離子色譜分析食品中農(nóng)藥殘留

離子色譜分析食品中農(nóng)藥殘留

摘要:離子色譜已經(jīng)成為無機(jī)陰離子和部分有機(jī)離子的最主要的分析方法，應(yīng)用的范圍也從常規(guī)無機(jī)陰、陽離子分析發(fā)展到對(duì)更復(fù)雜的有機(jī)化合物，并在食品、醫(yī)藥、生化、農(nóng)業(yè)等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。本文著重介紹目前最新的離子色譜發(fā)展技術(shù)及其在最近在對(duì)食品、農(nóng)藥等方面進(jìn)行分析應(yīng)用的情況。

       離子色譜(IC)最初是為分析無機(jī)陰、陽離子而發(fā)展起來的，隨著IC技術(shù)的發(fā)展，其應(yīng)用范圍也逐漸擴(kuò)大，可分析的物質(zhì)不僅包括各種無機(jī)陰、陽離子，還擴(kuò)展到各種有機(jī)陰、陽離子及生化物質(zhì)。隨著人們對(duì)健康意識(shí)和環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，IC在食品和環(huán)境監(jiān)控方面的發(fā)展尤為迅速。采用離子色譜可以對(duì)食品中各種防腐劑、添加劑等分析，并已建立了許多簡(jiǎn)單、實(shí)用的測(cè)定方法；我們?cè)鴮?duì)離子色譜在食品分析方面進(jìn)行過介紹[1]，但隨著離子色譜新技術(shù)的發(fā)展，在對(duì)食品添加劑、糖類、氨基酸及農(nóng)藥殘留等的分析方面也有了新的進(jìn)展。

1. IC目前的發(fā)展情況

1.1 色譜柱的最新發(fā)展
       1.1.1 Dionex研制出一種新型的色譜柱，由于它也是由聚乙基苯乙烯-二乙烯基苯共聚物作為基質(zhì)，所以它也具有較寬的pH值使用范圍，和與水混溶的從0~100%（v/v）的普通反相有機(jī)溶劑的良好的兼容性。它不僅可以用于離子交換色譜、還可以用于離子對(duì)和反相液相色譜[2，3]，這種色譜柱我們稱之為多維柱，也稱多相柱。這種色譜柱填料被分為內(nèi)外兩層[3]，大孔顆粒空隙內(nèi)為內(nèi)層，大孔顆�？障秲�(nèi)表面用具有疏水部分的縮氨酸功能化，因而具有較強(qiáng)的疏水性，可吸收弱極性的中性分子，實(shí)現(xiàn)離子對(duì)、以及反相液相色譜的分析，由于其孔徑有一定的范圍，因而阻止了較大的分子進(jìn)入，提高分析的選擇性；大孔顆粒外覆著的乳膠顆粒表面涂著的離子交換劑可實(shí)現(xiàn)離子交換分離，該部分具有較強(qiáng)的親水性。正因?yàn)槎嗑S柱兼具離子交換和反相功能，大大擴(kuò)大了IC的應(yīng)用領(lǐng)域，特別能解決大量常規(guī)HPLC無法解決的分析問題，特別是對(duì)維生素、生物胺等的分析具有特別強(qiáng)的選擇性。
       1.1.2 新研制的并應(yīng)用于實(shí)際分離的新型高效涂覆型離子色譜柱，該色譜柱采用混合陽離子和非離子表面活性劑動(dòng)態(tài)或靜態(tài)涂覆硅膠柱或聚合物樹脂，不僅可以減小色譜柱的交換容量，而且可以大大提高色譜柱的柱效。例如分別在常規(guī)反相高效液相色譜柱等柱上非離子表面活性劑，然后再涂覆陽離子表面活性劑，制成的陰離子色譜柱柱效可以達(dá)到80000理論塔板數(shù)/米，可用2mmol/L高氯酸鈉或10mmol/L Na₂CO₃淋洗液實(shí)現(xiàn)紫外檢測(cè)和抑制電導(dǎo)檢測(cè)[4]，而以往報(bào)道的涂覆型離子色譜柱效只有6400-10000。
