乳粉中碘測定的3種前處理方法比較

馬蘭，周爽，尚曉虹，趙馨，趙云峰

（國家食品安全風險評估中心衛(wèi)生部食品安全風險評估中心北京100021）

0 引言

碘是人體生命的必需元素之一，維持人體甲狀腺正常功能所必需的元素。自然界中的碘以有機碘和無機碘兩種形式存在，其中無機碘以碘化物（如碘化鉀）與碘酸鹽（如碘酸鉀）為主。碘攝入量與甲狀腺疾病的關系呈現(xiàn)U字型曲線，U字形底端是最適宜的最佳碘劑量[1-2]。當人體缺碘時會引起甲亢的主要原因是長期缺碘所致的毒性多結節(jié)性甲狀腺腫[3]。當孕婦每日攝入碘低于25μg，就可能導致胎兒出生后發(fā)生地方性克汀病[4]。碘超足量或碘過量可以引起臨床甲減和亞臨床加減患病率升高。Meta分析顯示，碘缺乏和碘過量均可以使甲狀腺腫大的患病率升高[5]。中國營養(yǎng)學會推薦的成人碘攝入量（RNI）為120μg/d[6]。WHO（世界衛(wèi)生組織），UNICEF（聯(lián)合國兒童基金會）和ICCIDD（International Council for the Control of Iodine Deficiency Disorders）給出的成年男子營養(yǎng)素碘的RNI值為150μg/d[7-10]。對嬰幼兒而言乳粉是其主要食品，也是碘攝入的主要來源，為此，要求檢測方法應具有較高的準確性和可靠性。

目前，測定乳粉中碘的方法主要有氣相色譜法、分光光度法[11]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[12-14]。采用電感耦合等離子體質(zhì)譜法測定乳粉中碘的前處理方法主要有AOAC法[15]和堿提取法[12]。本文對乳粉基質(zhì)的標準物質(zhì)進行測定，分別采用3種不同的前處理方法，配合Agilent8800型電感耦合等離子體質(zhì)譜儀進行碘的測定，并對檢出限、線性范圍、精密度、加標回收率等方法學參數(shù)進行考察和比較。

1 實驗

1.1 材料

1.1.1 主要試劑與儀器

Agilent8800電感耦合等離子體質(zhì)譜儀，安捷倫科技中國有限公司；CEM-Mars5微波消解儀，美國CEM公司；UNE-400恒溫干燥箱，德國MEMMERT公司；3K15離心機，Sigma公司；G560E渦旋混勻器，美國Scientific Industries；MMS-3010震蕩混勻器，EYELA公司；超高壓聚四氟乙烯消解罐。

25 %四甲基氫氧化銨（TMAH）水溶液；氬氣（Ar），氬 氣（99.995%）或 液 氬；氦氣（He），氦 氣（99.995%）；碘標準儲備液（GSB04-2834-2011）1 000μg/mL，國家有色金屬及電子材料分析測試中心；調(diào)諧液（Ce、Co、Li、Tl、Y10μg/L），7種內(nèi)標溶液（Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb、Y10μg/mL），Rh內(nèi)標溶液（1 000μg/mL），Re內(nèi)標溶液（1 000μg/mL），Rh內(nèi)標溶液（1 000μg/mL）；Te內(nèi)標溶液（1 000μg/mL），國家有色金屬及電子材料分析測試中心；奶粉標準參考物質(zhì)（ERM-BD150，ERM-BD151），歐盟標準物質(zhì)與測量研究所；曲拉通X-100（優(yōu)級純），國藥集團化學試劑有限公司；硝酸、氨水，試劑均為優(yōu)級純或優(yōu)級以上純度，試驗用水為重蒸去離子水。

1.1.2 標準溶液的配制

碘系列標準溶液：分別吸取適量體積的碘標準溶液，AOAC法用水、酸消解法用硝酸（3%，體積分數(shù)）、堿提取法用0.5%TMAH稀釋液，逐級稀釋，分別配制成濃度為0、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0μg/L的系列標準溶液，亦可依據(jù)樣品溶液中碘元素濃度適當調(diào)整系列標準濃度范圍。

