋洗液，在疏水性極弱的離子交換色譜柱上，實現(xiàn)了又種染色劑(覓菜紅、亮藍、靛藍、新紅、胭脂紅、日落黃、檸檬黃、誘惑紅)的分離。3.在飲用水分析上的應用水中消毒副產(chǎn)物測定：飲用水在生產(chǎn)中一般都要加入消毒劑，以清除或殺滅病原微生物及其它有害微生物，但會產(chǎn)生鹵素含氧酸、鹵乙酸等多種消毒副產(chǎn)物。世界衛(wèi)生組織和許多國家已制定了飲用水中鹵素含氧酸、鹵乙酸的衛(wèi)生指標54。我國衛(wèi)生部2001 年頒布的生活飲用水水質衛(wèi)生規(guī)范規(guī)定亞氯酸鹽的限值為0.2mg/L，二氯乙酸為0.05mg/L，三氯乙酸為0.1mg/L。張曉健等55報道了飲用水中各種消毒副產(chǎn)物的致癌風險，指出鹵乙酸的致癌風險遠大于三鹵甲烷，并建議將飲用水中鹵乙酸濃度作為控制消毒副產(chǎn)物總致癌風險的首要指標參數(shù)。美國已有多個離子色譜法測定飲用水中鹵素含氧酸鹽的標準分析方法，如EPA300.1、EPA321.8、EPA317.0、ASTMD6581-00等，而我國尚未有此類標準分析方法。陸洋等56報道了利用離子色譜快速測定水中微量鹵化物及鹵素含氧酸的方法, Ionpac AS9-HC陰離子色譜柱，200L進樣量，流動相為9mmol/LNa2CO3，25分鐘內(nèi)同時測定F-、Cl-、Br-、ClO2-、ClO3-、BrO3-、NO2-、NO3-、PO43-和SO42-等十個指標，各離子的檢出限均達到10g/L以下，加標回收率均在87%103%之間,劉勇建等57采用微波濃縮-離子色譜法測定飲用水中的BrO3-，水樣經(jīng)Ag柱和H柱過濾，微波濃縮20倍，以NaOH為流動相，梯度洗脫，在35min 內(nèi)測定了包括BrO3-在內(nèi)的8種離子，BrO3-的檢測限為0.10g/L；另外又報道了IC-MS測定飲用水中BrO3-，有效消除了高濃度氯離子的干擾，檢出限為0.3g/L。鹵代乙酸一般采用液-液萃取衍生氣相色譜法檢測58，方法復雜，且所用衍生試劑有較強毒性，其應用受到較大限制。劉勇建等59建立了采用大體積直接進樣離子色譜法測定飲用水中9種鹵乙酸和6種陰離子的新方法，采用Ionpac AG9HC+AS9HC(4mm)高容量陰離子色譜柱，500L進樣量，流動相為28mmol/LNa2CO3，流速梯度洗脫，35min內(nèi)同時測定15種被測物，其中9種鹵乙酸的檢出限均為g/L級，應用此方法對北京9個自來水廠的源水及出廠水中的鹵乙酸進行了測定，所測水樣中僅含有二氯乙酸和三氯乙酸，其它鹵代乙酸均未檢出。劉勇建、弁世芬報道了IC-MS測定飲用水中鹵乙酸，有效消除了干擾離子的影響，9種鹵乙酸檢出限為0.21.0g/L。水中有機污染物的測定：對飲用水中高氯酸根的研究是近年來的一個熱點。高氯酸根對人體甲狀腺的分泌有較大的影響。美國EPA的飲用水和地表水部門將此陰離子列入污染物侯選表(CCL)中，而加利福尼亞州EPA最新規(guī)定其含量不應超過6g/L60。雖然使用離子色譜-質譜聯(lián)用(IC-MS)法可以提高靈敏度61,62，但昂貴的設備使方法難以普及。