1.2 檢測(cè)器的最新發(fā)展
       1.2.1抑制電導(dǎo)檢測(cè)：新一代抑制器提供很高的靈敏度。這種抑制器是由美國戴安公司推出的新型抑制器Atlas抑制器，它是SRS的改進(jìn)型，將SRS的三明治結(jié)構(gòu)改成疊片式結(jié)構(gòu)，Atlas較SRS更堅(jiān)固耐用，抑制效率更高，基線更穩(wěn)定，噪音更小。由于新型抑制器的使用，基線穩(wěn)定，噪音小，可直接進(jìn)樣做到低ng/ml級(jí)水平，最新的報(bào)道（Anal. Chem.）對(duì)難做的高氯酸可做到ng/L水平。
      1.2.2脈沖安培檢測(cè): 脈沖安培檢測(cè)器的發(fā)展源于糖的檢測(cè)。糖類雖可以在金或鉑電極表面氧化，但氧化反應(yīng)的產(chǎn)物會(huì)毒化電極的表面，受毒化的電極其表面的特征將改變，因而使基線漂移增強(qiáng)，背景噪聲增高，響應(yīng)值減小。為在發(fā)生氧化反應(yīng)后除去電極表面的產(chǎn)物，恢復(fù)工作電極的性能，需在測(cè)定電壓后于工作電極上先施加一個(gè)較高的正電位，然后施加一個(gè)較高的負(fù)電位，以除去電極表面可氧化或可還原的物質(zhì)，由此產(chǎn)生了脈沖安培檢測(cè)。脈沖安培檢測(cè)已逐步取代光學(xué)檢測(cè)法，成為糖類[5，6].以及各種聚醇[8]等多羥基化合物分析的一種重要檢測(cè)手段。
      1.2.3積分安培檢測(cè)器: 積分安培檢測(cè)是對(duì)脈沖安培檢測(cè)方式改進(jìn)，與普通的脈沖安培檢測(cè)的區(qū)別在于：普通的脈沖安培檢測(cè)在一個(gè)脈沖周期中對(duì)電流積分所施加的電位是單一的，而積分安培對(duì)工作電極施加的是一個(gè)對(duì)應(yīng)時(shí)間波形的循環(huán)電位，這就決定了脈沖安培檢測(cè)對(duì)電流的測(cè)量是基于單次脈沖，而積分安培在測(cè)量時(shí)是在整個(gè)循環(huán)過程中連續(xù)進(jìn)行的。積分安培檢測(cè)機(jī)理是連續(xù)的對(duì)工作電極施加循環(huán)電位，使金屬電極表面形成金屬氧化物，這些形成的金屬氧化物對(duì)金屬表面的待測(cè)物質(zhì)的氧化起催化作用。因此對(duì)于那些具有孤對(duì)電子的物質(zhì)如有未成鍵電子對(duì)基團(tuán)N，S的胺[7]和硫化物等的測(cè)定，該檢測(cè)方法是很適用的。
      1.2.4熒光檢測(cè)器具有極高的靈敏度和選擇性。熒光檢測(cè)器在離子色譜分析中的應(yīng)用也有了很大的發(fā)展，隨著離子色譜分離的適用范圍擴(kuò)大，被分離大環(huán)類化合物可以采用熒光這種高靈敏、高選擇性的檢測(cè)，這在生物和環(huán)境分析中尤其適用。如通過陰離子交換色譜交換分離，熒光檢測(cè)可以分析吲哚乙酸、吲哚丁酸，該法采用多維柱OmniPac PAX500, 0.01 mol/L Na₂CO₃，0.45 V/V CH₃OH 為淋洗液，熒光檢測(cè)激發(fā)波長286 nm，發(fā)射波長360 nm ，能很好的分離檢定[8]。
1.3 IC-MS聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展
