二氧化硫殘留量檢測新方法研究進(jìn)展

摘要二氧化硫類化合物是國內(nèi)外允許使用的一種食品/藥品添加劑，可發(fā)揮防腐、抗氧化、漂白和護(hù)色等作用，主要以亞硫酸鹽的形式存在。但超過最大允許殘留量的二氧化硫類化合物不僅會(huì)影響食藥的質(zhì)量，更會(huì)損害人體健康。因此準(zhǔn)確、高效的二氧化硫類化合物檢測方法是食品/藥品質(zhì)量安全的重要保障之一。本論文綜述了近五年來食品/藥品中二氧化硫殘留量的檢測新方法，分析了各種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及不足，并對其發(fā)展方向進(jìn)行了展望。引言二氧化硫是國內(nèi)外允許使用的一種食品/藥品添加劑，主要以焦亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、低亞硫酸鈉等亞硫酸鹽的形式添加至食品中，或采用硫磺熏蒸的方式對食品或中藥材進(jìn)行處理，從而起到漂白、防腐、抗氧化、抑制蟲害及霉菌滋生等作用。然而，過量添加以及無后續(xù)的去除過程等情況常常會(huì)造成食品、藥品中的二氧化硫殘留量超標(biāo)，這可能引起哮喘，呼吸困難，蕁麻疹，腹痛，低血壓以及過敏反應(yīng)等等損害消費(fèi)者健康的嚴(yán)重后果。為維護(hù)人民群眾切身利益，保障國民健康權(quán)益，我國制定了《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》（GB2760-2014），規(guī)定了包括葡萄酒等食物在內(nèi)的二氧化硫類化合物的用量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)《中華人民共和國藥典》也明確了各種中藥材中其最大允許殘留量，并且規(guī)定了二氧化硫殘留量檢測的標(biāo)準(zhǔn)方法。這些標(biāo)準(zhǔn)的成熟方法包括：滴定法，離子色譜法和氣相色譜法。然而，食品中SO32-/HSO3-以游離態(tài)、可逆結(jié)合態(tài)和不可逆結(jié)合態(tài)形式存在，游離亞硫酸鹽很容易用現(xiàn)有的大多數(shù)方法來定量；通過調(diào)整pH、加熱等制樣步驟，將可逆性結(jié)合的亞硫酸鹽釋放出來并定量。而不可逆結(jié)合的亞硫酸鹽非常穩(wěn)定，很難量化。近年來，新技術(shù)和新材料快速發(fā)展，如多種多樣的納米材料與光譜技術(shù)相結(jié)合形成的傳感器技術(shù)，表面增強(qiáng)拉曼光譜等，均為二氧化硫殘留量的檢測提供了新選擇。本文對近五年來的二氧化硫殘留量檢測新方法進(jìn)行了綜述，按儀器法和免儀器法進(jìn)行了分類，并對其未來的檢測技術(shù)提出展望。正文部分1

儀器分析方法1.1

色譜-質(zhì)譜法色譜-質(zhì)譜聯(lián)用法可將色譜的高效分離的特點(diǎn)和質(zhì)譜的高選擇性、高靈敏度及能夠提供相對分子質(zhì)量與結(jié)構(gòu)信息的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來。與色譜法相比，色譜質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)具有靈敏度更高選擇性好，適用性廣等優(yōu)勢，已被成功應(yīng)用于二氧化硫的檢測，同時(shí)也存在儀器成本高，對操作人員要求高等不足。1.2