P.E.Jackson等63使用Dionex IonPacAS16， EG40自動淋洗液發(fā)生器，1000L進樣量,檢測限達到150ng/L，劉勇建等采用微波濃縮-離子色譜法測定ClO4-，水樣微波濃縮20倍，檢測限0.20g/L。苯胺類化合物是制造染料、藥物的重要原料，也是環(huán)境中的主要污染物之一，離子色譜-安培檢測可以測定苯胺類化合物，以乙腈和硫酸的混合溶液為流動相，梯度淋洗，一次進樣分離2,6-甲苯二胺、2,4-甲苯二胺、苯胺、鄰甲苯胺、聯(lián)苯胺、對氯苯胺、4,4-二氨基二苯甲烷、間硝基苯胺、甲萘胺等9種苯胺類化合物，檢測限分別為3.46、7.25、4.99、7.43、21.21、16.3、2.60、201.47和22.60g/L64。趙俐敏65報道了離子色譜法同時測定水中的鄰硝基苯酚、間硝基苯酚和對硝基苯酚，使用HPIC2AS4A分離柱，淋洗液為10mmol/L亞硝酸鈉，流速1mL/min，紫外檢測波長254nm。相對標準偏差均小于1%，最小檢出限在7.610-4g/L9.310-4g/L。離子色譜還可以對一些農(nóng)藥進行檢測，蔣銀土等66研究了離子色譜法分析三嗪類除草劑莠去津、撲草凈、撲滅通的方法，采用CG212(2mm)分離柱，紫外檢測波長220nm，在0.20mol/LH2SO4+25%CH3CN條件下，得到最佳分離效果，它們的相關系數(shù)r0.99，檢測限均達到g/L級。張培志等報道了植物生長調(diào)節(jié)劑吲哚乙酸和吲哚丁酸的離子色譜電導檢測方法67和除草劑2-甲基-4-氯苯氧乙酸(簡稱2甲4氯)的離子色譜熒光檢測方法68。離子色譜是目前同時測定飲用水中多種陰離子最佳的方法，其具有準確、簡捷、快速等優(yōu)點。對陰陽離子的同時測定的研究也引起人們的興趣。在流動相中加入EDTA，可以使堿土金屬和過渡金屬離子生成穩(wěn)定的絡陰離子，實現(xiàn)與常見陰離子的同時測定69。使用陰離子排斥-陽離子交換色譜法能同時對Cl-、NO3-、SO42-、Na+、NH4+、K+、Mg2+、Ca2+進行測定70。然而，要使陰、陽離子的同時分析達到實用化和普及化的程度，還有許多問題有待解決。離子色譜的一項重大突破是引入電解氫氧根淋洗液發(fā)生器,實現(xiàn)了重現(xiàn)性氫氧根淋洗液的梯度淋洗。而更新型抑制器的出現(xiàn)則實現(xiàn)了碳酸的梯度淋洗。隨著各種新型色譜柱和分離方法的出現(xiàn),以及新的檢測手段,如離子色譜與質譜等各類分析儀器的聯(lián)用,將使離子色譜的使用領域得到擴大,檢測的靈敏度得到更大的提高。隨著離子色譜技術和應用的不斷發(fā)展,在飲用水水質分析中會有更廣泛的應用前景。4.在食品添加劑檢測中的應用食品添加劑是用于改善食品品質、延長食品保存期、便于食品加工和增強食品營養(yǎng)成分一類化學合成或天然物質。其在食品制造加工、包裝處理及感官評定等方面起著很大作用。但市場上使用食品添加劑大多是人工合成物，若超標使用會對人體造成一定危害，會使工眾安全產(chǎn)生恐懼感。就目前來講，我國食品添加劑超標使用、安全問題仍十分突出，因此對食品添加劑進行定性、定量分析檢測便顯得尤為重要。