       近年來，MS技術(shù)因其不僅具有高靈敏的和高選擇性的檢測(cè)能力，還具有對(duì)未知化合物在線定性的能力而逐步成為高效液相色譜的一種多功能的檢測(cè)技術(shù)。隨著液相色譜與質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)的發(fā)展，產(chǎn)生了幾種不同的接口技術(shù)，常見的有：離子束界面、熱噴射（TSP）、電子沖擊（EI）、陰極化學(xué)離子化離子束界面（NCI）、離子噴射大氣壓力等。以上HPLC與MS的接口技術(shù)也可用于IC。為克服流動(dòng)相電解質(zhì)帶來的問題，許多報(bào)道中采用在IC色譜柱之后MS接口之前接抑制器。Kim等人采用陰離子交換色譜-UV+離子束MS，在色譜柱后，MS接口前接抑制器，成功的分析了水環(huán)境樣品中的芳香磺酸[9]。W. Ahrer等圍繞著由流動(dòng)相種類和濃度決定的IC與MS的聯(lián)用之間的兼容性以及MS檢測(cè)的靈敏度為研究對(duì)象，使用離子交換色譜-大氣壓力離子化MS在接抑制裝置和不接抑制裝置兩種情況下，使用多種流動(dòng)相包括碳酸鹽、硫酸鹽、草酸鹽、檸檬酸鹽等分別對(duì)水中常規(guī)低分子量的無機(jī)和有機(jī)陰離子以及鹵氧離子等進(jìn)行分析和檢定[10]，分離檢測(cè)效果良好。另外，IC-MS對(duì)于測(cè)定含有雜原子的農(nóng)藥特別適用。

2. 離子色譜在食品和農(nóng)殘分析中的應(yīng)用

2.1 食品添加劑
       2.1.1防腐劑: 采用離子色譜抑制電導(dǎo)檢測(cè)分離苯甲酸和山梨酸，分離柱為兩根Dionex HPLC-AG保護(hù)柱，1.5mmol/L Na₂CO₃為淋洗液，分離快速準(zhǔn)確[12]。例如較常見的防腐劑苯甲酸以及尼泊金系列防腐劑，如對(duì)羥基苯甲酸甲酯、對(duì)羥基苯甲酸丙酯、對(duì)羥基苯甲酸丁酯的測(cè)定，采用AG9HC分離柱，1mmol/LNa₂CO₃和5mmol/L NaOH淋洗液，抑制電導(dǎo)檢測(cè)和紫外檢測(cè)串聯(lián)，紫外檢測(cè)波長為254nm,分離效果和線性關(guān)系都較好[11]。
       2.1.2酸味劑：食品中常見的酸味劑如檸檬酸、蘋果酸、乳酸、琥珀酸等，離子交換色譜分離這一類有機(jī)酸通常采用IonPac® ICE-AS6陰離子分離柱，淋洗液為0.4 mmol/L七氟丁酸, 抑制電導(dǎo)檢測(cè)器,可以得到以上酸的良好的分離，該方法可直接被應(yīng)用于分析白酒、紅酒、啤酒等中的各種有機(jī)酸和其它陰離子的分析[5,6,13]。
       2.1.3食品中的甜味多為糖類或聚醇類物質(zhì)，其測(cè)定方式與糖類相同，以食品中常用的甜味劑糖精的測(cè)定為例采用8.0mmol/L Na₂CO₃+5.0mmol/LNaOH為淋洗液，在陰離子交換分離柱AS-4上分離，抑制電導(dǎo)檢測(cè)，常規(guī)陰離子不干擾其測(cè)定，對(duì)飲料樣品可直接進(jìn)樣分析[14，15]。 
2.2 糖類分析
