离子色谱法测定白酒中10种阴离子

王 鑫，王小平*，刘忠莹，张定秋，朱敏敏，何叶馨，刘云龙，郑红毅

（1.四川省食品检验研究院，四川 成都 610097；2.国家市场监管重点实验室（白酒监管技术），四川 成都 610097）

白酒是我国独具特色的酒，承载着我国的悠久历史和文化[1-3]。近几年，白酒行业负面新闻不断，从“勾兑”、“塑化剂”、“年份酒”、“敌敌畏”等事件[4-8]，让白酒蒙上了阴影，为让消费者对中国白酒重树信心，监管部门加大了对白酒的监管，特别是白酒的风险管控[9-10]。阴离子广泛存在于自然界中，其关乎白酒的品质和安全，主要通过原料选取、加工助剂以及人为添加等步骤引入。一些阴离子会直接影响白酒口感，如氯离子（Cl-）、硝酸根离子（NO3-）、硫酸根离子（SO42-）使酒变得醇和，刺激感减弱，磷酸根离子（PO43-）使酒有苦涩感[11]。另一些阴离子会直接影响白酒的食用安全，如溴酸根离子（BrO3-）为2B类致癌物，会增加人类患癌症的几率[12-13]；氯酸根离子（ClO4-）会导致甲状腺功能退化，影响人体发育，尤其对胚胎、孕妇、哺乳期妇女和少年儿童影响更为显著，成年人持续摄入高氯酸盐，机体会发生骨髓造血细胞再生障碍[14-16]；硫氰根离子（SCN-）在体内被转化为氰根离子，其在体内很快与细胞色素氧化酶中的三价铁离子结合，抑制酶的活性，使组织不能利用氧，引起恶心、呕吐、腹痛、腹泻等肠道功能紊乱，血压波动，心率减慢等症状[17-19]。这些有毒有害的阴离子会在工业中应用或产生，如果一旦进入环境，会随地下水和地表水快速扩散，造成污染的扩大化，即有可能造成白酒被污染[20-21]，因此有必要对白酒中的危害阴离子建立一个可行检测方法，对其进行监控。

离子色谱（ion chromatography，IC）法是检测阴离子最常用的方法，其具有快速、灵敏、重复性好、选择性好等优点，在环境分析、食品分析及药物分析中广泛应用。目前出现了很多关于离子色谱在酒类中应用报道，邹沫君等[22]建立了用离子色谱-电导检测法测定白酒中氟离子的方法，其线性范围广，准确性和精密度良好，操作较简便；鲁广秋等[23]应用离子色谱法测定出胡蜂酒中5种阴离子（氟（F-）、Cl-、溴（Br-）、NO3-、PO43-）含量，为评价胡蜂酒提供新思路；ZHONG F J 等[24]应用离子色谱法实现了在33 min内分离测定出白酒中甲酸盐、乙酸盐、丙酸盐、草酸盐、琥珀酸盐、谷氨酸盐、氟化物、氯化物和硫酸盐等化合物；BILGˇI ALKAYA D等[25]建立了一种应用离子色谱法在22 min内分离测定出葡萄酒中七种无机阴离子（氟化物、氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、亚硫酸盐、硫酸盐、磷酸盐）的方法，该方法定量限为0.5 mg/L；LI F等[26]建立了一种电导结合脉冲安培检测的阀切换离子色谱法，能够同时测定葡萄酒中的有机酸、无机阴离子和醛酚；WU J等[27]应用固相微萃取法结合离子色谱法测定出葡萄酒中的痕量阴离子。离子色谱法测定酒中糖醇、醛酸和离子等化合物是较为成熟的，但针对白酒中多种阴离子检测相对较少，特别是污染物（BrO3-、次氯酸根（ClO3-）、SCN-、ClO4-）。为了更好地监控白酒安全风险，本研究建立一种离子色谱法测定白酒中10种阴离子（BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、碘（I-）、PO43-、SCN-、ClO4-）的方法，并进行方法学考察，旨在为白酒中多种阴离子测定提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料与试剂

不同厂家白酒（酒精度为36%vol、38%vol、40%vol、42%vol、45%vol、52%vol、60%vol）：市售；BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、I-、PO43-、SCN-、ClO4-标准溶液（质量浓度均为1 000 μg/mL）：国家有色金属及电子材料分析测试中心；C18小柱（60 mg/3 mL）：美国菲罗门公司。

1.2 仪器与设备

ICS-5000离子色谱仪（带电导检测器、氢氧化钾自动淋洗液发生器）：美国Thermo Fisher公司；EG37C加热板：北京莱博艾德科技有限公司。

1.3 方法

1.3.1 离子色谱条件

分析柱：IonPac AS19色谱柱（250 mm×4 mm）、IonPac AG19保护柱（50 mm×4 mm）：流速：1 mL/min；柱温：30 ℃；进样体积：25 μL；抑制电流：174 mA；梯度淋洗条件：0～15.0 min，3 mmol/L～20 mmol/L KOH；15.0～15.1 min，20 mmol/L～10 mmol/L KOH；15.1～30.1 min，10 mmol/L～70 mmol/L KOH，30.1 ～35 min，70 mmol/L ～3 mmol/L KOH[22]。

