（农产品加工及贮藏工程专业论文）免试剂离子色谱在饮料分析中的研究.pdf

华中农业大学学位论文独创性声明及使用授权书 。 学位论文 否如需保密，解密时间年 月日 是否保密 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得华中农业大学或其他教育机构的学位或证书 而使用过的材料，指导教师对此进行了审定与我一同工作的同志对本研究所做的任 何贡献均已在论文中做了明确的说明，并表示了谢意 研究蚴旁众氏 帆：嘶年s 胭日 学位论文使用授权书 本人完全了解“华中农业大学关于保存，使用学位论文的规定”，印学生必须按 照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存提交论文的印刷版和电 子版，并提供日录检索和阅览服务，可以采用影印，缩印或扫描等复制手段保存。汇 编学位论文本人同意华中农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表传播学位论 文的全部或部分内容 注：保密学位论文在解密后适用于本授权书 学位论文作者张旁客氏导师鲐毒韩矗 签名日期：2 0 0 6 年5 月2 9 日签名日期：2 0 0 6 年5 月2 9 日 注：涛将本表直接装订在学位论文的扉页和目录之间 华中农业大学硕士学位论文 中文摘要 饮料或矿泉水中的阴阳离子、防腐剂、甜味剂、碘的分析方法很多，有原子吸 收、紫外可见光谱法、荧光光谱法、酶法、气相色谱法以及高效液相色谱法等近 年来，离子色谱技术发展较快，在硬件上的一项突破是“只用水”，淋洗液在线发生 器与自动再生抑制器结合，只需高纯水就可完成分析是一项绿色的分析技术本文 试图利用这项最新发展的免试剂离子色谱技术，应用于饮料和矿泉水中常规分析物 的测定，建立了连续、快速、简易和准确的分析方法。结论如下： l 、采用淋洗液发生器、i o n p a cc s l 6 阳离子交换柱、离子抑制电导检测同时测 定了矿泉水中的七种阳离子l i + ，卜k l + ，n h 4 + ，k + ，m 矿+ ，c a 2 + ，s p 的含量。七种 阳离子的最小检出限在0 2 肛g l - 1 1 p l 之间，线性方程的相关系数均大于o 9 9 4 3 ， 线性关系良好，峰面积和峰高的r s d ( n = 8 ) 分别在2 3 1 和2 0 1 以内，样品加标 回收率在9 4 o 1 0 3 1 之间；研究了抑制条件和阳离子捕获柱对测定的影响；固定 淋洗液浓度，改变抑制器电流，发现电流的大小对一价阳离子峰形和响应影响不大， 而对二价阳离子影响较大，4 0 m a 的抑制电流可获得最小相对标准偏差和最大峰响 应；实验表明阳离子捕获柱能有效降低背景电导和基线漂移，提高测量重现性；此 外，还对阳离子抑制机理进行了初步探讨，推导了阳离子响应电导和抑制电流强度 关系式，从关系式看出，一定条件下，抑制电流会直接影响峰响应 2 、建立了淋洗液发生器电导抑制离子色谱测定饮用中溴酸根的方法。该法采用 高容量阴离子色谱柱i o n p a c a s li h c 为分离柱，自动淋洗液发生器产生的高纯k o h 淋洗，样品经去除部分有机物和氯离子后，可直接进样分析。方法的线性范围广， 灵敏度高，重现性好，样品测定相对标准偏差r s d 为2 0 9 3 9 4 ，平均加标回收 率9 7 8 一1 0 4 8 ，检出限为o 2 “啦g 。 3 、首次建立了以i o n p a c - a s l t 为分析柱，免试剂离子色谱梯度淋洗抑制电导检 测饮料中常用添加剂的方法，可以高效快速地同时检测饮料中常见的两种防腐剂和 四种甜味剂：苯甲酸、山梨酸、阿思巴甜、甜蜜素、安赛蜜和糖精。不仅背景电导 低，测定灵敏度高，而且不受样品紫外吸收的影响，实验操作简单；六种添加剂的 检出限在0 0 3 5 m g l - i 3 5m g l 之间，线性相关系数均大于0 9 9 8 ，峰面积的r s d ( n _ 8 ) 均小1 6 4 ，样品加标回收率在9 7 2 1 0 2 5 之间。 4 ，建立了饮料中碘化物的免试剂离子色谱脉冲积分安培检测方法。饮料样品经 稀释，除去分子量大于1 0 0 0 0 物质后可直接进样分析，测定相对标准偏差r s d ( n = 8 ) 为2 4 1 3 6 2 ，样品平均加标回收率在9 1 8 1 0 2 6 之间，检出限为o 1 l x g l ，方 法简便、快捷 关键词：免试剂离子色谱；饮料；阳离子；溴酸盐；食品添加剂；碘离子 华中农业大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h e r ea r em a n ym e t h o d sf o ra n a l y s i so fc a t i o n s ，a n i o n s ，p r e s e r v a t i v e s ，s w e e t e n e r s a n di o d i d ei nb e r v e r a g eo rm i n e r a lw a t e r , s u c ha sa t o ma b