離子色譜法在食品添加劑檢測中的應用研究

金瑞琪

摘 要：食品添加劑在現代食品工業中扮演著重要角色，但某些添加劑的過量使用可能對人體健康產生不利影響。因此，準確、高效地檢測食品中的添加劑含量對于食品安全監管至關重要。離子色譜法以其優異的分離能力、靈敏度和定量準確性，在食品添加劑檢測領域得到了廣泛應用。本文闡述了離子色譜在幾類常見食品添加劑，如防腐劑、甜味劑、著色劑等，檢測中的應用，重點探討了樣品預處理、色譜分離和檢測條件優化等關鍵技術的優化策略，旨在為相關工作人員提供借鑒參考。

關鍵詞：離子色譜；食品添加劑；樣品預處理；檢測；食品安全

Research on the Application of Ion Chromatography in the Detection of Food Additives

JIN Ruiqi

（Foshan University of Science and Technology， Foshan 528225， China）

Abstract： Food additives play an important role in modern food industry， but excessive use of certain additives may have adverse effects on human health. Therefore， accurate and efficient detection of additive content in food is crucial for food safety supervision. Ion chromatography has been widely used in the field of food additive detection due to its excellent separation ability， sensitivity， and quantitative accuracy. This article elaborates on the application of ion chromatography in the detection of several common food additives such as preservatives， sweeteners， colorants， etc. It focuses on exploring the optimization strategies of key technologies such as sample pretreatment， chromatographic separation， and detection condition optimization， aiming to provide reference for relevant personnel.

Keywords： ion chromatography; food additives; sample pretreatment; detection; food safety

食品添加劑是指為改善食品品質和感官特性、延長保質期而加入食品中的人工合成或天然物質。防腐劑、甜味劑、著色劑、抗氧化劑等是食品工業中常用的添加劑種類[1]。適量使用食品添加劑可以有效改善食品的風味、色澤和貨架期，但如果添加過量，則可能危害消費者健康。例如，某些防腐劑攝入過多會導致潰瘍和肝腎損傷；合成著色劑可能引發過敏反應和代謝紊亂；高劑量甜味劑與肥胖、糖尿病的發生存在關聯。因此，科學評估添加劑在食品中的含量，對于規范其使用和保障膳食安全具有重要意義。

1 離子色譜法原理簡介

離子色譜是以離子交換作用為基礎實現物質分離和檢測的一類色譜技術。其基本原理是待測物質的離子與固定相表面的可交換基團發生可逆的靜電吸附，在淋洗液的洗脫作用下，不同離子在色譜柱中的滯留時間不同，從而被分離開來并被檢測器檢出[2]。與液相色譜和氣相色譜相比，離子色譜的分離機制獨特，專屬性更強。常用的離子交換填料主要包括硅膠、聚合物樹脂、氧化鋯等材料，表面接枝季銨鹽、磺酸基團，分別用于陰離子和陽離子的分離。淋洗液的pH值、離子強度、有機相比例等條件影響離子交換的平衡，離子色譜通過優化淋洗液組成來提高目標物的分離度、改善峰形。檢測器是離子色譜的關鍵組成部分，常見的檢測器包括電導檢測器、安培檢測器、紫外可見吸收檢測器等。電導檢測器適合無紫外吸收的離子檢測，安培檢測器可實現電活性離子的靈敏檢測，紫外檢測器則適用于有機酸、芳香胺類添加劑。通過優化檢測波長、加入柱后衍生試劑等方法可進一步提高檢測靈敏度和選擇性。

2 離子色譜儀器

典型的離子色譜儀由進樣器、泵、色譜柱、抑制器、檢測器等部分組成。進樣器引入一定體積的樣品，泵負責輸送淋洗液并精確控制流速，色譜柱是分離發生的場所，分離后的物質進入檢測器被檢出并轉換為電信號。抑制器是離子色譜的特有裝置，可降低淋洗液背景，放大目標物的信號，是實現痕量分析和梯度洗脫的關鍵。根據抑制方式可分為化學抑制、電解抑制等[3]。