1.3.2 标准溶液配制

分别移取适量标准溶液至100 mL的容量瓶中，用去离子水定容，配制成BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、PO43-、SCN-、ClO4-质量浓度分别为0.1 mg/L、0.2 mg/L、0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10 mg/L和I-质量浓度分别为0.5 mg/L、1.0 mg/L、2.0 mg/L、5.0 mg/L、10 mg/L混合标准系列溶液。

1.3.3 样品前处理

移取10 mL白酒于50 mL烧杯中，置于180 ℃电热板上，加热浓缩至溶液至5 mL，取出样品，冷却至室温，转移至5 mL容量瓶中，用去离子水定容至刻度，过0.45 μm有机滤膜和C18小柱（预先用甲醇和水活化），收集溶液至1.5 mL进样小瓶[23，28]。

1.3.4 方法学考察

（1）重复性试验

取1.3.2 中1 mg/L混合标准溶液重复测量6 次，以出峰时间的相对标准偏差说明方法的定性重复性和以峰面积的相对标准偏差说明方法的定量重复性。

（2）加标回收率和精密度试验

取52%vol 白酒10 mL分别加入10种阴离子（BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、I-、PO43-、SCN-、ClO4-），均为2.5 μg（低）、10 μg（中）、25 μg（高），白酒样品加标后的操作跟1.3.3一致，重复测定6次，计算精密度试验及加标回收率试验结果相对标准偏差（relative standard deviation，RSD）。

1.3.5 数据处理

采用Microsoft Excel 2010软件对检测数据进行统计分析和绘制表格，采用SPSS 26.0统计软件进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 白酒样品经C18小柱预处理的结果

白酒中乙醇占比很高，如果不经过任何处理直接进样，乙醇会影响目标物质的测定，且会损害仪器和色谱柱，为避免还原性离子（如I-）被氧化，本试验采用高温短时处理（180 ℃加热约20 min）能够解决以上问题[23，29]，去除白酒中乙醇，同时达到浓缩样品、降低方法检出限的目的。有文献报道C18小柱应用于白酒的前处理，可以去除样品中部分有机物[28]，有利于目标物的测定。白酒样品经C18小柱预处理前后的离子色谱分析结果见图1。由图1可知，白酒样品没有经过C18小柱预处理时，在5～10 min之间出现很大的干扰峰，这可能是样品中不易挥发的醛类和酸类；在BrO3-和Cl-出峰位置有一个很大的干扰峰，严重影响BrO3-和Cl-的测定。经C18小柱的处理后，5～10 min的干扰峰明显减小，特别是BrO3-和Cl-出峰位置的干扰峰得到去除，BrO3-和Cl-出峰清晰，基线更加平稳，有利于样品的测定。

图1 白酒样品经C18小柱预处理前后的离子色谱图对比Fig.1 Comparison of ion chromatograms of Baijiu sample before and after C18 column pretreatment

2.2 标准曲线的线性范围、回归方程、相关系数、检出限及定量限

分别将本研究中涉及的10种阴离子配制成混合标准溶液，按照所建立的分析方法进行测定，离子色谱图见图2。由图2可知，在本试验条件下，测定的10种阴离子（BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、I-、PO43-、SCN-、ClO4-）在35 min内能够实现良好分离。

图2 10种阴离子标准溶液的离子色谱图Fig.2 Ion chromatogram of 10 anionic standard solutions

以峰面积（y）为纵坐标，标准溶液质量浓度（x）为横坐标制作标准曲线，得到标准曲线回归方程、线性范围、相关系数、检出限及定量限见表1。

表1 白酒中10种阴离子的标准曲线回归方程、线性范围、相关系数、检出限及定量限Table 1 Regression equation of standard curve, linear range, correlation coefficient, detection limit and quantitation limit of 10 anions in Baijiu

由表1可知，分离度为2.17～10.51，能达到测定要求。I-在0.5～10.0 mg/L范围内、其他9种阴离子的线性范围为0.1～10.0 mg/L，相关系数R均＞0.997。以3倍信噪比计算10种阴离子的检出限，除I-检出限较大外，其他阴离子检出限均低于0.05 mg/L，以10倍信噪比计算10种阴离子的定量限，除I-外，其他阴离子定量限不超过0.1 mg/L，表明能满足10种阴离子的检测分析要求。

2.3 重复性试验

取10种阴离子浓度为1 mg/L混合标准溶液重复测量6次，以出峰时间的相对标准偏差说明方法的定性重复性，以峰面积的相对标准偏差说明方法的定量重复性，结果见表2。由表2可知，定性和定量的重复性很好，其定性重复性试验的RSD为0.11%～0.38%，其定量重复性试验的RSD为0.5%～3.9%。结果表明该检测方法重复性良好。

表2 定性和定量重复性试验结果Table 2 Results of qualitative and quantitative repeatability tests