s o r p t i o ns p e c t r o m e t r y , u l t r a v i o l e t - v i s i b l e s p e c t r o m e t r y , f l u o r e s c e n ts p e c t r o m e t r y , e n z y m em e t h o d s ，g a s c h r o m a t o g r a p h ya n dh i g hp r e s s u r el i q u i dc h r o m a t o g r a p h ye t e i ct e c h n o l o g yd e v e l o p s m p i d l yi nr e c e n ty e a r s ，o n eo fi t so u t s t a n d i n ga c c o m p l i s h m e n ti st h e n or e a g e n to n l y w a t e r ，t e c h n o l o g y , w h i c hm a i n l yc o n s i s t st w op a r t so f t h ei ce q u i p m e n t - - - - o n - l i n ee l u e n t g e n e r a t o ra n dm e m b r a n e b a s e de l e c t r o l y t i cs u p p r e s s o rd e v i c e ，o n l yw a t e ri s n e e d e df o r t h ed e t e r m i n a t i o no f i o n s ，i t sag r e e na n a l y t i c a lt e c h n o l o g y i nt h i st h e s i s ，t h ea p p l i c a t i o n s o fr e a g e n t f r e ei ca n dc o n t i n u o u ss e l f - r e g e n e r a t o rs u p p r e s s o ri nr o u t i n ea n a l y s i so f i n g r e d i e n t si nb e v e r a g ea n dm i n e r a lw a t e rh a v eb e e ns t u d i e d t h em a i nc o n t e n ta n d c o n c l u s i o n sa r ea sf o l l o w ： 1 o n - l i n ee i n e n tg e n e r a t o r , i o n p a cc s l 6c a t i o ne x c h a n g ec o l u m na n dc a t i o n s u p p r e s s o ra r eu s e dt od e t e r m i n es e v e nc a t i o n si nm i n e r a lw a t e r , t h ee f f e c to fs u p p r e s s i o n a n dc r - c t cf o rd e t e r m i n a t i o ni ss t u d i e d , t h ed e t e c t i o nl i m i t sf o r 以： 白：n i - h ：k ： m 季，+ ，c a 2 十，s p a r eb e t w e e n0 2 p 9 5 , - 1 1 p g ，l ，t h e i rr e g r e s s i o ne q u a t i o nl i n e a r c o e 伍c i e n t sa r em o r et h a n0 9 9 4 3 r e c o v e r i e sa r eb e t w e e n9 4 o - 1 0 3 1 i ti sd i s c o v e r e d t h a ts u p p r e s s i o nc u r r e n tm a k e sl i t t l ee f f e c to np e a ks h a p ea n ds e p a r a t i o ne f f i c i e n c yo f u n i v a l e n tc a t i o n s ，b u tm a k e sg r e a te f f e c to nt h a to fb i v a l e n tc a t i o n , t h es u p p r e s s i o n c u r r e n to f4 0 m ac a r lg e tm i n i m i u mr s da n dt h eb i g g e s tp e a kr e s p o n s e ；t h ee x p e r i m