離子色譜可分為陰離子交換色譜和陽離子交換色譜。前者固定相帶正電荷，適合檢測無機陰離子和有機酸根離子；后者固定相帶負電荷，主要分析金屬陽離子和有機胺離子。針對不同分析對象，離子色譜在柱溫、柱內徑、填料粒徑等方面有多種規格可選。例如，有機酸分析多采用內徑2～4 mm、填料粒徑5～10 μm的陰離子柱，配以氫氧化鉀淋洗液梯度洗脫；金屬離子分析常用內徑3～5 mm、粒徑5 μm左右的陽離子柱，淋洗液為硝酸等無機酸。近年來，離子色譜技術不斷更新，一些新型離子色譜如抑制型離子色譜、毛細管離子色譜、高壓離子色譜相繼問世。抑制型離子色譜內置抑制裝置，可在線抑制淋洗液，大大簡化了分析步驟。毛細管離子色譜柱采用內徑小于0.5 mm的微柱，可顯著提高靈敏度和分離度。高壓離子色譜則通過超高壓輸液系統提高了分析速度。此外，離子色譜與其他分離技術如毛細管電泳、超臨界流體色譜的在線聯用也充實了離子分析手段。這些新進展極大地拓寬了離子色譜的應用范圍，為食品添加劑檢測注入了新的活力。

3 離子色譜在食品添加劑檢測中的應用

3.1 防腐劑檢測

防腐劑是食品中最常用的一類添加劑，主要包括苯甲酸、山梨酸及其鹽類、對羥基苯甲酸酯類等。離子色譜可同時測定食品中的多種防腐劑，具有簡便快速、重現性好的特點。苯甲酸、山梨酸等有機酸型防腐劑多采用陰離子交換色譜分離，與氫氧化鉀或氫氧化鈉溶液組成的淋洗液相容性好，檢測限在0.01～0.05 mg·kg-1。對羥基苯甲酸酯類防腐劑疏水性較強，在反相離子對色譜上分離效果理想，以十八烷基硫酸鈉等為離子對試劑，甲醇-水為流動相，可實現中性、酸性和堿性對羥基苯甲酸酯的同時分離，檢出限在0.05 mg·kg-1以下。

樣品前處理是防腐劑檢測的關鍵環節。對于飲料、醬油等液態樣品，可直接稀釋后上樣或簡單過濾除去懸浮顆粒。而肉制品、水果罐頭等固體樣品需勻漿后提取，提取方法主要有液-液萃取、固相萃取、超聲輔助提取等。例如，在山梨酸的提取中，固相萃取明顯優于液-液萃取，C18填料對山梨酸的保留效果最佳。超聲輔助提取可縮短提取時間、提高提取效率。樣品凈化過程中，還需注意選擇性地去除共提物，如蛋白質、脂肪和色素，避免其干擾離子色譜分析。

3.2 甜味劑檢測

合成甜味劑是食品工業中應用廣泛的一類添加劑，常見品種包括糖精鈉、安賽蜜、三氯蔗糖、阿斯巴甜等。這些甜味劑大多屬于強極性物質，水溶性好，不易通過反相液相色譜直接分離測定。離子色譜技術可有效克服這一局限，實現甜味劑的靈敏檢測與定量分析。

陰離子交換色譜是測定甜味劑的理想方法[4]。以氫氧化鉀溶液為淋洗液，采用梯度洗脫方式，可在單次進樣中實現9種甜味劑的分離測定，電導檢測器的檢出限為0.05～0.25 mg·L-1。這種方法操作簡便，重現性好，適合甜味劑的常規檢測。含氮甜味劑如糖精鈉還可采用陽離子交換色譜分離，再結合脈沖安培檢測，可進一步提高靈敏度，檢出限可低至

0.6 μg·L-1。離子色譜-安培檢測聯用技術在痕量甜味劑分析中極具應用潛力。

由于甜味劑在食品基質中含量較低，濃度水平一般在mg·kg-1以下，因此離子色譜分析前需對其進行有效富集和凈化。①固相萃取是甜味劑樣品前處理的首選方法，與傳統的液-液萃取相比，固相萃取操作更簡單，易實現自動化，且萃取效率高，可顯著降低基質效應。在固相萃取填料的選擇上，聚合物吸附劑因具有較強的疏水保留能力和專一性而備受青睞。FASt-RP-1是一種典型的疏水性聚合物吸附劑，萃取甜味劑后，可通過控制洗脫條件，選擇性地洗脫目標物，獲得令人滿意的凈化和富集效果，為后續的離子色譜分析奠定基礎。②近年來，分子印跡聚合物吸附劑的應用日益廣泛，其專一識別能力為復雜基質中目標物的選擇性富集提供了新的思路。通過合理設計模板分子和功能單體，可制備出對特定甜味劑具有專一親和力的分子印跡聚合物。這類吸附劑與甜味劑分子在結構和電荷分布上高度匹配，因而對目標物具有超高的選擇性，可最大限度地消除復雜基質的干擾。

