离子色谱法在食品添加剂检测中的应用研究

金瑞琪

摘 要：食品添加剂在现代食品工业中扮演着重要角色，但某些添加剂的过量使用可能对人体健康产生不利影响。因此，准确、高效地检测食品中的添加剂含量对于食品安全监管至关重要。离子色谱法以其优异的分离能力、灵敏度和定量准确性，在食品添加剂检测领域得到了广泛应用。本文阐述了离子色谱在几类常见食品添加剂，如防腐剂、甜味剂、着色剂等，检测中的应用，重点探讨了样品预处理、色谱分离和检测条件优化等关键技术的优化策略，旨在为相关工作人员提供借鉴参考。

关键词：离子色谱；食品添加剂；样品预处理；检测；食品安全

Research on the Application of Ion Chromatography in the Detection of Food Additives

JIN Ruiqi

（Foshan University of Science and Technology， Foshan 528225， China）

Abstract： Food additives play an important role in modern food industry， but excessive use of certain additives may have adverse effects on human health. Therefore， accurate and efficient detection of additive content in food is crucial for food safety supervision. Ion chromatography has been widely used in the field of food additive detection due to its excellent separation ability， sensitivity， and quantitative accuracy. This article elaborates on the application of ion chromatography in the detection of several common food additives such as preservatives， sweeteners， colorants， etc. It focuses on exploring the optimization strategies of key technologies such as sample pretreatment， chromatographic separation， and detection condition optimization， aiming to provide reference for relevant personnel.

Keywords： ion chromatography; food additives; sample pretreatment; detection; food safety

食品添加剂是指为改善食品品质和感官特性、延长保质期而加入食品中的人工合成或天然物质。防腐剂、甜味剂、着色剂、抗氧化剂等是食品工业中常用的添加剂种类[1]。适量使用食品添加剂可以有效改善食品的风味、色泽和货架期，但如果添加过量，则可能危害消费者健康。例如，某些防腐剂摄入过多会导致溃疡和肝肾损伤；合成着色剂可能引发过敏反应和代谢紊乱；高剂量甜味剂与肥胖、糖尿病的发生存在关联。因此，科学评估添加剂在食品中的含量，对于规范其使用和保障膳食安全具有重要意义。

1 离子色谱法原理简介

离子色谱是以离子交换作用为基础实现物质分离和检测的一类色谱技术。其基本原理是待测物质的离子与固定相表面的可交换基团发生可逆的静电吸附，在淋洗液的洗脱作用下，不同离子在色谱柱中的滞留时间不同，从而被分离开来并被检测器检出[2]。与液相色谱和气相色谱相比，离子色谱的分离机制独特，专属性更强。常用的离子交换填料主要包括硅胶、聚合物树脂、氧化锆等材料，表面接枝季铵盐、磺酸基团，分别用于阴离子和阳离子的分离。淋洗液的pH值、离子强度、有机相比例等条件影响离子交换的平衡，离子色谱通过优化淋洗液组成来提高目标物的分离度、改善峰形。检测器是离子色谱的关键组成部分，常见的检测器包括电导检测器、安培检测器、紫外可见吸收检测器等。电导检测器适合无紫外吸收的离子检测，安培检测器可实现电活性离子的灵敏检测，紫外检测器则适用于有机酸、芳香胺类添加剂。通过优化检测波长、加入柱后衍生试剂等方法可进一步提高检测灵敏度和选择性。

2 离子色谱仪器

典型的离子色谱仪由进样器、泵、色谱柱、抑制器、检测器等部分组成。进样器引入一定体积的样品，泵负责输送淋洗液并精确控制流速，色谱柱是分离发生的场所，分离后的物质进入检测器被检出并转换为电信号。抑制器是离子色谱的特有装置，可降低淋洗液背景，放大目标物的信号，是实现痕量分析和梯度洗脱的关键。根据抑制方式可分为化学抑制、电解抑制等[3]。

