柱切换在线前处理法鉴别地沟油的离子色谱研究

赵训燕， 倪承珠， 朱彬和， 张培敏， 张嘉捷， 陈素清， 朱　岩*

(1.浙江大学 化学系， 浙江 杭州 310028; 2. 浙江大学 浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，浙江 杭州 310028; 3. 台州学院 制药与化学工程学院， 浙江 台州 317000)



柱切换在线前处理法鉴别地沟油的离子色谱研究

赵训燕1,2， 倪承珠1,2， 朱彬和1,2， 张培敏1， 张嘉捷1， 陈素清3， 朱岩1,2*

(1.浙江大学 化学系， 浙江 杭州 310028; 2. 浙江大学 浙江省微量有毒化学物健康风险评估技术研究重点实验室，浙江 杭州 310028; 3. 台州学院 制药与化学工程学院， 浙江 台州 317000)

摘要：建立了同时检测食用油及地沟油中的无机阴离子)和有机酸)的离子色谱柱切换在线前处理方法．采用一根NG1反相色谱柱作为前处理柱在线去除样品中的水溶性有机基质，通过柱切换技术，由淋洗液将柱内富集的离子带至阴离子分析柱中分离，从而达到在线前处理的目的．在优化的色谱条件下，被分析离子浓度在0.05～10 mg·L(-1)时，线性相关系数均大于0.999 0；进样量25 μL，方法的检出限为4～41 μg·L(-1)(信噪比S/N=3)；加标回收率在75.6%～87.7%；相对标准偏差在0.85%～2.34%(n=6)；实验结果表明，地沟油中甲酸和乙酸的含量明显高于食用油．本方法对食用油和地沟油的鉴别具有较好的实用价值，适用于食用油及地沟油中常规阴离子和有机酸的同步检测，具有快速、灵敏、选择性好等优点．

关键词：离子色谱； 柱切换； 常规阴离子； 有机酸

ZHAO Xunyan1,2, NI Chengzhu1,2, ZHU Binhe1,2, ZHANG Peimin1, ZHANG Jiajie1, CHEN Suqing3, ZHU Yan1,2

(1.DepartmentofChemistry,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China; 2.ZhejiangProvincialKeyLaboratoryofHealthRiskAppraisalforTraceToxicChemicals,ZhejiangUniversity,Hangzhou310028,China; 3.SchoolofPharmaceuticalandChemicalEngineering,TaizhouUniversity,Taizhou317000,ZhejiangProvince,China)

食用油可用于烹调食物，增加食物香味，提供身体所需的脂肪酸和氨基酸等营养物质，是生活中不可或缺的食品．近年来，一些不法分子收集餐饮废油脂再加工处理后掺入食用油中，以极低价卖给饮食店、油脂作坊以谋取暴利．人们若长期食用这类劣质油，将会对健康造成相当大的影响，引发身体的病变．目前关于地沟油常用的检测方法有常规理化检测法、气相色谱法、核磁共振法、质谱法、液相色谱法等．能检测电导率、折光率、酸价，以及脂肪酸、胆固醇、生物胺等的质量分数[1]．关于食用油与地沟油的鉴别尚未有统一的检测标准或方法[2-3]．因此，检测食用油及地沟油中的常规阴离子和有机酸非常重要．

离子色谱在环境监测、药物检测、食品安全、医学检测以及工业分析等领域的应用逐渐增多，并开始应用于复杂基体的分析．目前离子色谱分析的样品提取方法[4]主要有液液萃取、液液微萃取、固相萃取、固相微萃取．液液萃取已应用于食用油中阴离子[5]、生物柴油中阴离子及有机酸[6]的检测．本研究亦采用这种简单有效的样品提取方法，辅以超声加热来提取食用油和地沟油中的水溶性离子．然而，食用油和地沟油样品提取液中含有的水溶性有机物不仅会对其他离子的检测形成干扰，还会损坏色谱柱．因此，需要除去待测样品中的水溶性有机基质．基于此，本文采用在线样品前处理技术．

近年来，柱切换技术已经应用于复杂样品的在线基体消除[7-10]、痕量目标离子的富集[11-13]和快速测定强保留离子等领域[14-15]．利用柱切换技术实现待测样品的在线基质消除已越来越完善．本研究采用柱切换在线前处理方法，快速、高效、简便地对复杂样品进行前处理，再通过离子色谱直接对油样萃取液进行分析．相较于已有方法[16-18]，本方法增加了对有机酸的检测，能同时测定食用油和地沟油中的多种阴离子和有机酸．为地沟油的检测和鉴别提供了新的思路，具有较好的实用价值．

1实验部分

1.1仪器与试剂

以下离子色谱系统与配件，除特殊说明外，均来自美国赛默飞世尔科技有限公司.Dionex ICS-2100离子色谱系统，配DS6可加热电导检测器、EGC-KOH氢氧化钾淋洗液发生器、ASRS300-4 mm电化学自再生抑制器；P680高效液相色谱四源梯度泵；Dionex IonPac AG11-HC (50 mm×4 mm)保护柱2根和Dionex IonPac AS11-HC (250 mm×4 mm)分析柱，Dionex IonPac NG1(4 mm ×35 mm)反相柱；色谱系统由Chromeleon 6.8色谱工作站进行控制；BS124S电子分析天平(0.1 mg，北京赛多利斯仪器系统有限公司)；LG16-B高速离心机(北京雷勃尔离心机有限公司)；SBL-5DTS超声波恒温清洗机(中国宁波新芝生物科技股份有限公司)；Millipore Direct-Q5UV净水器(美国密理博公司)；0.22 μm尼龙滤膜过滤头．