3.3 著色劑檢測

人工合成著色劑因具有色澤鮮艷、穩定性好、成本低等優點，在食品工業中得到廣泛應用。常用的合成著色劑主要有玉紅、檸檬黃鋁色淀、日落黃、胭脂紅、赤蘚紅等。這些著色劑大多為水溶性較好的磺酸衍生物，非常適合用離子色譜法檢測。通過比較，陰離子交換色譜被證實是分離檢測合成著色劑的理想方法。采用弱堿性淋洗液如氫氧化鈉，并適度調節pH值和離子強度，可實現20余種水溶性著色劑的基線分離。結合二極管陣列檢測器在430～600 nm波長范圍內掃描，檢出限可達0.05～0.50 mg·L-1。

著色劑樣品預處理程序相對簡單。液體樣品直接過濾，固體樣品加熱回流提取后過濾即可上樣。需要注意的是，在提取色素時應控制加熱溫度和時間，避免色素分解。此外，采用Cl-或OH-型陰離子交換填料，可直接分析未經預處理的著色劑混合物。

離子色譜法具有分離能力強，選擇性好，定量準確等特點，非常適合極性和離子型食品添加劑的測定。與傳統分析方法和其他色譜技術相比，離子色譜分析食品添加劑操作更簡單，靈敏度和精密度更高，可同時測定多組分，檢測限一般在0.01～

1.00 mg·kg-1。根據添加劑的理化性質，選擇合適的固定相、淋洗液和檢測器，并優化樣品前處理條件，可獲得令人滿意的檢測結果。

然而，離子色譜在食品添加劑檢測中仍存在一些局限和挑戰。基質效應是普遍存在的干擾因素，某些食品（如肉制品、乳制品）基質復雜，共提物難以完全去除。建立基質標準曲線、使用保護柱、縮短進樣時間、優化梯度洗脫等，可在一定程度上減輕基質效應。此外，雖然離子色譜的檢測靈敏度較高，但對某些添加劑（如β-胡蘿卜素）的檢出限還有待改善。采用大體積進樣、柱后衍生、聯用更靈敏的質譜檢測器是今后發展的重點方向。

4 離子色譜法在食品添加劑檢測中的優化策略

4.1 樣品前處理優化

樣品前處理是離子色譜分析的重要環節，直接影響檢測結果的準確性和重現性。食品基質復雜多樣，含有大量蛋白質、脂肪、糖類等干擾成分，因此樣品前處理的關鍵是有效去除基質干擾，提高目標物的提取效率和選擇性。

①對于液態樣品，如飲料、醬油，可采用稀釋過濾法去除懸浮顆粒和大分子物質。稀釋倍數需要根據添加劑濃度和基質情況進行優化，既要滿足檢測限的要求，又要盡量減少基質效應。若稀釋后的樣品中仍存在干擾，可進一步采用固相萃取、液-液萃取等方法凈化。②固態樣品（肉制品、水果罐頭等）需先均質，再提取目標添加劑。提取方法的選擇應綜合考慮添加劑的理化性質和基質特點。例如，酸性添加劑（糖精、山梨酸等）可用水或稀酸提取，而脂溶性添加劑（丁基羥基茴香醚等）則需要用有機溶劑（乙醚等）提取。

此外，超聲輔助提取可顯著縮短提取時間、提高提取效率。為進一步凈化提取液，可采用固相萃取、凝膠滲透色譜等方法去除共提物。固相萃取是食品添加劑樣品凈化的首選方法，根據添加劑的極性，可選擇硅膠、C18、陰離子交換樹脂等填料。優化洗脫溶劑的種類和用量，可選擇性地洗脫目標物，去除基質干擾。例如，在硝基糖精鈉的固相萃取中，用

0.2 mol·L-1氫氧化鈉溶液洗脫，回收率可達95%。

4.2 色譜分離條件優化

固定相是實現離子色譜分離的核心，其表面官能團的種類和密度直接影響目標離子的保留行為。常用的固定相有硅膠基質、聚合物基質等，表面接枝季銨鹽、磺酸基團，分別用于陰離子和陽離子的分離。根據添加劑的電荷性質，選擇合適的固定相是首要步驟[5]。例如，有機酸型防腐劑（山梨酸、苯甲酸等）多用陰離子交換柱分離；而胺類抗氧化劑，如丁基羥基茴香醚、二丁基羥基甲苯，則需用陽離子交換柱。