內(nèi)標元素標準溶液（1 000 mg/L）：碲（Te）、銦（In）、銠（Rh）、錸（Re）等任意一種單元素或多元素內(nèi)標標準貯備液。

內(nèi)標使用液：先用水將內(nèi)標元素標準溶液稀釋10或100倍，再從中取適量溶液，AOAC法和堿提取法B用水、酸消解法用硝酸（3%，體積分數(shù)）、堿提取法用0.5%TMAH稀釋液，配成適當濃度的內(nèi)標使用液。內(nèi)標溶液可采用手動定量加入標準系列及樣品溶液中，也可由儀器在線加入，內(nèi)標與樣品溶液混合后，內(nèi)標的參考濃度約為10～100μg/L。

1.2 方法

1.2.1 樣品前處理

（1）AOAC法。稱取2.5 g奶粉標準參考物質(zhì)樣品溶于20.0 g熱水中，混勻后取2.7 g溶液于消解罐中，加入5 mL硝酸，放入微波消解儀中消解，微波消解程序見表1。消解完成后自然冷卻至室溫，開蓋，往消解罐中緩慢加入10 mL，25%氨水，2.5 mL，5%（體積分數(shù)）Triton-100，于震蕩混勻器上趕酸，用水沖洗消解罐并定容至25 mL，混勻備用。同時做試劑空白。

表1 微波消解程序

（2）酸消解法。稱取2.5 g奶粉標準參考物質(zhì)樣品溶于20.0 g熱水中，混勻后取2.7 g溶液于消解罐中，加入5 mL硝酸，放入微波消解儀中消解，微波消解程序見表1。消解完成后自然冷卻至室溫，開蓋，于震蕩混勻器上趕酸，用水沖洗消解罐并定容至25 mL，混勻備用。同時做試劑空白。

（3）堿提取法。稱取0.3 g奶粉標準參考物質(zhì)樣品于50 mL的耐110℃塑料離心管中，加入5 mL 5%TMAH提取液，渦旋1 min，使樣品充分分散均勻，旋緊蓋子，置于85±5℃烘箱（每隔半小時取出振搖）或水浴搖床提取3 h，冷卻，用水定容至25 mL，并以大于3 000 rpm的轉速，離心10 min，取上層清液用0.45μm過濾膜過濾后，備用，同時做試劑空白。

1.2.2 儀器參考條件

（1）儀器操作參考工作條件。射頻功率1 550W；等離子氣流速15 L/min；載氣流速0.77 L/min；補償氣流速0.43 L/min；分析時泵速0.1 rps；采樣深度8 mm；霧化器為高鹽/同心霧化器；半導體制冷霧室，控溫在2.0℃；石英炬管；碰撞池氣體He氣流速4.5 mL/min，每測一個樣品，進樣系統(tǒng)的沖洗時間40 s。

（2）測定參考條件。用質(zhì)譜調(diào)諧溶液（10μg/L的鋰、釔、鈰、鉈、鈷溶液）對ICP-MS儀器測定時的工作條件進行優(yōu)化，使儀器的靈敏度、氧化物、雙電荷、分辨率等各項指標均達到測定要求后，編輯測定方法，選擇碘元素同位素（127I）及內(nèi)標碲同位素（125Te、130Te）或103Rh或115In或185Re。

（3）標準曲線的制作。將碘標準溶液注入ICP-MS中，測定碘元素和內(nèi)標元素的信號響應值，以碘元素的濃度為橫坐標，碘元素與所選內(nèi)標元素響應信號值的比值為縱坐標，繪制標準曲線。

（4）試樣溶液的測定。將空白和試樣溶液分別注入電感耦合等離子質(zhì)譜儀中，測定碘元素和所選內(nèi)標元素的信號響應值，計算碘元素與所選內(nèi)標元素的響應信號值比值，根據(jù)標準曲線得到待測液中碘元素的濃度。

1.2.3 分析結果的表述

試樣中碘元素含量按式（1）計算：

式中：

X為試樣中碘元素含量（mg/kg）；

ρ為試樣溶液中碘元素質(zhì)量濃度（μg/L）；

ρ0為試樣空白液中碘元素質(zhì)量濃度（μg/L）；

V為試樣液定容體積（mL）；

f為試樣稀釋倍數(shù)；

m為試樣稱取質(zhì)量（g）；

1000為單位轉換系數(shù)。

計算結果保留3位有效數(shù)字。

2 結果與分析

2.1 方法學參數(shù)比較

2.1.1 檢出限和定量限

在優(yōu)化儀器工作條件下，分別采用3種不同的前處理方法制備試劑全流程空白，連續(xù)重復檢測10次，取檢測結果的3倍標準偏差所相當?shù)臐舛茸鳛樵氐姆椒ǖ臋z出限，10倍標準偏差所相當?shù)臐舛茸鳛榉椒ǖ亩肯?，當稱樣量約為0.3 g時，定容至25 mL，計算3種方法的檢出限（LOD）和定量限（LOQ）具體結果見表2。結果表明，樣品前處理采用堿提取法靈敏度略高于AOAC和酸消解法。