2.4 精密度和加标回收率试验

采用52%vol白酒样品进行加标试验，移取10 mL白酒样品加标后按照1.3.3处理后上机测定。本试验分别考察2.5 μg、1.0 μg、2.5 mg/L低、中、高加标水平条件下回收率，精密度及加标回收率试验结果见表3。

由表3可知，除样品中BrO3-、ClO3-和I-未检出，其他7种阴离子均有检出；10种阴离子精密度试验结果RSD均＜10%，说明方法的精密度好；除低加标量（2.5 μg）条件下BrO3-和I-加标回收率较差（分别36%和30%），其他8种阴离子（Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、PO43-、SCN-、ClO4-）的加标回收率为73%～128%；I-加标回收率较低，可能是因为I-比较活泼、易与氧气反应，造成了部分I-损失；BrO3-随着加标水平提高，其加标回收率明显升高，高水平加标量可达到77%。由于BrO3-出峰处有干扰峰的影响，因此低含量BrO3-的准确定量，有待进一步研究，因此方法除低含量的BrO3-和I-准确性较差外，其他离子的低中高含量准确度都较好。结果表明，该方法精密度及准确度较好。

2.5 白酒样品中10种阴离子分析结果

随机选购不同酒厂的同一批次酒，酒精度分别为36%vol、38%vol、40%vol、45%vol、52%vol、60%vol的白酒样品共23个，采用本试验方法测定白酒样品中上述10种阴离子，结果见表4。由表4可知，Cl-、NO3-、SO42-和PO43-对白酒口感和感官有直接影响，随着这4种离子含量的增高，会抑制白酒呈香，会使酒更醇和，除磷酸根离子外，其他3种离子能增加白酒的醇甜感[11]。结果表明，Cl-、NO3-、SO42-和PO43-含量差异很大，如：Cl-含量最高来自两批酒精度为45%vol的酒样，为15 mg/L，而最低来自酒精度为52%vol的酒样，为0.5 mg/L；NO3-最高值和最低值均来自酒精度为60%vol的酒样，分别为7.7 mg/L和0.43 mg/L；SO42-和PO43-最高值可达33 mg/L和86 mg/L，而最低分别仅为0.3 mg/L和0.19 mg/L，这可能造成市售白酒口感差异很大的原因。BrO3-是一种致癌物质，是禁用物质，由于饮用水在使用臭氧消毒的过程中会产生BrO3-，因此我国的饮用水标准中对BrO3-也规定了限量值。本次检测的23个白酒样品中有10个检出BrO3-，检出率为43%，最高值为0.45 mg/L，远超过了饮用水中BrO3-限量值0.01 mg/L，因此白酒中BrO3-的含量应引起重视。由于含氯消毒剂和含氯盐的使用，造成ClO3-和ClO4-在水中或其他食品中被检出，ClO3-和ClO4-危害很大，特别是ClO4-，会影响人体发育，造成机体会发生骨髓造血细胞再生障碍。ClO3-和ClO4-对白酒还未造成较严重的污染，虽然ClO3-检出13批，占57%，但测定值为0.04～0.08 mg/L，而检出ClO4-仅有2批，且测定值仅为0.08～0.09 mg/L。SCN-会造成神经系统、消化系统和皮肤受到损害，从2005年起，我国不允许SCN-作为保鲜剂应用于乳制品中。SCN-在乳制品中应用的研究报道较多，鲜见其在白酒中应用的相关报道。本试验检出11批SCN-，占比48%，最高值可达1.2 mg/L，由此白酒中SCN-亦应引起重视。

表4 白酒样品中10种阴离子含量的检测结果Table 4 Determination results of 10 anions contents in Baijiu samples

3 结论

采用离子色谱法测定10种阴离子（BrO3-、Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、I-、PO43-、SCN-、ClO4-），该检测方法分离度好（2.17～10.51），色谱峰型好，线性范围宽（I-为0.5～10.0 mg/L、其他均为0.1～10.0mg/L），线性相关性好（相关系数R＞0.997）。重复性、精密度试验结果相对标准偏差（RSD）分别均＜5%、＜10%，除BrO3-和I-在低加标量（2.5 μg）条件下加标回收率较差（分别36%和30%），其他8种阴离子（Cl-、ClO3-、Br-、NO3-、SO42-、PO43-、SCN-、ClO4-）的加标回收率为73%～128%，说明该方法的重复性、精密度、准确度较好。采用本方法对市售23批白酒中样品进行了测定，Cl-、NO3-、SO42-和PO43-各个离子之间的含量差异很大，如SO42-和PO43-最高值可达33.0 mg/L和86.0 mg/L，而最低分别仅为0.3 mg/L和0.19 mg/L；BrO3-、ClO3-、SCN-和ClO4-分别检出10、13、11、2批，占比为43%、56%、48%、9%，其中ClO3-和ClO4-检出值较低，分别为0.04～0.08 mg/L、0.08～0.09 mg/L，而BrO3-和SCN-检出的最高值分别为0.49 mg/L、1.2 mg/L，这两种离子-对白酒有一定的风险，应该引起注意。