e n t s h o w sc r - c t cc a l ld e c r e a s eb a c k g r o u n dc o n d u c t i v i t ya n db a s e l i n ed r i f t ；f u r t h e r m o r e ，a p r i m a r yd i s c u s s i o ni s m a d ef o rt h em e c h a n i s mo fc a t i o ns u p p r e s s i o n , t h er e l a t i o n s h i p f o r m u l ab e t w e e nc a t i o nr e s p o n s ea n ds u p p r e s s i o nc u r r e n ti si n f e n e d , t h er e l a t i o ns h o w s s u p p r e s s i o n c u r r e n ta f f e c t sp e a kr e s p o n s ed i r e c t l y 2 a na n a l y t i c a lm e t h o df o rd e t e r m i n a t i o no fb r o m a t ei nd r i n k i n gw a t e rb yi o n e x c h a n g ec h r o m a t o g r a p h ys u p p r e s s e dc o n d u c t i v i t yd e t e c t i o nh a sb e e nd e v e l o p e d a h i g l lc a p a c i t ya n i o ne x c h a n g ec o l u m n , l o n p a c a s1i h cc o l u m nw a su s e d , h i g l lp u r i t y k o hs o l u t i o ng e n e r a t e db ye l u e n tg e n e r a t o rw a su s e d 嬲e l u e n t s a m p l e sw e r ep r e t r e a t e d b ye x t r a c t i o nw i t hw a t e r , t h e np u r i f i e db yc 1 5c o l t t m n s o n g u a r d a gc o l u m n sa n d o n g u a r di ih c o l u m n si ns e q u e n c et or e m o v es o m eo r g a n i cs u b s t a n c ea n dc h l o r i d e c l e a n l i q u i dw a si n j e c t e d t h em e t h o de n j o y e daw i d el i n e a rr a n g ea n dg o o dp r e c i s i o n t h e d e t e c t i o nl i m i tw a so 2 i _ t g k g t h ea v e r a g er e c o v e r i e sw e r eb e t w e e n9 7 8 1 0 4 8 ，a n d t h er e l a t i v es t a n d a r dd e v i a t i o n ( r s d ) w a s 2 0 9 - 3 9 4 t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h e m e t h o dw a ss i m p l e ，a c c u r a t ea n dm i g h tb eg o o df o ra p p l i c a t i o n 5 免试剂离子色谱在饮料分析中的研究 3 u s i n gi o n p a c - a s 11 a n a l y t i c a lc o l u m n , r e a g e n t - f r e ei o nc h r o m a t o g r a p b yw i t h g r a d i e n te l u t i o na n dc o n d u c t i v i t ys u p p r e s s i o nd e t e c t o r , s i xf o o da d d i t i v e si n c l u d i n g a s p a r t a r n e ，s o d i u mc y c l a m a t e ，a c e s u l f a m e k ，b e n z o i ca c i d ，s o r b i ca c i da n ds a c c h a r i n e a l ed e t e r