离子色谱可分为阴离子交换色谱和阳离子交换色谱。前者固定相带正电荷，适合检测无机阴离子和有机酸根离子；后者固定相带负电荷，主要分析金属阳离子和有机胺离子。针对不同分析对象，离子色谱在柱温、柱内径、填料粒径等方面有多种规格可选。例如，有机酸分析多采用内径2～4 mm、填料粒径5～10 μm的阴离子柱，配以氢氧化钾淋洗液梯度洗脱；金属离子分析常用内径3～5 mm、粒径5 μm左右的阳离子柱，淋洗液为硝酸等无机酸。近年来，离子色谱技术不断更新，一些新型离子色谱如抑制型离子色谱、毛细管离子色谱、高压离子色谱相继问世。抑制型离子色谱内置抑制装置，可在线抑制淋洗液，大大简化了分析步骤。毛细管离子色谱柱采用内径小于0.5 mm的微柱，可显著提高灵敏度和分离度。高压离子色谱则通过超高压输液系统提高了分析速度。此外，离子色谱与其他分离技术如毛细管电泳、超临界流体色谱的在线联用也充实了离子分析手段。这些新进展极大地拓宽了离子色谱的应用范围，为食品添加剂检测注入了新的活力。

3 离子色谱在食品添加剂检测中的应用

3.1 防腐剂检测

防腐剂是食品中最常用的一类添加剂，主要包括苯甲酸、山梨酸及其盐类、对羟基苯甲酸酯类等。离子色谱可同时测定食品中的多种防腐剂，具有简便快速、重现性好的特点。苯甲酸、山梨酸等有机酸型防腐剂多采用阴离子交换色谱分离，与氢氧化钾或氢氧化钠溶液组成的淋洗液相容性好，检测限在0.01～0.05 mg·kg-1。对羟基苯甲酸酯类防腐剂疏水性较强，在反相离子对色谱上分离效果理想，以十八烷基硫酸钠等为离子对试剂，甲醇-水为流动相，可实现中性、酸性和碱性对羟基苯甲酸酯的同时分离，检出限在0.05 mg·kg-1以下。

样品前处理是防腐剂检测的关键环节。对于饮料、酱油等液态样品，可直接稀释后上样或简单过滤除去悬浮颗粒。而肉制品、水果罐头等固体样品需匀浆后提取，提取方法主要有液-液萃取、固相萃取、超声辅助提取等。例如，在山梨酸的提取中，固相萃取明显优于液-液萃取，C18填料对山梨酸的保留效果最佳。超声辅助提取可缩短提取时间、提高提取效率。样品净化过程中，还需注意选择性地去除共提物，如蛋白质、脂肪和色素，避免其干扰离子色谱分析。

3.2 甜味剂检测

合成甜味剂是食品工业中应用广泛的一类添加剂，常见品种包括糖精钠、安赛蜜、三氯蔗糖、阿斯巴甜等。这些甜味剂大多属于强极性物质，水溶性好，不易通过反相液相色谱直接分离测定。离子色谱技术可有效克服这一局限，实现甜味剂的灵敏检测与定量分析。

阴离子交换色谱是测定甜味剂的理想方法[4]。以氢氧化钾溶液为淋洗液，采用梯度洗脱方式，可在单次进样中实现9种甜味剂的分离测定，电导检测器的检出限为0.05～0.25 mg·L-1。这种方法操作简便，重现性好，适合甜味剂的常规检测。含氮甜味剂如糖精钠还可采用阳离子交换色谱分离，再结合脉冲安培检测，可进一步提高灵敏度，检出限可低至

0.6 μg·L-1。离子色谱-安培检测联用技术在痕量甜味剂分析中极具应用潜力。

由于甜味剂在食品基质中含量较低，浓度水平一般在mg·kg-1以下，因此离子色谱分析前需对其进行有效富集和净化。①固相萃取是甜味剂样品前处理的首选方法，与传统的液-液萃取相比，固相萃取操作更简单，易实现自动化，且萃取效率高，可显著降低基质效应。在固相萃取填料的选择上，聚合物吸附剂因具有较强的疏水保留能力和专一性而备受青睐。FASt-RP-1是一种典型的疏水性聚合物吸附剂，萃取甜味剂后，可通过控制洗脱条件，选择性地洗脱目标物，获得令人满意的净化和富集效果，为后续的离子色谱分析奠定基础。②近年来，分子印迹聚合物吸附剂的应用日益广泛，其专一识别能力为复杂基质中目标物的选择性富集提供了新的思路。通过合理设计模板分子和功能单体，可制备出对特定甜味剂具有专一亲和力的分子印迹聚合物。这类吸附剂与甜味剂分子在结构和电荷分布上高度匹配，因而对目标物具有超高的选择性，可最大限度地消除复杂基质的干扰。

