离子色谱法测定饮料中的山梨酸、苯甲酸和糖精钠

2020-12-21 18:52:52 青岛盛瀚色谱技术有限公司

摘要

建立了用国产SH-AC-1型阴离子交换柱为分离柱，以1.5 mmol/L Na₂CO₃为淋洗液，流量为1.5mL/min，采用等度洗脱的方式测定食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的方法，山梨酸、苯甲酸的线性范围为0～30.0mg/L,糖精钠的线性范围为0～15.0mg/L,方法应用于饮料等样品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的测定，其结果与气相色谱法相吻合，加标回收率分别为：97.9%～104.5%、96.3～100.9%和100.3%～104.5%，5次平行测定的相对标准偏差分别为：1.68%～3.92%、2.32～4.08%和2.02%～3.95%（n=5），按样品稀释50倍计方法的检出限分别3.5、2.5和1.5mg/L。

【关键词】：离子色谱法，饮料，山梨酸，苯甲酸，糖精钠

正文

食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的测定方法国家标准推荐的主要有气相色谱法和高效液相色谱法[1-3]等，其中，气相色谱法样品前处理方法繁杂，而高效液相色谱法虽然样品前处理方法简单但仪器价格偏贵基层实验室少有配置，使其应用受到限制。

离子色谱法以其灵敏、快速、试剂消耗少、无环境污染等优点而备受广大分析工作者的青睐，已应用于食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠等多种添加剂的分析[4-7]，但这些方法大多使用的是进口色谱柱并采用KOH淋洗液梯度洗脱方式进行测定，而进口色谱柱特别是具有梯度洗脱功能的离子色谱仪的价格普遍偏贵，目前基层实验室装备较少难以应用，因此研究用国产普通色谱柱和普通色谱仪测定食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠是一项有意义的工作。

本工作研究了用国产普通色谱柱和色谱仪测定食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的各种条件和可行性，结果表明，以1.5 mmol/LNa₂CO₃溶液作淋洗液，流量为1.5ml/min,用SH-AC-1型阴离子交换柱为分离柱，采用等度洗脱的方式可使山梨酸、苯甲酸和糖精钠较好分离，各组分的峰面积与其浓度在一定的范围内具有良好的线性关系，且各组分的保留时间在14 min以内，具有分析应用价值。据此，建立了用国产SH-AC-1型阴离子交换柱为分离柱，以1.5 mmol/LNa₂CO₃为淋洗液等度洗脱的方式测定食品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的方法，山梨酸、苯甲酸的线性范围为0-30.0mg/L,糖精钠的线性范围为0～15.0mg/L,方法应用于饮料等样品中山梨酸、苯甲酸和糖精钠的测定，获得了满意的结果。

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1、实验部分

1.1主要仪器

CIC-200型离子色谱仪（青岛盛翰色谱公司），抑制器：检测器：电导检测器，定量环体积为25μL；分离柱，SH-AC-1型阴离子交换柱（250×4.0mm i.d,青岛盛翰色谱公司，批号：1404016）

1.2 仪器工作条件柱箱温度35℃，电流：50mA。

1.3主要试剂

山梨酸、苯甲酸和糖精钠标准溶液：1000 mg/L，按照文献[1-2]方法配制。临用时用纯水将各种标准溶液稀释成含山梨酸、苯甲酸各250.0 mg/L、糖精钠125.0mg/L的混合标准应用液；

75 mmol/LNa₂CO₃淋洗液贮备液，临用时用纯水稀释50倍使用。

实验所用试剂均为AR及以上级，实验用水为超纯水（18.25ΜΩ·cm）。

1.4 实验方法

1.4.1 标准曲线的绘制取0.10、0.20、0.60、1.00、2.00和3.00 mL混合标准液于25 mL容量瓶中加纯水至刻度，混匀，配制成含山梨酸、苯甲酸1.0、2.0、6.0、10.0、20.0、 30.0mg/L和糖精钠0.5、1.0、3.0、5.0、10.0和15.0mg/L标准系列，各进样1 mL上机（测试条件为，柱箱温度：35℃，电流：50mA；淋洗液：1.5mmol/L Na₂CO₃溶液；淋洗液流量：1.5mL/min；量程：1档）测定各成份峰面积（S），以S对浓度绘制工作曲线。

1.4.2 样品测定将样品稀释50倍经0.45μm滤头过滤后进样1 mL上机（条件同1.4.1）测定各成份峰面积（S），以标准曲线法定量。

2、结果与讨论

2.1 Na₂CO₃浓度的选择在高效液相色谱法中选择适当的淋洗液是改善分离度(R)的有效方法[8]，为保证山梨酸、苯甲酸和糖精钠的有效分离，同时当以Na₂CO₃作淋洗液时，NO₃^-的保留时间与苯甲酸的保留时间比较接近，考虑到样品中可能存在的NO₃^-对苯甲酸测定的影响，为此进行了Na₂CO₃淋洗液浓度的选择实验，结果见表1。