       由于糖在堿性條件下陰離子化，對(duì)在恒電位下的金電極或鉑電極的安培檢測(cè)會(huì)產(chǎn)生響應(yīng)值，因此可采用高靈敏度和選擇性的脈沖安培檢測(cè)器與離子色譜聯(lián)用對(duì)糖類進(jìn)行分析。朱巖在分析葡萄糖，果糖，蔗糖等過程中[16]，采用NaOH作淋洗液，在AG6+AS6陰離子分離柱上分離糖類，金電極脈沖安培檢測(cè)器檢測(cè)，分析效果較好；使用NaOH作淋洗液，在糖柱Carbopac PA1上分離各種聚合糖醇，脈沖安培檢測(cè)[17，18]，該方法相對(duì)于分析聚醇常使用的GC+衍生來說，分析時(shí)間短，回收率高。
       與HPLC相比較采用脈沖安培檢測(cè)離子色譜法測(cè)定糖類有許多優(yōu)越性。就檢測(cè)器而言，通常HPLC采用光學(xué)檢測(cè)器，然而糖類光學(xué)特征差，因此采用HPLC糖類往往采用示差拆光檢測(cè)，分析靈敏度和選擇性比較低，無法完全滿足痕量的生化分析的要求；采用脈沖安培檢測(cè)，提高了分析的靈敏度和選擇性，對(duì)痕量生化樣品及基體復(fù)雜的樣品分析具有優(yōu)勢(shì)。如用梯度淋洗，金電極為工作電極，Ag/AgCl電極為參比電極，脈沖安培檢測(cè)分析二糖、三糖等[19]，不僅分析時(shí)間縮短，由于安培檢測(cè)靈敏度高，分析的檢測(cè)限可低到幾十個(gè)ng/L。對(duì)于分析成分更復(fù)雜的糖類化合物如不同聚合度的麥芽糖、果糖等多糖時(shí)，常用NaOH與醋酸鈉進(jìn)行梯度淋洗，其中醋酸鈉在淋洗過程中主要起推進(jìn)作用，且對(duì)淋洗液的pH值不會(huì)產(chǎn)生影響。
2.3 氨基酸分析
       目前氨基酸分析較常用的方法是高效液相色譜分離和柱前或柱后衍生紫外[20]或熒光檢測(cè)[21]，這種方法已非常成熟。然而衍生反應(yīng)的存在，總會(huì)影響測(cè)定的靈敏度和準(zhǔn)確性。由于氨基酸是一種酸堿兩性化合物，因此即可采用陽離子交換，又可采用陰離子交換分離氨基酸。雖然采用離子交換色譜間接電導(dǎo)檢測(cè)法可以測(cè)定氨基酸[22]，該法采用對(duì)檢測(cè)器是活性的流動(dòng)相，測(cè)定兩性的氨基酸，但實(shí)際測(cè)定過程有一定局限性。在強(qiáng)酸性或強(qiáng)堿性條件下，幾乎所有氨基酸都能在鉑電極或金電極上產(chǎn)生響應(yīng)，而這現(xiàn)象產(chǎn)生的原因是金屬電極表面生成的氧化物對(duì)氨基酸氧化起催化作用[23]。根據(jù)氨基酸的這兩種特性，結(jié)合離子交換色譜與安培檢測(cè)可實(shí)現(xiàn)氨基酸的直接分離檢測(cè)。
       陽離子交換分離氨基酸，一般采用較強(qiáng)酸高氯酸作淋洗液，梯度洗脫，鉑電極為工作電極，參比電極為氫離子選擇電極。然而該方法存在一定的局限性，如對(duì)于強(qiáng)酸性氨基酸在陽離子交換柱上保留很弱，分辨率很差；并且有部分氨基酸如酪氨酸、苯丙氨酸等在酸性條件下不穩(wěn)定，因此氨基酸多采用陰離子交換法分離[7，24，25，26，27]，在此條件下幾乎所有氨基酸都處于陰離子狀態(tài)。由于不同氨基酸結(jié)構(gòu)差異很大，同時(shí)分離20種常見氨基酸，一個(gè)固定濃度的淋洗液條件是不可能完成的，必須采用梯度淋洗。陰離子交換分離氨基酸，目前常采用較復(fù)雜的氫氧化鈉/醋酸鈉梯度淋洗，金電極為工作電極，pH電極為參比電極，積分脈沖安培檢測(cè)[28]，能同時(shí)測(cè)定17種α-氨基酸及部分糖類及糖胺，大部分氨基酸的檢測(cè)限可達(dá)到fmol范圍。
2.4 農(nóng)藥測(cè)定