3.3 着色剂检测

人工合成着色剂因具有色泽鲜艳、稳定性好、成本低等优点，在食品工业中得到广泛应用。常用的合成着色剂主要有玉红、柠檬黄铝色淀、日落黄、胭脂红、赤藓红等。这些着色剂大多为水溶性较好的磺酸衍生物，非常适合用离子色谱法检测。通过比较，阴离子交换色谱被证实是分离检测合成着色剂的理想方法。采用弱碱性淋洗液如氢氧化钠，并适度调节pH值和离子强度，可实现20余种水溶性着色剂的基线分离。结合二极管阵列检测器在430～600 nm波长范围内扫描，检出限可达0.05～0.50 mg·L-1。

着色剂样品预处理程序相对简单。液体样品直接过滤，固体样品加热回流提取后过滤即可上样。需要注意的是，在提取色素时应控制加热温度和时间，避免色素分解。此外，采用Cl-或OH-型阴离子交换填料，可直接分析未经预处理的着色剂混合物。

离子色谱法具有分离能力强，选择性好，定量准确等特点，非常适合极性和离子型食品添加剂的测定。与传统分析方法和其他色谱技术相比，离子色谱分析食品添加剂操作更简单，灵敏度和精密度更高，可同时测定多组分，检测限一般在0.01～

1.00 mg·kg-1。根据添加剂的理化性质，选择合适的固定相、淋洗液和检测器，并优化样品前处理条件，可获得令人满意的检测结果。

然而，离子色谱在食品添加剂检测中仍存在一些局限和挑战。基质效应是普遍存在的干扰因素，某些食品（如肉制品、乳制品）基质复杂，共提物难以完全去除。建立基质标准曲线、使用保护柱、缩短进样时间、优化梯度洗脱等，可在一定程度上减轻基质效应。此外，虽然离子色谱的检测灵敏度较高，但对某些添加剂（如β-胡萝卜素）的检出限还有待改善。采用大体积进样、柱后衍生、联用更灵敏的质谱检测器是今后发展的重点方向。

4 离子色谱法在食品添加剂检测中的优化策略

4.1 样品前处理优化

样品前处理是离子色谱分析的重要环节，直接影响检测结果的准确性和重现性。食品基质复杂多样，含有大量蛋白质、脂肪、糖类等干扰成分，因此样品前处理的关键是有效去除基质干扰，提高目标物的提取效率和选择性。

①对于液态样品，如饮料、酱油，可采用稀释过滤法去除悬浮颗粒和大分子物质。稀释倍数需要根据添加剂浓度和基质情况进行优化，既要满足检测限的要求，又要尽量减少基质效应。若稀释后的样品中仍存在干扰，可进一步采用固相萃取、液-液萃取等方法净化。②固态样品（肉制品、水果罐头等）需先均质，再提取目标添加剂。提取方法的选择应综合考虑添加剂的理化性质和基质特点。例如，酸性添加剂（糖精、山梨酸等）可用水或稀酸提取，而脂溶性添加剂（丁基羟基茴香醚等）则需要用有机溶剂（乙醚等）提取。

此外，超声辅助提取可显著缩短提取时间、提高提取效率。为进一步净化提取液，可采用固相萃取、凝胶渗透色谱等方法去除共提物。固相萃取是食品添加剂样品净化的首选方法，根据添加剂的极性，可选择硅胶、C18、阴离子交换树脂等填料。优化洗脱溶剂的种类和用量，可选择性地洗脱目标物，去除基质干扰。例如，在硝基糖精钠的固相萃取中，用

0.2 mol·L-1氢氧化钠溶液洗脱，回收率可达95%。

4.2 色谱分离条件优化

固定相是实现离子色谱分离的核心，其表面官能团的种类和密度直接影响目标离子的保留行为。常用的固定相有硅胶基质、聚合物基质等，表面接枝季铵盐、磺酸基团，分别用于阴离子和阳离子的分离。根据添加剂的电荷性质，选择合适的固定相是首要步骤[5]。例如，有机酸型防腐剂（山梨酸、苯甲酸等）多用阴离子交换柱分离；而胺类抗氧化剂，如丁基羟基茴香醚、二丁基羟基甲苯，则需用阳离子交换柱。