目前常用檢測方法有薄層色譜法、比色法、氣相色譜發(fā)、液相色譜法等，這些方法大多只能間接測定，樣品需經(jīng)蒸餾、萃取、轉化等前處理步驟，操作繁瑣，干擾性大，靈敏度相對較差，且不能同時測定。亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定：亞硝酸鹽是致癌物質亞硝胺前體，亞硝胺可由亞硝酸鹽與仲胺在人的胃內(nèi)合成，而人的口腔和腸道細菌有將硝酸鹽轉化為亞硝酸鹽的能力，因此，硝酸鹽往往表現(xiàn)為亞硝酸鹽毒性。大量攝入硝酸鹽和亞硝酸鹽可誘導高鐵血紅蛋白血癥。孕婦攝入大量硝酸鹽后會引起嬰兒先天畸形71。持續(xù)攝入少量硝酸鹽會引起消化不良、精神抑郁和頭痛72。硝酸鹽和亞硝酸鹽作為食品添加劑，目前還無可替代，因此需要檢測它們在食品中殘留量。目前，測定硝酸鹽方法有很多種，紫外分光光度法、熒光光度法、催化動力學法、極譜法、離子色譜法等，其中離子色譜法測定硝酸鹽方法檢出限為0.130mg/L73。1997年梁敏等74提出用氣相色譜法測定乳粉中硝酸鹽；史華臻75提出硝酸銀選擇電極對乳粉中硝酸鹽直接電位法測定；張卓雅76提出自動循環(huán)錫柱測定乳品中硝酸鹽；而國際上廣泛采用錫柱還原和分光光度分析法測定硝酸鹽。該法經(jīng)多年使用，操作繁瑣費時，浪費大量人力、物力，不適應大批樣品檢測，且使用大量鎘粉容易造成環(huán)境污染。周虹等77報道以碳酸鈉-碳酸氫鈉作淋洗液，在樣品中先后加入醋酸和氫氧化鈉溶液分別脫除蛋白質和脂肪等有機物，直接進樣，用電導檢測-離子色譜法分離測定乳品中硝酸鹽，檢出限達10g/L。朱巖等78報道使用DIONEXHPIC-AS4分離柱，210nm紫外檢測分析腌肉中硝酸根和亞硝酸根方法，檢出限分別為0.1096g/mL和0.1143g/mL，相比操作復雜、費時普通化學方法(鹽酸蔡乙二胺法)，大大提高檢測速度，減少樣品預處理程序，為腌肉制品發(fā)色劑添加提供可靠參考。亞硫酸鹽測定：亞硫酸鹽用途比較廣泛，農(nóng)業(yè)上用作抑制劑，可促進小麥、水稻、玉米、油菜等農(nóng)作物增產(chǎn)，在食品工業(yè)用作食物、果品和飲料防腐劑等，作為食品抗氧化劑，經(jīng)常加入亞硫酸鹽、二氧化硫、硫酸鈉等作為添加劑。由于一些人對它有過敏反應，許多國家嚴格限定其含量。IC法分析食品中SO32-一直是研究熱點，有ICE-脈沖安培檢測法、ICE-單電位或脈沖安培檢測法、ICE-間接紫外光度檢測法和離子交換-紫外檢測法等。1986年, Kim等79報道用酸或堿提取、離子排阻色譜-電化學檢測器(ICE-EC)檢測食品中游離態(tài)和總的亞硫酸鹽方法，后被國際公職分析化學家聯(lián)合會(AOAC)推薦為首選方法。該法用陰離子排阻色譜柱(300mm7.8mm)，配以電化學檢測器，將樣品調(diào)到pH2.0和8.9(分別測游離態(tài)亞硫酸鹽和總亞硫酸鹽)，以100L體積進樣，以5mmol/L的H2SO4溶液(pH2.0，流速0.5mL/min)為流動相，將電化學檢測器的Pt電極設置在+0.40V(Ag/AgCl為參比電極)，測定S(IV)。保留時間為13.4min，可檢測游離態(tài)或總亞硫酸鹽。