離子色譜技術在食糖檢驗中的應用探討

倪雪華

南通市通州區疾病預防控制中心，江蘇南通 226300

當前食糖檢測領域中，主要采用了3種離子色譜技術，即離子排斥色譜技術、高效離子交換色譜技術、離子對色譜技術，此3種技術各自性能、功能、針對領域、最終結果均存在一定的差異性，但在部分層面上也保持著一些相同點，該文將主要圍繞這3種離子色譜技術進行分析。

1 基礎理論

在離子色譜技術的高效離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜3種技術方面，其柱填料樹脂骨架相同均為苯乙烯—二乙烯基苯共聚物，但不同點在于不同的技術的樹脂離子交換功能的容量各存在差異[1-2]。具體分析來看，高效離子交換色譜主要采用低容量0.01～0.50 mmol/g的離子交換樹脂；離子排斥色譜主要采用高容量3～5 mmol/g的樹脂；3種離子色譜技術的機理方面，同樣存在不同，具體分析來看：高效離子交換色譜技術主要以離子交換作為機理，而離子排斥色譜、離子對色譜的機理分別為離子排斥、基于吸附和離子對的形成[3-4]。為了更詳細的了解該3種技術，下文對其進行逐一分析[5-6]。

①離子交換色譜。離子交換色譜其原理原理在于：在流動相與固定相的離子交換基因的過程當中，提取其中所發生的離子交換，進而通過離子交換色譜能夠有效的實現無機、有機物質當中的陰離子、陽離子的分離[7-8]。在傳統的離子交換色譜中應用當中，通常會采用60～200目的樹脂粒度，柱子長度為10～50 cm，進而在此基礎上，通過驅動流動相的上下移動得出最終研究式樣，在收集之后即可開始檢測。此外，離子交換色譜因為自身柱子的離子交換容量較高，所以為了洗脫樣品的離子，流動相通常會采用濃電解質[9-10]。

②離子排斥色譜。離子排斥色譜主要由空間排阻、Donnan排斥、吸附過程3個方面組成其機理。在應用當中，首先離子排斥色譜的應用范圍主要在于無機弱酸、有機酸、糖類等分離[11-12]。該色譜的優點十分明顯，即能夠在在高的酸性介質中實現弱無機酸、有機酸的分離。其次，離子排斥色譜同樣存在缺點，其Donnan排斥具有不能被離解的機理，所以在洗脫時會導致完全離解的酸被洗脫[13]。而離子排斥色譜的優點同樣十分明顯，其中未離解的化合物不會被Donnan排斥，所以其中完全離解的酸能進入樹脂的內微孔，其分離的實現主要需建立非離子性相互作用下。此外，因為離子排斥色譜的分離柱相較于其他兩種技術較大，所以其分離柱所用的填充，往往在粒度方面存在高容量的特點，主要材料方面通常為苯陽離子交換樹脂，或者聚苯乙烯—二乙烯基[14-15]。

③離子對色譜。首先對離子對色譜的原理進行分析，其原理主要在于：在高交聯度、高比表面積中的分子量大的基礎上，實現反相離子與抑制型電導檢測相互結合，如此就能夠實現食糖中含有疏水性陰陽離子進行分離，其中最為有效的應用離子為帶局部電荷的大分子[16]。該文主要采用化學抑制型電導和紫外分光相關儀器對離子對色譜的檢測器。其中主要以化學抑制型電導儀器為主，因此類儀器的檢測項目主要設計脂肪羧酸、磺酸鹽和季銨離子。

2 離子色譜工作原理

離子色譜儀在結構方面與大分類液相色譜方面相同，都是由輸液系統、進樣系統、分離系統等組成。但將離子色譜儀與液相色譜儀相比，離子色譜儀的輸液系統上存在一定的差異，離子色譜儀輸液系統主要由流動相容器、脫氣裝置、高壓輸液泵等裝置組成。在實際應用離子色譜時，必須重視其輸液系統的流量穩定性、高耐壓性、高耐腐性等等特性才算合格，而進樣系統方面，主要包含了進樣器，合格要求與輸液系統相同。