淋洗液组成直接影响离子交换平衡，进而影响目标物的保留时间和分离度。常见的淋洗液有氢氧化钠、碳酸钠、甲酸等，可根据分析物的酸碱性和检测器的适用性进行选择。淋洗液浓度过低，交换容量不足，保留时间长；浓度过高则易产生基线漂移，降低灵敏度。优化淋洗液的pH值、离子强度和有机相比例，可显著改善色谱峰形，提高分离效率。例如，在安赛蜜、糖精钠等甜味剂的分析中，以20 mmol·L-1氢氧化钠为淋洗液，并适当调节pH值至11～12，可在20 min内实现7种甜味剂的基线分离。

柱温也是影响离子色谱分离的重要参数。适度升高柱温，可显著提高离子交换动力学指标，缩短分析时间；但温度过高，则会引起淋洗液黏度下降，柱效降低，同时也加剧硅胶基质的溶解。因此，在选定固定相和淋洗液后，有必要对柱温进行优化。一般情况下，柱温控制在30～40 ℃为宜。

此外，进样量、流速等参数也会影响离子色谱分离特性，应根据检测限和分离度的要求进行优化。减小进样体积和增大流速有利于提高柱效，但可能导致灵敏度下降。采用聚焦淋洗和梯度洗脱技术，可在不影响分离度的前提下，进一步缩短分析时间。

4.3 检测方式优化

检测器的选择是离子色谱分析的另一个关键因素，直接关系到检测的灵敏度和选择性。①电导检测器是应用最广泛的离子色谱检测器，适合无紫外吸收的无机离子和有机酸的分析，且价格低廉，使用方便。但电导检测容易受淋洗液背景的干扰，灵敏度和选择性有限。②紫外-可见吸收检测器可提供更好的选择性，但仅适用于有共轭结构的添加剂，如山梨酸、苯甲酸等。合理选择检测波长，可有效提高灵敏度，避免基质干扰。例如，在对羟基苯甲酸酯类防腐剂的分析中，选择256 nm作为检测波长，可获得最佳的信噪比和检测限。③安培检测器对电活性物质，如硝基糖精钠、山梨酸钾等，具有优异的灵敏度和选择性，检出限可达ng·L-1水平。但安培检测器价格昂贵，且需要配备特殊的电解池和参比电极，使用不够方便。此外，安培检测对淋洗液中的有机相比例较为敏感，需要优化洗脱条件以保证基线的稳定性。④近年来，离子色谱-质谱联用技术得到迅速发展，可实现食品添加剂的定性定量分析。质谱检测器具有高灵敏度和高选择性的特点，尤其适合复杂基质中痕量添加剂的检测。电喷雾离子化（Electrospray Ionization，ESI）是最常用的离子源，可软电离水溶性添加剂分子，并与三重四极杆、飞行时间等质量分析器联用，提供丰富的结构信息。例如，采用离子色谱-ESI-MS/MS技术，可在10 min内同时测定食品中60余种添加剂，检出限在0.01～10 μg·kg-1，且基本不受基质干扰。

5 结语

食品添加剂种类繁多，在食品工业中发挥着不可替代的作用。然而，添加剂的滥用可能危害消费者健康，科学监管添加剂的使用量势在必行。离子色谱法凭借高效分离、灵敏检测、简便易行等优势，已成为食品添加剂检测的重要技术手段。只有不断创新，优化分离检测方案，提高分析水平，才能更好地发挥离子色谱在食品添加剂检测中的作用，为食品安全提供有力保障，维护消费者权益。在科技工作者的共同努力下，离子色谱法必将在食品添加剂检测领域取得更大的突破和进展。

参考文献

[1]单月梅，姜诗雨，缪雄，等.离子色谱法在食品检测中的应用研究[J].现代食品，2023，29（22）：83-85.

[2]郭龙伟，赵迎春，姜明俊，等.离子色谱法在检测标准中的应用现状及展望[J].现代食品，2023，29（5）：16-19.

[3]林华影，张琼，盛丽娜，等.离子色谱法同时测定食品中的五种添加剂[J].中国卫生检验杂志，2004，14（5）：556-558.

[4]朱海佩，张方方.离子色谱法在食品添加剂检测中的应用[J].现代食品，2017（8）：59-61.

[5]高慧.离子色谱和液相色谱串联质谱法测定食品中的添加剂[D].泰安：山东农业大学，2012.