       大多數(shù)農(nóng)藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、品種繁多，雖然大多數(shù)可用HPLC或者GC分析。然而對(duì)部分不具光學(xué)吸收且能夠離子化的化合物而言，離子色譜是較好的選擇。
       草苷膦是一種除草劑，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上有廣泛的用途。但它在環(huán)境中不易降解，并且易溶于水，對(duì)環(huán)境造成污染。由于草苷瞵對(duì)光弱吸收，采用HPLC分離需要進(jìn)行衍生或低波長紫外吸收，致使測(cè)定耗時(shí)，靈敏度不高。而草苷膦在水中有較大的電離，采用離子色譜抑制電導(dǎo)檢測(cè)，分析柱為AS4SC，9mmol/LNa₂CO₃和4mmo/LNaOH為淋洗液，流速為1.5ml/min，在此條件下常規(guī)陰離子對(duì)分離無干擾，該方法可直接用于環(huán)境水樣中痕量草苷膦的測(cè)定[29]。對(duì)于其它除草劑如三嗪類除草劑莠去津、撲草凈、撲滅通等選擇性內(nèi)吸傳導(dǎo)型除草劑。這些除草劑的使用有用量、溫度等條件的限制，因此對(duì)它們必須準(zhǔn)確的定量以控制其使用量。
       三嗪類除草劑作為一種陽離子形態(tài)有機(jī)化合物可以用陽離子交換柱分離，在紫外波長為230nm處檢測(cè)。采用CG-12陽離子交換分離柱紫外檢測(cè)，淋洗條件為0.2mol/L H₂SO₄+25/100(v/v) CH₃CN,得到較好的分離[30]。
       對(duì)氯苯氧乙酸是一種常見的農(nóng)藥，由于其含有羧酸結(jié)構(gòu)，因而可采用陰離子交換色譜分離-抑制電導(dǎo)檢測(cè)[31]，分離柱為Ionpac AG3SC+AS4SC，流動(dòng)相為0.8 mmol/L Na₂CO₃ +0.5 mmol/L NaOH，抑制電導(dǎo)檢測(cè)器�？蓪⑵渑c常規(guī)陰離子很好的分離，可用于對(duì)對(duì)氯苯氧乙酸和工業(yè)級(jí)產(chǎn)品的測(cè)定。
       各種氯代乙酸，由于可在水中離解，其分析可采用的離子色譜交換法，如使用Ionpac AG9HC+AS9HC（2mm)陰離子色譜柱，15 mmol/L Na₂CO₃，5 mmol/L NaOH流動(dòng)相，抑制電導(dǎo)檢測(cè)器分離.乙酸、一氯乙酸、二氯乙酸、三氯乙酸，分析效果較好[32]。
       吲哚乙酸和吲哚丁酸均為植物生長調(diào)節(jié)劑，對(duì)吲哚乙酸和吲哚丁酸的測(cè)定除了在熒光檢測(cè)中所提到的方法外[8]，還可以采用離子色譜法-抑制電導(dǎo)檢測(cè)法[33]，該方法采用的色譜柱為Ionpac AG3SC+AS4SC，流動(dòng)相為3 mmol/L Na₂CO₃ +3 mmol/L NaOH，抑制電導(dǎo)檢測(cè)器檢測(cè)。
2.5 其它化合物分析
       對(duì)毒物的測(cè)定也有廣泛的應(yīng)用。Jaime等采用離子交換色譜柱后電化學(xué)氧化熒光檢測(cè)+MS對(duì)海產(chǎn)品中常見的PSP毒素進(jìn)行測(cè)定，分析結(jié)果準(zhǔn)確可靠，該方法被應(yīng)用于測(cè)定浮游植物和監(jiān)控海產(chǎn)品中PSP的含量[34]。還有一些常見的毒物如苯酚等一些酚類物質(zhì)的分離，采用離子色譜法也能獲得良好的分離效果[35]。