m i n e dr a p i d l y , e f f e c t i v e l y , u n d e rt h es e l e c t e dt e s tc o n d i t i o n , t h eb a c k g r o u n d c o n d u c t i v i t yi sl o wa n dt h ed e t e r m i n a t i o ns e n s k i v i t yi sl l i g h , a l lo ft h e i rd e t e c tl i m i t sa r e b e t w e e no 0 3 5 m g l 1 3 5 m g l ，c o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t sa r em o r et h a no 9 9 8 ，t h e r s d s ( n = 8 ) o f a r e aa r el e s st h a n1 6 4 r e c o v e r i e sa r eb e t w e e n9 9 7 1 0 3 5 4 i o d i d ei nb e v e r a g e sc a l lb ed e t e r m i n e db yr e a g e n t - f r e ei o nc h r o m a t o g r a p h y c o u p l e d 谢t i lp u l s e da m p e r o m e t r i cd e t e c t i o n aa n i o ne x c h a n g ec o l u m n , a f t e rd i l u t i o n a n dr e m o v a l o f c o m p o n e n t sw i t hm o l e c u l a rw e i g h t sg r e a t e rt h a n1 0 ，0 0 0d a l t o n s ，s a m p l e s c o u l db ed i r e c t l yi n j e c t e d t h em e t h o dw a se n j o y e daw i d el i n e a rr a n g e ，g o o dr e c o v e r i e s a n dh j 【g hs e n s k i v i t y , t h er s d ( n = 8 ) w a s2 4 1 - 3 6 2 ，t h er e c o v e r yw a s9 1 8 一1 0 2 6 ， d e t e c tl i m i tw a s o 1 p g e t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h em e t h o dw a ss e n s i t i v ea n ds i m p l e k e yw o r d s ：r e a g e n t - f r e e i o nc h r o m a t o g r a p h y ；b e r v e r a g e ；c a t i o n ；b r o m a t e ；f o o d a d d i t i v e s ；i o d i d e 6 华中农业大学硕士学位论文 前言 离子色谱( i c ) 是分析离子的一种高效液相色谱方法由于操作简便，对常见 阴阳离子分析的高灵敏度，特别是对阴离子和价态形态分析的突出优点，已广泛应 用于环境、电厂、半导体、食品卫生、石油化工和生命科学等领域。 离子色谱作为实验室中常规分析手段，近几年发展的趋势主要集中在以下几方 面：高性能的分离柱和抑制器的研究；减少人为误差，提高自动化程度；方便的数 据采集和管理系统。国家、各行业的标准分析方法中越来越多的采用离子色谱分析 方法 i c 的硬件和应用发展很快，最近在硬件上的一项突破是“只用水”，淋洗液在 线发生器与自动再生抑制器结合，不用化学试剂，只需高纯水就可完成阴、阳离子 的分析，避免了试剂浪费和环境污染，被称为免试剂离子色谱，是离子色谱发展的 前沿领域 1 免试剂离子色谱的技术特点 1 1 淋洗液发生器”棚 在离子色谱分析中淋洗液中的杂质将会影响到色谱分离结果在阴离子分析中， 碳酸氢根淋洗液( 有时也用碳酸根一碳酸氢根混合物) 淋洗已经被作为主要淋洗液 用于离子色谱好多年。这类淋洗液的主要问题抑制后形成的碳酸易于部分电离，导 致背景电导偏高。从理论上讲，氢氧根溶液是最为理想的淋洗液，因为：( 1 ) 它得 到的抑制背景电导最低，抑制产物是水；( 2 ) 在原理上讲，它的背景电导与淋洗液 浓度无关，可以避免梯度淋洗中基线漂移；( 3 ) 它不像碳酸盐那样，在低浓度时响 应线性很差然而在实际应用中，氢氧化钠淋洗液不仅本身含有杂质( 如氯离子， 氯酸根，碳酸根等) ，在分析过程中要特定的处理防止c 0 2 进入n a o h 淋洗液以阻 止碳酸根引起不稳定的色谱基线 i c 的硬件和应用发展很快，最近在硬件上的一项突破是“只用水”，淋洗液在 线发生器与自动再生抑制器结合，不用化学试剂，只需高纯水就可完成阴、阳离子 的分析用化学试剂手工配制所需要浓度的淋洗液一直是液相色谱分析中不可缺少 的步骤“只用水”仅需点击计算机鼠标即可得到所需浓度的淋洗液。