表1 Na₂CO₃浓度对分离度和保留时间的影响（流量1.0 ml/min）

从表1可见，当Na₂CO₃浓度在1.0～2.0mmol/L时山梨酸、苯甲酸和NO₃^-的R分别在2.68～2.29、1.46～1.03和1.78～1.60，从理论上分析，若色谱峰呈正态分布，当分离度R大于1.0时，两组分的分离程度可达98%，当R大于1.5时两组分完全分离[8],说明苯甲酸和NO₃^-分离效果较好。实验选择1.5mmol/L Na₂CO₃溶液为淋洗液，该条件下山梨酸、苯甲酸（20mg/L）、NO₃^-、糖精钠（10 mg/L）分离效果较好，见图1。

图1 山梨酸、苯甲酸、NO₃^-、糖精钠色谱图

2.2淋洗液流量的选择淋洗液流量主要影响组分的保留时间和分离度，本实验淋洗液流量在0.8mL/min～1.8mL/min时山梨酸、苯甲酸和NO₃^-的R分别在2.67～2.31、1.63～1.27和1.84～1.50，各组分都能很好的分离且糖精钠的保留时间从24.368 min下降至11.248min，见表2。

表2 淋洗液流量对分离度和保留时间的影响（Na₂CO₃浓度为1.5mmol/L）

偏高的流量虽然可缩短组分的保留时间但会使分离度R降低且柱压偏大，影响泵的使用寿命，偏低的流量虽然分离度R较高但分离时间过长工作效率低，综合考虑淋洗液流量选定为1.5mL/min,此条件下山梨酸、苯甲酸（20mg/L）、NO₃^-、糖精钠（10 mg/L）的保留时间适中，分离效果较好，见图2。

图2 山梨酸、苯甲酸、NO₃^-、糖精钠分离效果图

2.3 柱箱温度的选择实验了25℃（自然温度）和35℃各分离效果，结果显示，所选温度下各组分均能很好分离，且35℃时组分的保留时间均稍短于25℃时的保留时间，而峰面积均高于25℃时的峰面积，为此本实验选择的柱箱温度为35℃。

2.4标准曲线

按照1.4.1配制标准系列，测定各管的峰面积（S），绘制标准曲线，其标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数如下：

山梨酸：0～30.0 mg/L，S=134985.02C-66824.70（式中C为浓度，mg/L，下同），r=0.9995

苯甲酸：0～30.0 mg/L，S=191923.89C-124491.72，r=0.9993

糖精钠：0～15.0 mg/L，S=367804.65C-148291.40，r=0.9992

其中，20mg/L的山梨酸、苯甲酸和10 mg/L的糖精钠的标准色谱图见图3。

图3 山梨酸、苯甲酸、糖精钠标准色谱图

2.5 方法的精密度和检出限

对2种浓度的标准溶液和加标样品平行测定5次，计算各成分峰面积相对标准偏差（RSD），并按照离子色谱仪检定规程^[9]的方法测定仪器30min的基线噪声，以3倍基线噪声除以标准曲线的斜率计算各成分的检出限，检出限分别为0.07、0.05和0.03 mg/L，若按样品稀释50倍计方法的检出限分别3.5、2.5和1.5 mg/L，本法RSD在1.68%～4.08%，见表3。

表3 方法的精密度和检出限

2.6 共存物质的影响

考察了F^-、BrO₃^-、Cl^-、NO₂^-、Br^-、NO₃^-、H₂PO₄^-、SO₄²^-等8种常见阴离子和乙酸、乳酸、酒石酸、草酸、柠檬酸等有机酸对山梨酸、苯甲酸、糖精钠测定结果的影响，结果表明，乙酸、乳酸的保留时间分别为1.577 min和1.528 min，柠檬酸在90min内无峰，对测定结果无影响；其他考察物质的色谱图见图4

图4 共存物质色谱法图

从图4可见，F^-、BrO₃^-、Cl^-、NO₂^-的保留时间均小于5min，不影响测定；H₂PO₄^-、SO₄²^-、酒石酸、草酸的保留时间均大于25min，出峰顺序在待测物之后，对测定结果也无影响，但对于测定可能含有这些成分的样品时应适时调整分离时间，避免对后续样品测定的影响；Br^-的保留时间（10.300min）与苯甲酸的保留时间（10.017min）接近，影响苯甲酸的测定，但一般食品中其含量甚微，故其影响可不予考虑。NO₃^-的保留时间（11.919min）与苯甲酸比较接近，对苯甲酸的测定结果有一定的影响，但半量的NO₃^-对苯甲酸的测定结果基本无影响。