2.1.2 線性范圍

ICP-MS有著很寬的線性范圍，但由于碘離子極易吸附在接觸界面，并且有很強的記憶效應，附著在管路中的部分碘很容易影響下一個樣品的檢測結果，為了減少進樣系統(tǒng)的清洗時間，建議配置的標準系列最高濃度不超過100μg/L?？紤]到奶粉標準參考物質(zhì)樣品中碘的含量情況，確定標準曲線的適宜范圍為0～100 ng/mL作校準曲線，方法線性相關系數(shù)大于0.9997。

表2 方法檢出限和定量限 μg/kg

2.1.3 方法的精密度、回收率、準確度

為了進一步驗證檢驗方法的準確度，試驗選擇了購自歐盟標準物質(zhì)與測量研究所以奶粉為基質(zhì)的定值標準參考物質(zhì)（ERM-BD150、ERM-BD151），其數(shù)值用于評價樣品測定結果的有效性和可信度。并在已知濃度樣品中加入20μg/L碘標準溶液，對方法的前處理回收、儀器測定基質(zhì)效應等進行評價。按照上述3種前處理方法，分別進行樣品處理前加標和處理后加標處理好的樣品溶液注入電感耦合等離子質(zhì)譜儀中，平行測量6份（同時須采用相同的試劑，在相同的實驗步驟和條件下進行空白實驗）。試劑空白前處理前后加標的測定值、加標回收率及方法的相對標準偏差RSD%值見表3、表4。乳粉標準物質(zhì)測定值的準確度、前處理前和上機前的加標回收率及方法的相對標準偏差RSD%值，結果見表5～7。

表3 試劑空白前處理前加標測定結果 μg/L

表4 試劑空白前處理后加標測定結果 μg/L

表5 乳粉標準參考物質(zhì)測定結果 mg/kg

表6 樣品前處理前加標回收測定結果 mg/kg

表7 樣品前處理后加標回收測定結果 mg/kg

2.1.3.1 試劑空白

實驗中采用一次性的50 mL耐110℃塑料離心管，有效避免了因容器帶來的污染，降低了空白值。

經(jīng)計算結果，AOAC法和堿提取法在前處理前和前處理后加標回收率在95.8%～116.8%之間，精密度（RSD）均在5%以內(nèi)，兩種前處理方法測定值都在分析范圍要求之內(nèi)，表明AOAC法和堿提取法均具有較好的精密度。

酸消解法在前處理前和前處理后加標回收率在144.1%～178.2%之間，且精密度（RSD）均＞5%，表明酸消解法前處理過程會導致較大的系統(tǒng)誤差。

2.1.3.2 乳粉標準參考物質(zhì)

結果顯示，AOAC法和堿提取法兩種前處理方法標準物質(zhì)測定值都在標示值范圍內(nèi)，精密度（RSD）均＜5%。前處理前和前處理后的加標回收率均在94.8%～119.7%之間，表明AOAC法和堿提取法均具有較好的準確性。

酸消解法標準物質(zhì)6次平行測定值均沒在標示值范圍內(nèi)并小于標示值（1.18～1.72 mg/kg），其精密度（RSD）為15.1%，前處理前和前處理后的加標測定值及加標回收率其精密度（RSD）為2.77%～10.0%，表明此方法測定值的準確度和重現(xiàn)性均較差。

2.1.3.3 全脂奶粉樣品

上述乳粉標準參考物質(zhì)（ERM-BD150、ERMBD151）為脫脂乳粉基質(zhì)，為全面評價方法對于乳粉的適用性，選擇市售的全脂奶粉樣品，分別加入低、中、高3個濃度水平的碘標準溶液，測定其碘的含量，計算加標回收率。3種前處理方法，酸消解測得的回收 率 在41.0%～95.6%，精 密 度（RSD）均＞10%。AOAC測得的回收率在85.1%～139.7%，精密度（RSD）在4.04%～5.91%，堿提取法測得的回收率在93.8%～108.7%，精密度（RSD）在0.75%～4.02%。結果表明，AOAC和堿提法精密度（RSD）較好，回收率高，能滿足實際樣品的檢測需要。