“只用水”，不 仅免用化学试剂、消除化学试剂杂质和大气= v - - 氧化碳溶入碱性溶液的干扰，而且 可消除由于配制溶液操作和人为因素等所引起的误差，使分析结果的精密度和准确 度明显提高“只用水”装置简单，但包含了综合性的高科技。其基本原理是在氢氧 化钾电解池中置入的微形铂金电极( 正极) 电解水产生的氢离子( i - g ) ，推动电解池 中的钾离子( k + ) 通过阳离子交换膜，进入置入铂金阴极的淋洗液发生舱，与阴极 免试剂离子色谱在饮料分析中的研究 电解水产生的羟基( o r ) 结合生成i c 的淋洗液氢氧化钾( k o h ) 离子交换膜的 功能除了允许阳离子( 或阴离子) 通过之外，还隔离常压区( 电解池) 与高达2 1 0 大气压的高压区( 泵一分离柱一检测器) 。淋洗液的浓度与外加电流成正比，与泵的 流速( 泵入的高纯水) 成反比。所需要浓度的淋洗液不再经过泵前的管道和阀门以 及泵头。直接进入分离柱，不仅操作简便，无污染，而且带来另一个突出的优点， 使离子色谱中梯度( 浓度梯度) 淋洗非常简单，常规梯度淋洗的完成需要用两个或 多个高压泵，或者用四通比例阀泵前低压混合，而“只用水”技术作梯度淋洗只需 点击鼠标，简化了操作。 0 k o 暇生舱 图1 电化学淋洗液发生器的示意图 f i g 1d i a g r a mo fe l e c t r o c h e m i c a le l u e n tg e n e r a t o r 电解反应如下， 2 k + + 2 h 2 0 + 2 e = 2 k o h + h 2 2 0 r 一2 e = h 2 0 + i 2 0 2 所产生的k o h 溶液的浓度由加到k + 电解槽和k o h 发生室上的电流和通过 k o h 发生室的高纯水的流速决定。 将图中的k + 电解槽换成甲烷磺酸根电解槽，阳离子交换连接器换成阴离子交换 连接器在电解槽装入p t 金阴极，发生器装p t 金阳极，即构成用于阳离子分析的淋 洗液发生器，所产生的阴离子淋洗液浓度或阳离子淋洗液浓度与施加电流成正比， 与淋洗液流速成反比，浓度都可达1 0 0 m m o l l 。 淋洗液发生器除了不用酸碱试剂、消除手工配制所带来的误差，其最大的好处 是可以在线地控制电流来控制淋洗液强度，连续产生无污染的淋洗液，从而得到非 常好的重现性。第二个优点就是利用它来作梯度淋洗时无需两个独立的高压泵或比 例阀。第三，只有纯水通过泵，消除了化学物质对泵的损伤，大大延长泵的使用寿 命。结合淋洗液在线发生器、对o h 一选择性高的分离柱、电解水自动连续再生的抑 华中农业大学硕士学位论文 制器，将离子色谱技术推到了一个新的高峰。 1 2 电解抑制器m 1 化学抑制型电导检测法中，抑制反应是构成离子色谱的高灵敏度和选择性的重 要因素，也是选择分离柱和淋洗液时必需考虑的主要因素，抑制器是电导型离子色 谱的一个重要部件，抑制器主要起两个作用，一是降低淋洗液的背景电导，二是增 加被测离子的电导值，改善信噪比。抑制器的发展经历了四个阶段分别是树脂填 充的抑制器，纤维膜抑制器，平板微膜抑制器，自动再生连续工作型抑制器。 在离子色谱上用氢氧根淋洗液实现梯度洗脱的前提条件是采用效率极高的抑制 器，在离子色谱进行梯度淋洗程序的后段经常用到高浓度的氢氧根，氢氧根淋洗液 浓度有时需要1 0 0 m m o l l 或者更高，淋洗液的流速为l m l m i n 或更高，常常需要对 这样的淋洗液进行抑制，因此，离子色谱实际应用中对抑制器的要求较高。 1 9 9 2 年，美国戴安公司将先进的膜技术和电化学技术结合，首次推出可自动再 生连续工作的新型抑制器( s r s ) 。阴离子抑制器( a s r s ) 和阳离子抑制器( c s r s ) 首次利用电解水产生的矿和o h 离子，无需外加再生液酸或碱，而且在电场的作用 下，电解产生的 r 或o h 离子更易通过离子交换膜，因而有效地提高了抑制能力 s r s 抑制容量大，可作梯度淋洗，死体积小，基线稳定，噪声小，结构简单，操作 方便( 使用时无需做任何事) ，运行费用小( 不用外加试剂) ，无需维修。 自动再生连续工作型抑制器是微膜抑制器的改进和完善，同微膜抑制器一样， 它也是一种三文治的结构，在平板抑制器的基础上加了两个电极。结构图见l - 2 图 1 3 和图1 4 分别说明了阴阳离子自动连续再生抑制器的结构和工作原理。 自动连续再生抑制器有如下优点：抑制所需的 r 和0 r 由水的电解连续提供， 一不需要化学试剂和再生抑制器；同时开机后平衡时间短，并能一直处于平衡状态； 抑制容量大，基线漂移小，适用于高容量分离柱所用的淋洗液浓度和梯度洗脱。 目前d i o n e x 公司所生产的这种抑制器的最新型号是u l t r aa s r si i 。那么它有两 种工作模式，一是循环模式，图5 ，使用于常规分析；二是外加水模式图6 ，可用于 淋洗液中含有低浓度的有机溶剂，氯离子等。 