光譜法隨著新材料以及化學(xué)計(jì)量學(xué)方法的快速發(fā)展，熒光光譜（FLspectroscopy）、紅外光譜（IR）、表面增強(qiáng)拉曼光譜（SERS）、紫外-可見吸收光譜（UV-Vis）、原子發(fā)射光譜（AES）等光譜技術(shù)在食品藥品質(zhì)量控制領(lǐng)域的發(fā)展突飛猛進(jìn)。與色譜法相比，光譜法具有分析速度快、操作簡單、成本更低，且可進(jìn)行無損分析等優(yōu)點(diǎn)，在二氧化硫殘留量檢測中成為了新的應(yīng)用方向。但是簡單的光譜法并不能直接用于二氧化硫的檢測，通常必須經(jīng)過樣品前處理，或開發(fā)復(fù)雜的探針來實(shí)現(xiàn)，而且具有專屬性較差，容易被基質(zhì)成分干擾等不足。1.2.1

熒光傳感法熒光探針法是二氧化硫快速檢測新方法開發(fā)的熱點(diǎn)，雖然二氧化硫沒有熒光，但是通過可與SO32-/HSO3-響應(yīng)的熒光探針仍可實(shí)現(xiàn)二氧化硫的快速檢測?；驹硎荢O32-/HSO3-與探針之間的識(shí)別相互作用/反應(yīng)可導(dǎo)致熒光發(fā)射信號(hào)的變化，其變化程度與二氧化硫的含量線性相關(guān)。1.2.1.1

分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移熒光探針分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移（Intramolecularchargetransfer，ICT）化合物是通過將電子給體（D）和電子受體（A）進(jìn)行共價(jià)連接（B）得到的具有一定偶極矩的極性分子。典型的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移熒光分子探針是由熒光團(tuán)和與其相連的D與A構(gòu)成，其中D、A又充當(dāng)識(shí)別基團(tuán)或識(shí)別基團(tuán)的一部分。當(dāng)識(shí)別基團(tuán)與SO32-/HSO3-結(jié)合后，影響分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移的作用，導(dǎo)致熒光光譜發(fā)生變化，主要表現(xiàn)為熒光光譜紅移或藍(lán)移。SO32-/HSO3-與熒光探針之間的反應(yīng)大多是與不飽和基團(tuán)，如“C＝C”雙鍵、酮或醛基團(tuán)的親核加成反應(yīng)?？蛇M(jìn)一步將這類探針分為香豆素類、半花菁衍生物類、苯并喹啉類等。1.2.1.2

納米熒光探針用銥（III）配合物與二氧化硅復(fù)合納米顆粒，設(shè)計(jì)了一種用于檢測水體中二氧化硫類化合物的磷光納米傳感器。當(dāng)樣品中存在HSO3-時(shí)，其可以與傳感器中2-乙烯基-苯并吲哚結(jié)構(gòu)發(fā)生邁克加成反應(yīng)，使傳感器產(chǎn)生強(qiáng)磷光，并伴隨著溶液的顏色從深綠色到淺黃色的顯著變化，可用于二氧化硫類化合物的定性定量分析。設(shè)計(jì)了一種基于銪、釤、錳摻雜硫化鈣（ESM-CaS）納米探針的試紙檢測食品中二氧化硫類化合物的方法，這種納米粒子是一種良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料，上轉(zhuǎn)換發(fā)光（Upconversionluminescence，UCL）量子產(chǎn)率高達(dá)60%。該研究將ESM-CaS納米粒子與甲基綠（Methylgreen，MG）染料結(jié)合后一起固定在試紙上，在熒光共振能量轉(zhuǎn)移（FluorescenceResonanceEnergyTransfer，F(xiàn)RET）過程中ESM-CaS納米粒子可以作為能量供體，將能量轉(zhuǎn)移至MG上，從而使得UCL過程被阻滯。而當(dāng)有SO32-的存在時(shí)，其可以與MG染料發(fā)生親核取代反應(yīng)，很大程度上破壞了MG的共軛體系，降低其紫外吸收，即抑制了FRET過程，從而使得UCL信號(hào)恢復(fù)，且UCL信號(hào)恢復(fù)的強(qiáng)度與SO32-濃度的對數(shù)在0.0005～10μg/ml內(nèi)呈良好的線性關(guān)系。1.2.2