1.2标准溶液配制及样品前处理

收集到4种市场常见品牌的大豆油以及2种地沟油，共6组样品．准确称取2 g样品于塑料离心管中(5 mL)，加入2 g去离子水．将该离心管置于恒温超声清洗机中，85 ℃恒温超声萃取10 min．冷却至室温，以10 000 r·min-1离心10 min，弃上层油脂，下层液体经0.22 μm滤膜过滤，供离子色谱测定用．

1.3实验步骤

食用油及地沟油中常规阴离子和有机酸的同时检测过程包括4个步骤：(1)样品的装载；(2)食用油萃取液中水溶性有机基质的在线去除；(3)目标离子的分离和前处理柱的再生；(4)离子色谱系统的平衡．离子色谱柱切换在线前处理系统装置图如图1所示，十通阀上的实线为样品装载状态，虚线为进样状态；六通阀上的实线为进样状态，虚线为装载状态．样品通过十通阀上的25 μL定量环进样；切换十通阀，由泵2泵入的水将待测离子带入六通阀上的富集柱中，样品中的水溶性有机物基质保留在前处理柱中；切换六通阀，柱内富集的待测离子在泵1泵入的KOH淋洗液输送下，在阴离子分析柱中得到分离，同时，用乙腈冲洗前处理柱，除去前处理柱中保留的有机物基质，进行再生；最后，系统回到初始状态，为下次进样做准备．

图1　柱切换系统实验装置图Fig.1　System configuration of the column-switching

2结果与讨论

2.1样品超声萃取时间的选择

超声能加速溶剂渗透，使更多的目标离子溶解于水．为确定最佳的超声萃取时间，需对食用油中无机阴离子和有机酸的超声萃取时间进行优化．分别检测样品在超声0,5,10,20 min时的待测离子浓度，检测结果如图1所示．结果表明，超声能显著提高样品的萃取效率，当超声萃取时间超过10 min后，样品中待测离子的浓度不再随超声时间的延长而增加．因此，本实验选择的超声萃取时间为10 min．

图2　不同超声时间下食用油中阴离子的质量分数Fig.2　Anion content in edible oils at different ultrasonic times

2.2色谱条件的选择

本实验利用柱切换技术实现对样品萃取液中有机物基质的在线去除．不必接入阴离子分析柱，直接电导即可检测经前处理柱的离子，阴离子的出峰时间在0.8～1.8 min．为保证经前处理柱后的离子能全部流入富集柱进行富集，十通阀第1次的切换时间为2 min，即0～2 min为富集时间．NG1柱是一根聚合物基质的反相色谱柱，对有机物和非极性化合物有保留，对离子型化合物无保留．当样品通过时，有机物被保留在NG1前处理柱上，离子则被带到富集柱中富集．最后，富集柱中的离子由淋洗液带到分析柱中分离．

本实验选用IonPac AS11-HC分析柱和KOH在线淋洗，IonPac AS11-HC分析柱是带有季铵基团且具有高交换容量的阴离子柱．通过优化色谱条件,常规7种阴离子和有机酸在柱切换后有较好的色谱效果．当淋洗液浓度大于2 mmol·L-1时，氟离子与乙酸根不能分离，故在0～9 min，淋洗液浓度为2 mmol·L-1；为保证溴离子和硝酸根离子能完全分离，在9～18 min，淋洗液浓度为14 mmol·L-1；而硫酸根和磷酸根属于强保留的离子，为缩短分析时间，在18～23 min，淋洗液浓度调为30 mmol·L-1．最后用2 mmol·L-1KOH平衡系统．在选定的色谱条件下，各待测成分得到了较好的分离．

2.3线性关系、方法的检出限及重现性

图3　混合溶液标准色谱图Fig.3　Chromatogram of the mixed standard solution,.

待测离子Ions线性范围Linearrange/(mg·L-1)相关系数Correlation检出限LOD/(mg·L-1)相对标准偏差RSD/(%,n=6)F-0.05～50.99950.0041.63Cl-0.05～50.99970.0330.85NO-20.05～50.99960.0111.25Br-0.05～50.99920.0061.35NO-30.05～50.99990.0231.67SO2-40.1～100.99980.0051.02PO3-40.1～100.99930.0412.10CH3CO-20.1～100.99910.0112.11CHO-20.1～100.99900.0212.34

2.4样品测定和回收率

对收集到的4种市售食用油、2种地沟油，共6组样品，经过水萃取后，利用柱切换在线样品前处理和在线富集阴离子方法测定其中的常规阴离子和有机酸，得到的谱图如图4所示，图中A为市售食用油，B为地沟油．样品的分析结果见表2，实验结果表明，食用油和地沟油中亚硝酸根、溴、硝酸根

和磷酸根离子的含量在检出限以下，无机阴离子的质量分数很低．地沟油中甲酸、乙酸的质量分数明显高于食用油．分析原因可能是地沟油在烹调之后，与水、金属、微生物等作用，酸败程度高；又因为地沟油的含水量高，有利于微生物繁殖，在油品中的解酯酶作用下，使酸败程度进一步加深．

图4　食用油A和地沟油B的色谱图Fig.4　Analysis of edible oils (A) and illegal cooking oils (B) by the IC system.