辨洗灌再生碡 螂 劓嘲 il 膏手啪 墨堕型曼三垦塑垄堡垒坌堑! 塑堡塞 图2 自动再生连续工作型抑制器结构图 f i g 2s t r u c t u r eo fs e l f - r e g e n e r a t i n gs u p p r e s s o r 图3 阴离子自动再生连续工作型抑制器工作原理图 f i g 3d i a g r a mo f a n i o ns e i f - r e g e n e r a t i n gs u p p r e s s o r 图4 阳离子自动再生连续工作型抑制器工作原理图 f i g 4d i a g r a mo fc a t i o ns e l f - r e g e n e r a 血gs u p p r e s s o r 电导池 赫洗浪 废浪 【j ：二 图5 自再生循环模式淋洗液流路 f i g 5e l u e n tf l o wc h a r tu n d e r s e l f - r e g e n e r a t i n gm o d e l 华中农业大学硕士学位论文 稀洗浪 电导池 嘻戮 h掰厂 i啦i 。t l 界僻 图6 外加水模式的淋洗液流路 f i g 6e l u e n tf l o wc h a r tu n d e rw a t e r - s u p p l ym o d e l 1 3 连续再生捕获柱1 9 】 连续再生捕获柱( c o n t i n u o u s l yr e g e n e r a t e dt r a pc o l u m n , c r - t c ) 是自动淋洗发生 器相结合使用的耐高压电再生捕获柱它能长时间的使用而不需要经常的化学再生， 与淋洗液发生器相结合使用时，能连续去除淋洗液中的杂质离子，从而带来较低的 背景电导和梯度淋洗中稳定的背景。 连续再生捕获柱分为阴离子捕获柱( c r a t c ) 和阳离子捕获柱( c r - c t c ) 两 种，分别应用在k o h 淋洗液发生器和甲烷磺酸淋洗液发生器上它们两个的工作 示意图见图7 和图8 ，可以看出捕获柱除去杂质离子的同时，电解反应也同时把交 换树脂再生所以，它不需要额外的离线的化学再生，可以连续使用而不需要更换 = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = 聊啊 i f - h l o 一：h 崩毛+ 知 - v ，h “ 塑；c o 子- + 2 哆一h c o ，”牛。巾 心t ) 叶废藏 l _ 毋 蟊 jr 伽? 产啊膏子变量t 科三嚣 “”缝样 勰簇= = = 兰兰兰兰兰生阴报一 图7 c r - a t c 工作示意图 f i 昏7d i a g r a mo f c r a t c c r - c t c7 - 作原理： 阳离子捕获柱由一个在淋洗液出口处有一带电极的阳离子交抉床构成。阳离子 交换膜在淋洗液中间将阴阳电极分开。酸性淋洗液中的杂质阳离子被阳离子交换床 所保留并流向阴极，阳极所连续产生的氢离子不断的再生阳离子交换床，与此同时 阴极氢氧根离子与杂质阳离子形成碱从淋洗液中除去。 免试捌离子色谱在饮料分析中的研究 - = 二= = = = = = = = = = = = = = = = = = = 萌裰 ”：o 2 p + 2 。一2 + 1 1 1 h 一一h 4 删 i _ _i 棒捌羞再生蒗n r o h ，n a o l 1 4 + o h - h 2 0 康交 毒哮 i ：，。 虞 h * m 、s a h m s a n 青子交换填料”m h + s a “ h sh 1 磐所亡生柏 i 王 o 一2 l r + q + 2 ；体冼交- _ l l _ _ _ _ _ _ _ _ j _ - i _ _ _ l _ _ - _ _ _ _ _ _ _ _ - j 1 _ _ _ _ - 一 旧越 图8 c r - c t c 工作示意图 f i g 8d i a g r a mo fc r - c t c 1 4 氢氧根淋洗液选择性分离柱 1 0 - 1 2 1 表1 最新氢氧根选择性柱子技术指标特征比较 一t a b l e1 u p - t o - d a t e t e c h n i c a l s p e c i f i c a t i o n o f h y d r o x y l - s e l e c t i v e c o l u m n s 一 # 早犁 基体颗粒柱容量 胶体 。 直径 孔径( i t e q u i v c o l u 疏水性直径 号 ( p m )( 埃) m n )( 锄) 交联度官能基团 柱子填料均为5 5 交联度的珠体，基质为乙基乙烯苯一二乙烯苯的共聚物，1 0 0 的有机兼容性，适用于p h = 0 1 4 范围。 新型的高聚物离子交换材料除了高效之外，在p h = 0 1 4 以及在与水互溶的有机 溶剂中稳定可用强酸和强碱作流动相，也可在流动相中加入有机溶剂调节和改善 分离的选择性以及色谱峰的对称性，缩短疏水性化合物的保留时间，用有机溶剂清 洗色谱柱的有机污染物以延长柱子的使用寿命。