基于氣相色譜法定量分析二氧化硫

皇甫惠

（山西興新安全生產(chǎn)技術(shù)服務(wù)有限公司，山西 太原 030024）

二氧化硫廣泛應(yīng)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、八角與大蒜等香料產(chǎn)品在生長過程中易吸收富集S 元素。據(jù)GB 5009.34—2016 標(biāo)準(zhǔn)，目前檢測方法測得香料中SO2的殘留量是樣品中硫化合物的總量，而非SO2實際量。為解決此問題，本文的研究結(jié)合食品中SO2實際檢測，并使用頂空-氣相色譜-質(zhì)譜（HS-GC-MS）建立了一種更準(zhǔn)確、方便的食品中SO2檢測方法。此外，使用氣相色譜法和熱導(dǎo)檢測器（TCD）檢測草藥或湯劑中的SO2殘留也被納入2015 年版的藥典。

1 實驗部分

1.1 儀器、試劑與材料

NaCl；H2SO4，1.84 g/mL；NaOH，AR；Na2SO3基 準(zhǔn)試劑，純度99.8%。

氣相色譜－串聯(lián)質(zhì)譜儀，Agilent 7890/7000B；高速離心機(jī)，Allegra64RCentrifuge。

1.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

稱量50 mg 的硫酸鈉置于容量瓶中，并向其中加入100 mL的水得到質(zhì)量濃度為500 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)溶液。在此基礎(chǔ)上，分別量取0.05、0.1、0.2、0.5、1、2 mL標(biāo)準(zhǔn)溶液，分別向其中加入質(zhì)量濃度為100 g/L 的氫氧化鈉溶液1 mL和20 mL 質(zhì)量濃度為200 g/L 的氯化鈉溶液。同時，再量取4 mL 標(biāo)準(zhǔn)溶液，并向其中加入濃度為10 mol/L 的硫酸溶液2 mL。將上述配置所得溶液精制備用。

1.3 樣品前處理

1）均勻試樣（淀粉、紅糖、果酒等）：取精確至0.001 g 的樣品2.0 g 放入離心管內(nèi)（50 mL），在液體與固體樣品中分別加入18 mL 與20 mL 的NaCl 溶液（200 g/L），進(jìn)行漩渦混合10 s 后，在超聲波10 min 的作用后完成對其的提??；在此基礎(chǔ)上，將上述的樣品在離心機(jī)的作用下進(jìn)行處理，離心機(jī)設(shè)定的速度為12 000 r/min，最后取樣品的上清液4 mL 備用。

2）均勻試樣（白糖及相關(guān)制品）：采用天平量取2 g 的樣品對其進(jìn)行破碎處理，并將破碎后的樣品置于50 mL 離心管中。在離心管中加入氫氧化鈉和氯化鈉溶液，其中氫氧化鈉的質(zhì)量濃度為100 g/L，體積為1 mL；氯化鈉溶液質(zhì)量濃度為200 g/L，體積為19 mL；加入上述兩種溶液后充分混合10 s，同樣在超聲波和離心機(jī)的作用下對其進(jìn)行提取4 mL 上清液備用。

1.4 分析條件

1）質(zhì)譜條件：采用溫度為230 ℃的EI 離子源，其電離能量為70 eV，選擇離子掃描（SIM）模式，且四極桿溫度設(shè)定為150 ℃，其中使用64 號離子作為定量限離子，使用48 號、50 號、66 號離子作為定性離子。溶劑延遲時間為4 min。

2）頂空條件：采用容量為20 mL 頂空瓶，進(jìn)樣針與加熱溫度分別設(shè)定為105 ℃與80 ℃，加熱溫度維持時間為10 min。進(jìn)樣量與速度分別為500 μL 與200 μL/s，且于進(jìn)樣口停留1 s，進(jìn)樣后采取1 min 的吹掃操作。

3）氣相色譜條件：采用30 m×0.32 mm 規(guī)格的氣相色譜柱GS-GASPRO，5 min 內(nèi)勻速率將其整體溫度從50 ℃（需保持4 min）升至125 ℃，色譜柱內(nèi)流體采用恒流式高純氦氣（純度≥99.999%），其速度為2.0 mL/min；傳輸線與進(jìn)樣口溫度均為200 ℃；分流比為1∶20。

