基于气相色谱法定量分析二氧化硫

皇甫惠

（山西兴新安全生产技术服务有限公司，山西 太原 030024）

二氧化硫广泛应用于食品加工中，具有防腐、漂白、抗氧化功能。需要注意的是，胡椒、八角与大蒜等香料产品在生长过程中易吸收富集S 元素。据GB 5009.34—2016 标准，目前检测方法测得香料中SO2的残留量是样品中硫化合物的总量，而非SO2实际量。为解决此问题，本文的研究结合食品中SO2实际检测，并使用顶空-气相色谱-质谱（HS-GC-MS）建立了一种更准确、方便的食品中SO2检测方法。此外，使用气相色谱法和热导检测器（TCD）检测草药或汤剂中的SO2残留也被纳入2015 年版的药典。

1 实验部分

1.1 仪器、试剂与材料

NaCl；H2SO4，1.84 g/mL；NaOH，AR；Na2SO3基 准试剂，纯度99.8%。

气相色谱－串联质谱仪，Agilent 7890/7000B；高速离心机，Allegra64RCentrifuge。

1.2 标准溶液的配制

称量50 mg 的硫酸钠置于容量瓶中，并向其中加入100 mL的水得到质量浓度为500 mg/L 的标准溶液。在此基础上，分别量取0.05、0.1、0.2、0.5、1、2 mL标准溶液，分别向其中加入质量浓度为100 g/L 的氢氧化钠溶液1 mL和20 mL 质量浓度为200 g/L 的氯化钠溶液。同时，再量取4 mL 标准溶液，并向其中加入浓度为10 mol/L 的硫酸溶液2 mL。将上述配置所得溶液精制备用。

1.3 样品前处理

1）均匀试样（淀粉、红糖、果酒等）：取精确至0.001 g 的样品2.0 g 放入离心管内（50 mL），在液体与固体样品中分别加入18 mL 与20 mL 的NaCl 溶液（200 g/L），进行漩涡混合10 s 后，在超声波10 min 的作用后完成对其的提取；在此基础上，将上述的样品在离心机的作用下进行处理，离心机设定的速度为12 000 r/min，最后取样品的上清液4 mL 备用。

2）均匀试样（白糖及相关制品）：采用天平量取2 g 的样品对其进行破碎处理，并将破碎后的样品置于50 mL 离心管中。在离心管中加入氢氧化钠和氯化钠溶液，其中氢氧化钠的质量浓度为100 g/L，体积为1 mL；氯化钠溶液质量浓度为200 g/L，体积为19 mL；加入上述两种溶液后充分混合10 s，同样在超声波和离心机的作用下对其进行提取4 mL 上清液备用。

1.4 分析条件

1）质谱条件：采用温度为230 ℃的EI 离子源，其电离能量为70 eV，选择离子扫描（SIM）模式，且四极杆温度设定为150 ℃，其中使用64 号离子作为定量限离子，使用48 号、50 号、66 号离子作为定性离子。溶剂延迟时间为4 min。

2）顶空条件：采用容量为20 mL 顶空瓶，进样针与加热温度分别设定为105 ℃与80 ℃，加热温度维持时间为10 min。进样量与速度分别为500 μL 与200 μL/s，且于进样口停留1 s，进样后采取1 min 的吹扫操作。

3）气相色谱条件：采用30 m×0.32 mm 规格的气相色谱柱GS-GASPRO，5 min 内匀速率将其整体温度从50 ℃（需保持4 min）升至125 ℃，色谱柱内流体采用恒流式高纯氦气（纯度≥99.999%），其速度为2.0 mL/min；传输线与进样口温度均为200 ℃；分流比为1∶20。

2 结果与讨论

2.1 检测条件的优化

1）色谱柱：本文通过对两种气固色谱柱进行对比分析（GS-GASPRO 与PoraPLOT U）。通过改进升温程序，发现PoraPLOTU 色谱柱在检测SO2时存在持续的拖尾现象。但是，从图1 中可以看出，基于GS-GASPRO毛细柱可以提高整体的检测精度。因此，针对二氧化硫的检测需求采用GS-GASPRO 毛细柱法。

图1 SO2 总离子流图（TIC）及质谱图（MS）

2）酸溶液的选择：通过实验可以看出，采用硫酸溶液相对采用盐酸溶液可获得更高精度的检测结果；而且，盐酸溶液相比较于硫酸溶液其腐蚀性更强。因此，最终确定采用硫酸溶液。

3）标准溶液稳定性：采用碱与非碱溶液对标准溶液进行反应稳定性考察。实验结果表明，无论在哪种溶液中，亚硫酸钠在8 h 内拥有着不低于90%的稳定性，因此，其使用的有效时间为8 h。实验样品前处理中引入NaCl 溶液（200 g/L）抑制吸水性食品的膨胀性。研究发现，NaCl 与蒸馏水对SO2的影响效果较小，因此，选择NaCl 来稀释定容；碱性条件下H2SO3的响应强度是非碱性条件的10 倍。

4）顶空条件：通过实验表明，随着顶空温度的增加，对应二氧化硫的响应能力越强，同时还会引入大量的水蒸气；而且保温时间对二氧化硫的影响较小。因此，最终确定保温时间为80 ℃，保温时间为10 min。

5）NaOH 溶液对SO2提取的影响（图2）：是发生亲核加成反应的强亲核试剂。亚硫酸盐在食品中以三种形式存在：可逆、不可逆以及游离态，其中不可逆态盐不会与酸反应产生SO2。NaOH 可释放可逆结合态盐，因此样品中盐通过加入20 mL NaOH（100 g/L）与NaCl（200 g/L）的混合溶液进行提取。此外，前5 样产品采用碱性条件提取，后3 样产品采用NaCl 溶液进行提取。对前边8 种样品进行吸附实验可得其饱和吸附点。此外，还考察了碱浓度对SO2提取效果的影响，实验结果表明，100 g/L NaOH 溶液对样品中的亚硫酸盐释放效果最好。

图2 NaOH 溶液对样品中SO2 提取的影响

2.2 方法学考察

2.2.1 标准曲线

基于前文研究成果进行溶液配制绘制SO2标准曲线，当SO2质量浓度低于100 μg/L 时，钠亚硫酸盐的质量浓度与其峰面积的线性相关系数为0.99。标准曲线的线性方程为y=40 964.5x－77 011。

2.2.2 检测范围及检出限

根据该方法的信噪比计算，检出限为3.0 mg/kg，定量限为10.0 mg/kg。

2.2.3 回收率和精密度

将Na2SO3标准溶液添加到6 类食品中，经实验发现，添加SO2量在25.0～250 mg/kg 范围内，回收率的平均值为97.2%，相对标准偏差（RSD）范围为0.38%～6.4%。

2.2.4 实际样品测定

采用滴定方法对14 种市售样品中SO2含量进行比较实验与分析，结果如表1 所示。两种方法检测结果相当一致。

表1 实际样品方法比对

3 结论

本文研究开发了一种测定食品中二氧化硫（SO2）含量的GC-MS 方法，其简化了前处理且省去蒸馏环节，有效降低检测用时，适用于样品数量较多时的检测。此方法对于部分产品存在回收率低现象，但检测效果差别不大，至于不同产品亚硫酸钠吸收效果与回收率间的具体关系与原因还需深入分析研究。