i c 固定相发展的另一个方向是高容 量柱，其离子交换容量较常用柱高1 0 2 0 倍，可改善弱保留离子的分离和峰形，而且 华中农业大学硕士学位论文 高浓度基体的样品和相邻两峰浓度比商1 0 0 0 ：1 的样品可直接迸样，简化样品的前处 理过程。对羟基( o h ) 选择性的新型分离柱，用氢氧化钠或氢氧化钾作流动相， 因其抑制反应产物为水，背景电导低，可提高检测灵敏度和减小梯度淋洗时的基线 漂移，改善弱保留离子的分离这些新型柱填料的问世，改善了分离的选择性，简 化了样品前处理步骤，提高了分析结果的准确度，简单而有效地解决了化学方式或 样品前处理方法难以解决的很多问题 表面功能化乙基乙烯基苯，二乙烯基苯聚合物啪v b ) 是从商品名i o n _ p a c a s l 4 ( d i o n e x ，s u n n y v a l e ，u s a ) 开始接枝技术用于制各色谱固定相已经有2 0 多年的 历史。表面附聚型的离子交换剂也叫“薄壳”树脂，柱效有了很大的提高，能经受压 力变化，剐性较强，在通常的色谱流速下不会发生大的变形；在流动相种类和浓度 改变时，树脂体积保持不变 表列出了d i o n e x 公司所出品最新氢氧根选择性的离子色谱柱子，由于基质是 5 5 交联度的有机共聚物，所以它们具有1 0 0 的有机兼容性，在进行分析中，可 以加入有机溶剂改善峰形，特别是分离有机酸，大分子阴离子时是十分必要，在分 析完复杂样品之后可用有机溶剂冲洗柱子。同时适用的p h 范围很广，可用高浓度 的氢氧根洗脱，大大缩短一些出峰较慢的阴离子的洗脱时间。它们还有一个很重要 的优点能和淋洗液发生器联用，在梯度淋洗中氢氧根能完全抑制中和，基线能保持 较好的状态 毫毳柔耋黍，： 图9 表面附聚阴离子交换树脂的结构示意图 f i g 9c o n s t r u c t i o nd i a g r a mo fp a r t i c l e sw i t ha n i o n - e x c h a n g er e s i na h a c h e d a s l 6 较高的交换容量，因此可大体积进样，氢氧根作为淋洗液能有很低的背景 电导，用于痕量离子的分析上( 如水消毒副产物) 可得到理想的结果a s l 7 梯度淋 洗在l o m i n 内能分析常规的阴离子，与淋洗液发生器等兼容性好，低的背景电导使 得它在分析氟离子上很有优势。a s l 8 是目前商品化阴离子柱中高容量和高选择性的 杰出代表，对于简单基体的样品，用等度氢氧根淋洗就能分离测定常见阴离子和低 分子量的有机酸，对于痕量的阴离子测定，可用大体积进样，梯度淋洗的方法解决 免试荆离子色谱在饮料分析中的研究 它的高选择性使得不易分离的氟离子，乙酸和甲酸很好地基线分离，并且它对氟离 子的保留特性使得与水峰分开，增加了氟离子测定的可靠性 i c 色谱柱发展的另一个趋势是用2 m m4 , t l 径柱，常用的标准离子色谱柱的内 径为4 m m 。因为用于小孔径柱的流动相用量较标准孔径柱的用量减少3 - 6 倍，而且 对相同的进样体积，用小孔径柱时的质量灵敏度增加4 倍但小孔径柱对填料粒度 的均匀性、柱管、填充技术以及泵在低流量时的准确度要求更高。 2 饮料中常见甜昧剂和防腐剂的分析 2 1 甜昧剂的分析 糖精钠在一个多世纪前无意中被发现，逐渐地广为使用，人工合成甜味剂的品 种越来越多，在全世界广泛地应用在食品，饮料，药品，饲料等多个领域。甜味剂 多为低能量的糖类替代物，甜度高，能满足一些饮食有特殊需要的人同时因为其 较天然的便宜和高甜度，在食品饮料中被广泛的使用，常用的甜味剂包括阿思巴甜 ( a s p a r t a m e ) 、安赛蜜( a c e s u l f a m e - k ) 、糖精( s o d i u ms a c c h a r i n ) 和甜蜜素( s o d i l 1 n l c y c l a m a t e ) 。 测定甜味剂的方法包括光谱法、酶法、气相色谱法以及最常用的高效液相色谱 法 1 3 - 1 5 1 等等。但是都不能很好地同时测定多种甜味剂。甜蜜素无紫外吸收，所以使 得在常规模式下的h p l c - u v 不能满足检测的需要。使用柱前和柱后衍生的方法可 以解决这个问题，但是操作麻烦，费时，灵敏度也不好。 使用n a o h 溶液进行等度淋洗，积分安培检测，i o n p a c a s 4 a s c 柱子，迸样量 2 5 微升，测定复合甜味剂中的甜味素，全部分析工作可在l l m i n 内完成，其它甜味 荆不影响其测定，方法简便、快速、灵敏 1 6 a 7 1 。若采用离子色谱分离，采用淋洗液 发生器梯度程序洗脱，紫外和电导检测器串联使用，紫外扫描，同时分离和测定了 人工合成甜味剂，全部分析过程需要2 0 r a i n 完成【1 8 1 同时，c l a u d i oc o r r a d i n i 等人 使用c a r b o p a em a i 柱分析食物复杂样品，6 0 0 m m o l l 的氢氧化钠溶液淋洗，脉冲 安培检测【1 9 l ，很好地检测了里面的糖醇，人工甜味剂等1 2 0 ! 