2 結(jié)果與討論

2.1 檢測條件的優(yōu)化

1）色譜柱：本文通過對兩種氣固色譜柱進(jìn)行對比分析（GS-GASPRO 與PoraPLOT U）。通過改進(jìn)升溫程序，發(fā)現(xiàn)PoraPLOTU 色譜柱在檢測SO2時存在持續(xù)的拖尾現(xiàn)象。但是，從圖1 中可以看出，基于GS-GASPRO毛細(xì)柱可以提高整體的檢測精度。因此，針對二氧化硫的檢測需求采用GS-GASPRO 毛細(xì)柱法。

圖1 SO2 總離子流圖（TIC）及質(zhì)譜圖（MS）

2）酸溶液的選擇：通過實驗可以看出，采用硫酸溶液相對采用鹽酸溶液可獲得更高精度的檢測結(jié)果；而且，鹽酸溶液相比較于硫酸溶液其腐蝕性更強。因此，最終確定采用硫酸溶液。

3）標(biāo)準(zhǔn)溶液穩(wěn)定性：采用堿與非堿溶液對標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行反應(yīng)穩(wěn)定性考察。實驗結(jié)果表明，無論在哪種溶液中，亞硫酸鈉在8 h 內(nèi)擁有著不低于90%的穩(wěn)定性，因此，其使用的有效時間為8 h。實驗樣品前處理中引入NaCl 溶液（200 g/L）抑制吸水性食品的膨脹性。研究發(fā)現(xiàn)，NaCl 與蒸餾水對SO2的影響效果較小，因此，選擇NaCl 來稀釋定容；堿性條件下H2SO3的響應(yīng)強度是非堿性條件的10 倍。

4）頂空條件：通過實驗表明，隨著頂空溫度的增加，對應(yīng)二氧化硫的響應(yīng)能力越強，同時還會引入大量的水蒸氣；而且保溫時間對二氧化硫的影響較小。因此，最終確定保溫時間為80 ℃，保溫時間為10 min。

5）NaOH 溶液對SO2提取的影響（圖2）：是發(fā)生親核加成反應(yīng)的強親核試劑。亞硫酸鹽在食品中以三種形式存在：可逆、不可逆以及游離態(tài)，其中不可逆態(tài)鹽不會與酸反應(yīng)產(chǎn)生SO2。NaOH 可釋放可逆結(jié)合態(tài)鹽，因此樣品中鹽通過加入20 mL NaOH（100 g/L）與NaCl（200 g/L）的混合溶液進(jìn)行提取。此外，前5 樣產(chǎn)品采用堿性條件提取，后3 樣產(chǎn)品采用NaCl 溶液進(jìn)行提取。對前邊8 種樣品進(jìn)行吸附實驗可得其飽和吸附點。此外，還考察了堿濃度對SO2提取效果的影響，實驗結(jié)果表明，100 g/L NaOH 溶液對樣品中的亞硫酸鹽釋放效果最好。

圖2 NaOH 溶液對樣品中SO2 提取的影響

2.2 方法學(xué)考察

2.2.1 標(biāo)準(zhǔn)曲線

基于前文研究成果進(jìn)行溶液配制繪制SO2標(biāo)準(zhǔn)曲線，當(dāng)SO2質(zhì)量濃度低于100 μg/L 時，鈉亞硫酸鹽的質(zhì)量濃度與其峰面積的線性相關(guān)系數(shù)為0.99。標(biāo)準(zhǔn)曲線的線性方程為y=40 964.5x－77 011。

2.2.2 檢測范圍及檢出限

根據(jù)該方法的信噪比計算，檢出限為3.0 mg/kg，定量限為10.0 mg/kg。

2.2.3 回收率和精密度

將Na2SO3標(biāo)準(zhǔn)溶液添加到6 類食品中，經(jīng)實驗發(fā)現(xiàn)，添加SO2量在25.0～250 mg/kg 范圍內(nèi)，回收率的平均值為97.2%，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（RSD）范圍為0.38%～6.4%。

2.2.4 實際樣品測定

采用滴定方法對14 種市售樣品中SO2含量進(jìn)行比較實驗與分析，結(jié)果如表1 所示。兩種方法檢測結(jié)果相當(dāng)一致。

表1 實際樣品方法比對

3 結(jié)論

本文研究開發(fā)了一種測定食品中二氧化硫（SO2）含量的GC-MS 方法，其簡化了前處理且省去蒸餾環(huán)節(jié)，有效降低檢測用時，適用于樣品數(shù)量較多時的檢測。此方法對于部分產(chǎn)品存在回收率低現(xiàn)象，但檢測效果差別不大，至于不同產(chǎn)品亞硫酸鈉吸收效果與回收率間的具體關(guān)系與原因還需深入分析研究。