淋洗液組成直接影響離子交換平衡，進而影響目標物的保留時間和分離度。常見的淋洗液有氫氧化鈉、碳酸鈉、甲酸等，可根據分析物的酸堿性和檢測器的適用性進行選擇。淋洗液濃度過低，交換容量不足，保留時間長；濃度過高則易產生基線漂移，降低靈敏度。優化淋洗液的pH值、離子強度和有機相比例，可顯著改善色譜峰形，提高分離效率。例如，在安賽蜜、糖精鈉等甜味劑的分析中，以20 mmol·L-1氫氧化鈉為淋洗液，并適當調節pH值至11～12，可在20 min內實現7種甜味劑的基線分離。

柱溫也是影響離子色譜分離的重要參數。適度升高柱溫，可顯著提高離子交換動力學指標，縮短分析時間；但溫度過高，則會引起淋洗液黏度下降，柱效降低，同時也加劇硅膠基質的溶解。因此，在選定固定相和淋洗液后，有必要對柱溫進行優化。一般情況下，柱溫控制在30～40 ℃為宜。

此外，進樣量、流速等參數也會影響離子色譜分離特性，應根據檢測限和分離度的要求進行優化。減小進樣體積和增大流速有利于提高柱效，但可能導致靈敏度下降。采用聚焦淋洗和梯度洗脫技術，可在不影響分離度的前提下，進一步縮短分析時間。

4.3 檢測方式優化

檢測器的選擇是離子色譜分析的另一個關鍵因素，直接關系到檢測的靈敏度和選擇性。①電導檢測器是應用最廣泛的離子色譜檢測器，適合無紫外吸收的無機離子和有機酸的分析，且價格低廉，使用方便。但電導檢測容易受淋洗液背景的干擾，靈敏度和選擇性有限。②紫外-可見吸收檢測器可提供更好的選擇性，但僅適用于有共軛結構的添加劑，如山梨酸、苯甲酸等。合理選擇檢測波長，可有效提高靈敏度，避免基質干擾。例如，在對羥基苯甲酸酯類防腐劑的分析中，選擇256 nm作為檢測波長，可獲得最佳的信噪比和檢測限。③安培檢測器對電活性物質，如硝基糖精鈉、山梨酸鉀等，具有優異的靈敏度和選擇性，檢出限可達ng·L-1水平。但安培檢測器價格昂貴，且需要配備特殊的電解池和參比電極，使用不夠方便。此外，安培檢測對淋洗液中的有機相比例較為敏感，需要優化洗脫條件以保證基線的穩定性。④近年來，離子色譜-質譜聯用技術得到迅速發展，可實現食品添加劑的定性定量分析。質譜檢測器具有高靈敏度和高選擇性的特點，尤其適合復雜基質中痕量添加劑的檢測。電噴霧離子化（Electrospray Ionization，ESI）是最常用的離子源，可軟電離水溶性添加劑分子，并與三重四極桿、飛行時間等質量分析器聯用，提供豐富的結構信息。例如，采用離子色譜-ESI-MS/MS技術，可在10 min內同時測定食品中60余種添加劑，檢出限在0.01～10 μg·kg-1，且基本不受基質干擾。

5 結語

食品添加劑種類繁多，在食品工業中發揮著不可替代的作用。然而，添加劑的濫用可能危害消費者健康，科學監管添加劑的使用量勢在必行。離子色譜法憑借高效分離、靈敏檢測、簡便易行等優勢，已成為食品添加劑檢測的重要技術手段。只有不斷創新，優化分離檢測方案，提高分析水平，才能更好地發揮離子色譜在食品添加劑檢測中的作用，為食品安全提供有力保障，維護消費者權益。在科技工作者的共同努力下，離子色譜法必將在食品添加劑檢測領域取得更大的突破和進展。

參考文獻

[1]單月梅，姜詩雨，繆雄，等.離子色譜法在食品檢測中的應用研究[J].現代食品，2023，29（22）：83-85.

[2]郭龍偉，趙迎春，姜明俊，等.離子色譜法在檢測標準中的應用現狀及展望[J].現代食品，2023，29（5）：16-19.

[3]林華影，張瓊，盛麗娜，等.離子色譜法同時測定食品中的五種添加劑[J].中國衛生檢驗雜志，2004，14（5）：556-558.

[4]朱海佩，張方方.離子色譜法在食品添加劑檢測中的應用[J].現代食品，2017（8）：59-61.

[5]高慧.離子色譜和液相色譜串聯質譜法測定食品中的添加劑[D].泰安：山東農業大學，2012.