該法用酸或堿提取，結合ICE-EC檢測方法克服Monie-Williams法將樣品中不可逆結合亞硫酸鹽釋放出所造成正誤差。此外，IEC-EC法快速、方便、實用，檢測限可達0.1mg/kg。離子色譜法還可與脈沖安培計聯(lián)用檢測亞硫酸鹽80。Leubolt等81用高壓液相離子交換色譜法結合電化學檢測器，測定啤酒樣中游離和總的亞硫酸鹽，流動相為含0.001mmol/LNaCl的0.005mol/L硫酸溶液。鐘志雄等82提出用離子交換-電導檢測離子色譜法測定食品中亞硫酸鹽方法，選用IonPac AS9-SC分離柱，1.80mmol/LNa2CO3-1.70mmol/LNaHCO3為淋洗液，外接水自動再生，甲醛作SO32-穩(wěn)定劑，樣品經(jīng)10mmol/LNaOH溶液浸提后，過濾進樣分析，分析檢測限為0.33mg/kg，該法操作簡單、靈敏，不存在電極“中毒”現(xiàn)象。聚磷酸鹽測定：聚磷酸鹽作為食品添加劑有廣泛用途，加入在果汁和罐頭食品中可防風味老化和脫色，這一功能在一定程度上取決于它的鏈長，商品聚磷酸鹽是各種鏈長聚磷酸鹽混合物。Baluyot等83比較離子色譜法和常用末端滴定法分析聚磷酸鹽，前者能得到各種鏈長分布“指紋”圖譜，可用于聚磷酸鹽鑒定和質量控制。三聚磷酸鹽是一種較重要且用量較大食品添加劑，它能調(diào)節(jié)pH值，保持水分，主要用于保持罐頭食品色澤及香味，在飲料中起螯合作用，在熟肉制品中可提高嫩度，改善色澤。按QB1034-91強制性標準需要檢測質量指標84有：含量、五氧化二磷、氟化物、砷、重金屬、氯化物、硫酸鹽、水不溶物等。隨著我國食品工業(yè)不斷發(fā)展, 對磷酸鹽產(chǎn)品質量要求越來越高, 國外對我國出口磷酸鹽產(chǎn)品質量要求也越來越嚴格, 尤其一些國家還要求對我國出口聚磷酸鈉或偏磷酸鈉中正磷酸鹽和焦磷酸鹽含量等指標進行檢測。用經(jīng)典化學法或分光光度法分離檢測上述雜質含量時，存在試劑用量大、環(huán)境污染大、方法繁瑣、費時等問題，且不能同時檢測F-、Cl-、SO42-，正磷酸鹽和焦磷酸鹽等指標。有的項目用經(jīng)典方法檢測靈敏度也不夠高，如樣品中正磷酸鹽和焦磷酸鹽含量極低時，用經(jīng)典方法很難準確檢測，故用原有方法分析多磷酸鹽產(chǎn)品純度已不能滿足需要，需要更簡單、快速、靈敏有效方法替代化學法檢測多磷酸鹽雜質含量。吳玉萍等85采用AS11型陰離子色譜，用NaOH梯度淋洗，流速為1.8mL/min，成功同時測定三聚磷酸鹽中Cl-、NO3-、SO42-磷酸鹽、焦磷酸鈉、三偏磷酸鈉等雜質含量，樣品測定整個過程可在15min內(nèi)完成，各雜質在檢測條件下有很好線性，所測雜質相對標準偏差范圍0.22%8.32%。苯甲酸和山梨酸測定：苯甲酸和山梨酸是食品，特別是飲料中最常見食品添加劑，它們含量對防腐效能和人體毒性關系很大，它們pka均小于7，可用離子色譜法測定其含量。朱巖等86采用抑制離子色譜法測定汽水，可樂等飲料中苯甲酸和山梨酸含量，檢出限分別為0.5g/mL和0.8g/mL，有良好重現(xiàn)性和線性關系，且常見無機離子和有機酸均無干擾。