原子熒光光譜法原子熒光光譜分析法（AtomicFluorescenceSpectrometry，AFS）是利用原子熒光譜線的波長和強(qiáng)度進(jìn)行物質(zhì)的定性及定量分析方法。1.2.3

紫外可見分光光度法建立了一種分散液-液微萃取系統(tǒng)與紫外分光光度計(jì)聯(lián)用對水體中痕量的二氧化硫類化合物定量檢測的方法。建立了一種基于亞硫酸鹽與羅丹明-b苯酰肼（PBPH）可以顯色的原理，利用紫外分光光度法檢測食物樣品中二氧化硫類化合物的方法。因二氧化硫類化合物與PBPH的分散介質(zhì)互不相容，故兩者反應(yīng)在膠束介質(zhì)中進(jìn)行。1.2.4

表面增強(qiáng)拉曼光譜法運(yùn)用頂空采樣技術(shù)（Headspace-Sampling，HS）與紙基分析裝置（Paper-basedanalyticaldevice，PAD）結(jié)合，建立了一種比色/表面拉曼散射雙模式二氧化硫類化合物的傳感器。1.3

電化學(xué)法與色譜法和光譜法相比，電化學(xué)方法在保證檢測靈敏度的基礎(chǔ)上避免了使用大型精密儀器，從而進(jìn)一步降低了檢測的成本，縮短了檢測時(shí)間，然而該方法一般選擇性不好，干擾物質(zhì)多。2

免儀器檢測法2.1

紙基檢測法目前二氧化硫殘留量的免儀器檢測方法大都基于化學(xué)分析法，其中基于試紙的顯色法能滿足大部分基質(zhì)的篩查。2.2

滴定法滴定法是一種傳統(tǒng)、比較成熟的二氧化硫類化合物的檢測方法。不過該方法通常耗時(shí)費(fèi)力、使用有毒化學(xué)品，且需要復(fù)雜的樣品預(yù)處理。在此基礎(chǔ)之上，較多研究進(jìn)行了創(chuàng)新性地優(yōu)化。3

總結(jié)與展望總結(jié)與展望二氧化硫是食品、酒、中藥材及其飲片中經(jīng)常使用的抗菌和抗氧化劑，常以SO32-/HSO3-的形式存在。世界衛(wèi)生組織(WHO)和糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)建議亞硫酸氫鹽的攝取水平應(yīng)低于0.7mg/kg體重，如果過量攝入則可能引起人體的多種疾病。因此，為了控制食品安全和質(zhì)量，必須有效的定量檢測食品藥品中SO32-/HSO3-。本論文較為全面、詳細(xì)地綜述五年以來二氧化硫檢測新方法，從以上總結(jié)可以發(fā)現(xiàn)針對二氧化硫殘留量檢測的研究一方面聚焦于探索多種新檢測技術(shù)在二氧化硫殘留量檢測的應(yīng)用，另一方面也對樣品前處理方法進(jìn)行了優(yōu)化，探索如何高效簡便地將游離、可逆結(jié)合的SO32-轉(zhuǎn)化為各種技術(shù)可檢測的化合物形式。通過對各種方法的優(yōu)點(diǎn)和不足的分析比較可知，目前的二氧化硫檢測方法基本可滿足市場對食藥中二氧化硫類化合物監(jiān)管的需要，但是均具有各自的局限性，例如：樣品處理復(fù)雜，檢測成本高，選擇性不足，無法準(zhǔn)確定量，不適合室外的快速檢測分析等。其中，熒光探針傳感法是最具潛力的熱點(diǎn)方法，這些已開發(fā)的可與SO32-/HSO3-響應(yīng)的探針不僅使熒光光譜發(fā)生了變化，而且多數(shù)還伴隨著明顯的顏色變化，為UV-Vis光譜檢測以及可視化檢測提供了可能。除了篩選新的分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移熒光探針以外，也可進(jìn)一步探索其他材料作為新探針的可能性，如卟啉及其衍生物、量子點(diǎn)、離子液體等，并且還可以在探針