3 離子色譜的檢測方法及優點

3.1 離子色譜的檢測方法

離子色譜是現代食糖檢測當中，應用最為廣泛的一種液相色譜技術，但基于食糖產的多樣化，離子色譜的檢測技術也可被分為許多種類，例如抑制電導檢測法、直接電導檢測法、紫外吸收光度法等。而這些方法雖然在應用層面上存在一定的差異，但也存在一個共同點，其均是建立于電化學、光化學、其他多種分析儀器聯用的方法。

3.2 離子色譜的優點

離子色譜的應用在食糖檢測當中之所以廣泛，主要是因為其能夠對食糖的陰離子、短碳鏈有機酸進行有效分析，分析結果可以說明離子色譜是當前最為有效的分析方法；其次，食糖的成分當中，具有很多沒有吸光基團的化合物，而此類化合物因為無法吸光，所以在傳統的紫外檢測當中，其并不能對紫外光進行反應，所以不能采用紫外光方法進行檢測，也說明了紫外光檢測具有一定的局限性，但采用高效液相檢測方法，能夠突破紫外檢測的局限性，其應用范圍更加廣泛，但其依舊需要將紫外光作為前置工作，所以也無法使用，此時就體現出離子色譜對食糖檢測的針對性與廣泛性。

4 離子色譜在食糖檢驗上的應用

4.1 食糖無機陰陽離子應用

食糖無機陰離子是對食糖可食用性檢測的重要工作階段，在傳統的化學分析方法基礎上，此工作階段往往需要耗費大量的時間與人力，同時傳統方法的試劑用量大、靈敏度差，使得工作難度提高，并且在最終的檢驗結果上也存在一定的不準確性。而在離子色譜的應用之下，基于離子色譜的靈敏度高、可同時檢測多種陰離子的特性，能夠有效避免傳統方法的諸多弊端。

具體應用方面以白砂糖為例，采用離子色譜對白砂糖中的二氧化硫進行檢驗，首先對白砂糖進行處理，之后將對分析柱進行配置，主要參考傳統紫外光技術，將IonPacAS11離子交換柱作為分析祝。之后為了進行梯度洗脫，該文將采用氫氧化鈉作為淋洗液，并在洗脫之后對白砂糖進行抑制電導檢測工作，在上述工作完成之后，以確保檢驗結果以保留時間定性，進而方便之后的外標法定量。通過此階段的檢驗，得出下列分析結果如下。

①檢測結果的峰值達到0.10～50 mg/kg時，說明白砂糖中的二氧化硫濃度較高，此時數值會與峰面積線性關系，此時基于以往研究的結果，可以得知在一般情況下，線性關系的相關系數為0.999 4，而該文的研究當中并沒有出現異常所以符合標準；檢出限為0.30 mg/kg；白砂糖的回收率在97.0%～102.0%之間。

將國標方法規范數值與離子色譜的檢驗結果相互比較可以發現，兩者檢驗結果基本一致，說明離子色譜檢驗的有效性，但是因為部分如赤砂糖、紅糖、冰片糖等食糖產品，其本身的顏色較深，對該類食糖采用國標法來進行檢驗，時常會在二氧化硫在比色過程中，出現顏色的干擾現象，導致檢驗的不穩定性，而在離子色譜法基礎下，其能夠有效避免此類干擾，確保檢驗的穩定性，從而實際檢驗整體上體現出更加準確的結果。

無機陰離子是發展最早，也是目前最成熟的離子色譜檢測方法，能夠針對食糖樣品的水相樣品進行有效檢測，檢測范圍在于樣品成分的氟、氯、溴等鹵素陰離子、硫酸根、硫代硫酸根、氰根等陰離子，因此，具備廣泛應用于食糖食用安全的質量控制。

無機陰離子交換柱通常采用帶有季胺功能團的交聯樹脂或其他具有類似性質的物質，常見的陰離子交換柱如Metrosep A supp 4-150，A supp 5-250等。常用的淋洗液為Na2CO3和NaHCO3按一定比例配置成的稀溶液，改變淋洗液的組成比例和濃度，可控制不同陰離子的保留時間和出峰順序。