2 2 防腐剂的分析 防腐剂自古以来就有，人工合成防腐剂的使用可能要从1 9 世纪开始，抑制微生 物在食品和饮料中的繁殖，使得许多的食品和饮料不用经过严格的巴氏消毒，相对 简单地长时间保存，更多的食品能为人们所享用，大大提高了人们的生活水平质量。 常用的防腐剂有苯甲酸钠，山梨酸钾等，使用相对较少的有尼泊金系列的防腐 剂，如对羟基苯甲酸甲酯、对羟基苯甲酸丙酯、对羟基苯甲酸丁酯等，虽然应用的 范围没有苯甲酸，山梨酸那么广泛，但是在某些地方，它们却是不可替代的。防腐 剂的含量和使用种类根据防腐对象的不同而异。它们的含量对防腐效能和对人体的 毒性的关系很大，因此准确测定其含量是食品分析中经常遇到的问题。 华中农业大学硕士学位论文 较为简单的方法是比色法【2 ”，但是受基体杂质干扰较大，同时操作繁琐，也有 用气相色谱【2 2 l 来分别测定苯甲酸和山梨酸的含量的，但是也并不十分理想，在食品 检测中用得最多的h p l c 法【2 3 1 也可用来测定常见的防腐剂，可同时测定其它的添加 剂，不能否认其较为简便，但是若被测样品较为复杂，紫外吸收检测灵敏度会降低。 离子对反相高效液相色谱【2 4 l 也可用来测定防腐剂的含量，可以用o d s 固定相 柱，以柠檬酸铵盐等作为离子对试剂，流动相中加入甲醇乙腈等有机溶剂作梯度淋 洗，u v 2 5 4 m n 检测，可以同时分离定量多种人工添加剂，但使用离子对试剂对柱子 损伤较大，色谱柱一般不宜用作别的测定，也就限制了该种方法的使用。 虽然对防腐剂的测定已有多种分析方法，但是采用离子色谱法可以快速、方便 地进行测定，结果理想 由于苯甲酸和山梨酸的p k a 均小于7 ，从理论上可以采用抑制型离子色谱检测 朱岩瞄】等人经过改进，采用d i o n e x a s 4 s c 离子色谱柱，可以用于苯甲酸、山梨酸、 丙酸、e d t a 等多种防腐剂的同时测定在流速i 8 m l m i n 的条件下， l m m o l l n a o h + o 2 m m o l l n a 2 c 0 3 ，对以上几种防腐剂的测定都具有良好的线性和重 现性。淋洗液中所加入的氢氧化钠可以调节试样的p h ，很好的改善这些有机酸的峰 形 对于使用较少的尼泊金系列的防腐剂均含有共轭双键的结构，具有很强的紫外 吸收，可以使用紫外检测采用d i o n e xi o n p a ea g 9 - h c ( 2 r n m ) 分离柱，用碳酸钠淋 洗液，0 2 5m y m i n 流速的条件下在5 m m o l l n a o h + i m m o 儿n a 2 c 0 3 苯甲酸及尼泊金 系列的防腐剂得到了很好的分离效果瞄】 q i n g c h u a n a l l e n l 2 7 用接枝季铵盐的阴离子交换基团的s h i m - p a c k i c - a 3 分离柱， 含4 0 , 乙腈的n a h z p 0 4 的水溶液进行等度洗脱，防腐剂，甜昧剂，咖啡因等能同时 分离检测 压电晶体阵列检测器( p i e z o e l e c t r i cq u a r t zc r y s t a l ) 广泛的在分析和生物微分析 上在s h i m p a c ki c - a 1 阴离子分离柱上3 0 m m o l l 碳酸钠流动相( 氢氧化钠调节p h = 9 5 ) ，苯甲酸和山梨酸能很好地和其它物质分离，再用p q c 取代电导或紫外检测 器，由于该种检测器对天然产物( 如糖等) 响应很低，而对苯甲酸和山梨酸灵敏度 较好，所以使得可进行较为复杂的样品测定，同时免除了麻烦的样品前处理s p q c 示意图如下 2 8 1 。 免试剂离子色谱在饮料分析中的研究 图1 0s p q c 示意图 f i g 1 0d i a g r a mo fs p q c 1 一进口2 一出口3 一电极4 一检测池5 一石英晶体6 7 一树脂玻璃板8 一i c t t l 振荡器 3 天然饮用矿泉水中常见阳离子和消毒副产物分析 3 1 天然饮用矿泉水中常见阳离子分析 天然饮用矿泉水中含有很多维持人体生长发育和生理机能所必需的化学元素， 对人体意义重大。在饮用矿泉水中碱金属和碱土金属含量分析检测中应用最广泛的 是原子吸收光谱，发射光谱法口9 3 0 , 3 4 】等。而碱金属，碱土金属的分析已是i c 中广泛 应用的成熟方法。用硫酸或甲磺酸作淋洗液，阳离子交换分离，电导检测，一次迸 样，8 分钟就可完成分离和检测。w a s i mb a s h i r d u 2 博研究发现，在i s a s i l i c a 柱上， 应用高浓度的k n 0 3 淋洗液( 如1 5 0 m o l l ) b a 和s r 会在镁之前出峰。利用柱后衍 生的方法，很好地测定了碱土金属的含量。 早期所使用的强酸性阳离子交换柱对碱土金属有很强的保留，要洗脱它们，必 需以乙= 胺。酒石酸，草酸等作为淋洗液进行非抑制型i c 。对接枝弱酸基团的阳离 子交换柱( 如i o n p a cc s l 2 ，i o n p a cc s l 4 ，i o m p a cc s l 5 ，i o n p a ec s l 6 ) 只需用简单的 氢