于愛民等87采用自制靜電離子色譜柱，以涂敷兩性表面活性劑膽汁酸鹽的十八烷基鍵合硅膠為固定相，以去離子水為流動相，選用電導檢測器，研究有機酸及其鹽同時分離探討苯甲酸、山梨酸、苯甲酸鈉、山梨酸鉀溶液色譜分離條件及分離機制，并應用于飲料中苯甲酸鈉和山梨酸定量測定。實驗表明，這種以純水為流動相色譜過程，不僅具有快速、簡單、檢測背景干擾小、重現(xiàn)性好等特點，且有效克服二次環(huán)境污染，是一種對環(huán)境友好分析方法。其他食品添加劑測定：陳川青等88采用離子交換色譜梯度洗脫、紫外和電導檢測器串聯(lián)檢測方法，分離和測定飲料和食用甜料中四種人工合成甜味劑甜味素、甜蜜素、安賽蜜、糖精鈉和檸檬酸。郭瑩瑩等89采用淋洗液發(fā)生器陰離子交換-抑制電導檢測法，同時分離和檢測阿思巴甜、甜蜜素、安賽蜜和糖精4種常見甜味劑，由于采用淋洗液發(fā)生器，使背景電導大大降低，實現(xiàn)甜味劑高靈敏度檢測和分離，其檢出限分別為1.27mg、0.045mg、0.033mg、0.063mg/L。陳川青等90采用高濃度酸性淋洗液，通過離子抑制作用，使強極性高價離子有效電荷數(shù)降低，減少分析物與固定相之間離子交換作用并適當加入有機溶劑，減少分析物與固定相之間吸附作用，在疏水性極弱離子交換色譜柱上，實現(xiàn)八種染色劑(莧菜紅、亮藍、靛藍、新紅、胭脂紅、日落黃、檸檬黃、誘惑紅)分離。綜上所述，食品中添加劑痕量成分檢測已日益成為研究重點，IC具有高靈敏度、選擇性好、操作步驟簡單、無污染等優(yōu)點，適合廣泛推廣和應用。隨著計算機技術發(fā)展，多儀器聯(lián)用形式已成為現(xiàn)實。相信不久將來，IC必將在食品添加劑檢測方面發(fā)揮越來越重要作用。四、結束語離子色譜是近年來發(fā)展很快的一項分析技術，其應用范圍已經(jīng)涉及到周期表中的絕大多數(shù)元素。但是相對于其它領域(如環(huán)保)，離子色譜在食品分析中的應用還不太廣泛，而且分析對象多集中在陰離子方面，在現(xiàn)行國標方法中尚未有離子色譜法的應用?？梢韵嘈牛S著研究的深入和儀器的普及，離子色譜法必將在食品分析領域發(fā)揮日益重要的作用。在今后一個時期內(nèi)，IC在食品分析領域中的發(fā)展趨勢可能有以下5個方面: (1)具有明顯營養(yǎng)學和衛(wèi)生學意義的天然食品成分及食品添加劑的分析將更加重要；(2)對堿性化合物的分析，IC 將有可能成為HPLC的一個有益的補充方法，IC與HPLC之間的界線將會逐漸模糊；(3)針對復雜樣品基體的前處理方法研究將有可能成為IC進一步擴大應用范圍的關鍵；(4)IC在工藝分析中的應用將更加廣泛，同時還會出現(xiàn)更多的標準分析方法；(5)IC與光譜、質譜聯(lián)用技術的發(fā)展，將使其在對能與硼氫化物發(fā)生反應的多種元素的形態(tài)分析以及食品中天然成分的鑒定中，發(fā)揮越來越重要的作用。五、參考文獻1陳青川,牟世芬.離子色譜在藥物分析中的應用J藥物分析雜志.1997,17(1);54-582牟世芬，劉克鈉.離子色譜新進展J.環(huán)境化學.1992,11(1);71-803Small H Review.Twenty years of Ion Chromatog