4.2 在食糖中有機物方面的分析應用

離子色譜在食糖檢驗中應用廣泛，能夠以多種應用形式來對食糖不同成分進行檢測，并能夠突破傳統方法的常規無機離子的分析方式局限性，從多個方面確保檢測結果的全面性，由此說明離子色譜應用結構豐富具有良好的多面性。在實際應用上，離子色譜除了對食糖化學成本進行分析以外，還能對食糖當中部分有機物化合物進行分析。一般情況下，食糖類中化合物對于紫外光的吸收能力很弱，所以傳統技術對糖類的分析十分困難。但在離子色譜基礎上，能夠采用陰離子交換色譜，來執行脈沖安培檢測法對食糖類進行測定，其產生結果同樣具備較高的可靠性。

4.3 食糖葡萄糖、果糖方面的應用

各種食糖中的果糖、葡萄糖的含量，是食糖的主要成分，也是檢驗食糖可食用性的重要指標，如果通過離子色譜對食糖中的、葡萄糖進行測定，具體步驟如下。

①對食糖中的Na、OH成進行梯度淋洗，淋洗只要通過淋洗液即可完成；②淋洗之后食糖內的果糖、葡萄糖成分，會有哪位CarboPacTMPA1O柱的作用下完成分離，通過該文的測定，確認分離時間為35～40 min。將該文測定結果與以往研究對比，以往研究標準為葡萄糖、果糖的進樣25 μL，S/N=3且均具有較寬的線性范圍(0.1～100 mg/L)，樣品測定的相對標準偏差在 0.3%～3.8%之間，加標回收率在95.8%～101.0%之間。

5 離子色譜技術的最新發展

離子色譜的應用廣泛，因此，對其研究也十分多樣化，當前離子色譜最具代表性的研究發展方向為：電化學技術結合新型高分子材料，并且該類方法在各項領域當中已得到廣泛的應用。舉例分析如下：

①電化學自再生抑制器電解法用于離子色譜抑制，此方法具有較高的便捷性，其只需要通過水即可制配出滿足抑制器的再生液，在此前提下，即可通過水電解的方式來生產H+、OH-。此外，該方法抑制器的電導抑制，并不需要通過額外的再生液就能完成。

②免化學試劑的離子色譜。免化學試劑的離子色譜可以被分為RFIC-EG和RFIC-ER兩個種類。其中RFIC-EG的差異在于淋洗液，其淋洗液僅通過純水就能制造，之后通過泵來進行梯度淋洗即可，其便捷性較高。并且因為RFIC-EG只采用純水，所以不同于傳統，此方法可以有效的降低泵使用時的污染。但RFIC-EG因為結構過于簡單，其過程當中會受到空氣中CO2的干擾，進而導致OH-的基線穩定性不足等現象，但RFIC-EG因為自身所產生的KOH濃度較高，因此具備被電流控制的高相性，所以在梯度淋洗的難度上較低。此外，RFIC-ER的梯度淋洗具有在線自動再生的機制，其每次配制的淋洗液，都可以長期使用，根據統計普遍使用時長為4周，并且只需要作一次校準曲線。

6 結語

該文主要對離子色譜技術在食糖檢驗中的應用探討，首先對離子色譜的基礎理論進行了概述，得知當前離子色譜的3種應用，即為離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜，并對這3種應用進行了詳細分析。之后介紹了離子色譜的工作原理，再對離子色譜的檢測方法及優點進行了闡述。針對食糖檢測領域，該文介紹了此領域的離子色譜技術應用方法，主要包括食糖無機陰陽離子應用、在食糖中有機物方面的分析應用、食糖葡萄糖、果糖方面的應用3個方面，最終針對現代離子色譜的發展水平，分析了電化學自再生抑制器電解法用于離子色譜抑制、免化學試劑的離子色譜兩者發展方向。