待测离子Ions食用油Edibleoil/(mg·L-1)ⅠⅡⅢⅣ地沟油Illegalcookingoil/(mg·L-1)ⅠⅡF-0.068±0.0010.033±0.0010.104±0.0020.006±0.001N.DN.DCH3CO-20.999±0.0032.42±0.0100.999±0.0021.42±0.0208.05±0.0306.42±0.020CHO-20.036±0.0010.942±0.0020.523±0.0010.049±0.00123.3±0.20018.8±0.100Cl-0.105±0.0010.219±0.0020.274±0.0010.063±0.0010.245±0.0020.62±0.010SO2-40.059±0.0020.431±0.0020.106±0.0020.099±0.0020.053±0.0010.087±0.001

N.D.未检出( Not detectable).

测定方法的准确度可以通过回收率来衡量．分别对食用油和地沟油样品进行加标回收实验，回收率结果见表3．可能由于样品中待测物在前处理过程中提取不完全，造成其加标回收率较低：食用油Ⅲ为78.9%～87.7%，地沟油Ⅰ为75.6%～86.1%.

表3　食用油和地沟油的回收率

续表

待测离子Ions食用油ⅢedibleoilⅢ原含量Found/(mg·L-1)加标量Added/(mg·L-1)回收率Recovery/%地沟油ⅠIllegalcookingoil原含量Found/(mg·L-1)加标量Added/(mg·L-1)回收率Recovery/%CH3CO-20.9990.586.7±0.1185.1±0.1287.7±0.28.050.580.7±0.4178.5±0.1277.3±0.2CHO-20.5230.579.1±0.1180.7±0.3281.1±0.123.30.577.2±0.3176.8±0.3275.6±0.2Cl-0.2740.186.8±0.10.587.2±0.2186.5±0.10.2450.182.1±0.20.585.7±0.1186.1±0.1SO2-40.1060.181.9±0.30.583.6±0.1178.9±0.10.0530.185.8±0.10.583.2±0.2181.5±0.1

N.D.未检出( Not detectable).

3结论

建立了离子色谱柱切换在线前处理法，并采用超声波加热辅助液液萃取法萃取食用油和地沟油中的水溶性离子，可同时测定食用油和地沟油中的无机阴离子和有机酸．方法简单、快捷，线性范围内相关性好．实验结果表明，食用油和地沟油中亚硝酸根、溴、硝酸根和磷酸根离子的质量分数均在检出限以下，无机阴离子的质量分数很低，地沟油中甲酸和乙酸的质量分数明显高于食用油．本研究可用于食用油和地沟油的鉴别，具有较好的实用价值，还可用于食品等复杂基质中常规阴离子和有机酸的检测．

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Distinguishing illegal cooking oils by ion chromatography with column-switching on-line sample pretreatment. Journal of Zhejiang University(Science Edition), 2016,43(2):220-225

Abstract:The ion chromatography with on-line sample pretreatment using column-switching technique is applied to the simultaneous analysis of the conventional inorganic anions and organic acids in edible oils and illegal cooking oils. In this work, a polymer-based reversed-phase column was used as the pretreatment column. Via column-switching technique, sample solution with target ions were eluted from a collection loop to the analytical columns with matrix eliminated on-line. A series of standard solutions consisting of target ions of various concentrations from 0.05 to 10 mg·L(-1) are analyzed, with a correlation coefficient r≥0.9990 and a satisfactory repeatability (RSD≤2.34%, n=6). The limits of detection are in the range from 4 to 41 μg·L(-1) based on S/N of 3 and the 25 μL injection volume. The average spiked recovery rates are between 75.6% and 87.7%. The result shows that the concentration of acetate and formate are significantly higher in the illegal cooking oils than edible oils. The on-line sample pretreatment IC system is convenient and practical for the determination of conventional inorganic anions and organic acids in edible and illegal cooking oil samples.

Key Words:ion chromatography; column-switching; conventional inorganic anions; organic acids

中图分类号：O 657.7

文献标志码：A

文章编号：1008-9497(2016)02-220-06

DOI:10.3785/j.issn.1008-9497.2016.02.017

作者简介：赵训燕(1991-)，ORCID:http://orcid.org/0000-0002-9731-991X,女，硕士研究生，主要从事离子色谱研究.*通信作者，E-mail: zhuyan@zju.edu.cn.

基金项目：国家重大科学仪器设备开发专项(2012YQ09022903)；浙江省自然科学基金资助项目(Y12B050014，LQ13B050001，LY12B05003).

收稿日期：2015-06-23.