2.2 分析

奶粉是將牛奶除去水份干燥后，為了滿足營養(yǎng)需要，適量加入各種營養(yǎng)成分，微量元素、維生素、礦物質(zhì)、某些氨基酸或其他成分等加工而成的沖調(diào)食品，是人們健康成長所需要的。本文對奶粉中碘含量測定的3種前處理方法進行了對比與研究，確保其檢測結果的準確性和重現(xiàn)性。

2.2.1 消解和提取溶液

食品中的碘以不同的形態(tài)存在，且基質(zhì)復雜、易揮發(fā)、易污染、不穩(wěn)定等多種因素，使碘的分析與測定變得復雜，如樣品消解和提取不完全、消解容器的密閉性不好，都會直接影響到檢測結果的準確性。

碘在酸性和中性介質(zhì)中穩(wěn)定性差，在弱堿性條件下穩(wěn)定性好，采用AOAC超高壓消解和堿提取法前處理樣品，能很好地解決了樣品在前處理中碘易揮發(fā)和基質(zhì)復雜等消解不完全的問題，使待測樣品徹底消解并提取完全。

2.2.2 內(nèi)標溶液

以碘元素特定質(zhì)量數(shù)127（質(zhì)荷比，m/z）定性，以碘元素和內(nèi)標元素質(zhì)譜信號的強度比值與碘元素的濃度成正比進行定量分析。由于樣品基體的存在，極易造成待測元素的信號抑制或增敏等基體效應，為了消除樣品的基體效應，采用內(nèi)標校正是有效克服樣品基體效應的方法之一，根據(jù)質(zhì)量數(shù)與待測元素接近、在溶液中化學性質(zhì)與待測元素相似，且在樣品溶液中不存在的內(nèi)標元素的選擇原則，本實驗分別選用Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb、Y、Te、Rh、Re作為內(nèi)標元素，通過實驗和大量數(shù)據(jù)計算碘的含量，結果表明，選擇用碲（Te）、銦（In）、銠（Rh）、錸（Re）等任意一種單元素或多元素作為內(nèi)標進行在線校正，測得的數(shù)據(jù)準確，重現(xiàn)性好。

2.2.3 儀器工作條件

在測碘元素時，對儀器的進行體系清洗有著嚴格的要求，若ICP-MS儀器進樣體系由酸性轉變?yōu)閴A性體系時，首先建議更換所有進樣泵管，AOAC消解法處理的樣品上機前，要用2%氨水溶液清洗系統(tǒng)1～3 h，堿提取方法處理的樣品則要用0.5%TMAH溶液清洗系統(tǒng)1～3 h，直至127I的儀器信號持續(xù)在一個較低且穩(wěn)定的水平。由于碘有很強的記憶效應，遇到碘含量較高的樣品，建議用稀釋液稀釋后上機測試，從而降低樣品之間測定時帶來的背景信號干擾。并且在樣品及標準品測定時，也要各自用2%氨水和0.5%TMAH溶液進行進樣針沖洗，因為在弱堿性條件下可降低ICP-MS測定碘時產(chǎn)生的記憶效應，使其測定結果穩(wěn)定，得到較好的精密度。

2.2.4 碘前處理方法比較

AOAC和堿提取法前處理方法比較見表9。

表9 AOAC和堿提取法前處理方法比較

3 結論

近年來，食品安全已經(jīng)成為人們關注的熱點問題，世界衛(wèi)生組織將食品安全問題確定為全球公共衛(wèi)生領域的研究重點。食品中的碘是食品理化安全檢驗中的常規(guī)項目，同時也是中國總膳食研究中要求檢測的項目，所以，需要建立快速、準確、有效地測定食品中碘的測定方法。

通過實驗結果表明，酸消解法測定奶粉為基質(zhì)的定值標準參考物質(zhì)，測定值均低于標示值。分別在樣品消解前加入標準溶液和樣品溶液上機前加入標準，同時采用相同的試劑，在相同的實驗步驟和條件下進行試劑空白實驗，其測定值、加標回收率，準確度RSD均較差。因此，不能選擇將此方法作為碘的前處理方法。采用AOAC法和堿提取法測定奶粉為基質(zhì)的定值標準參考物質(zhì)，測定值均在標示值范圍內(nèi)，兩種方法的測定值基本吻合。分別在樣品前處理前加入標準溶液和樣品溶液上機前加入標準，同時采用相同的試劑，在相同的實驗步驟和條件下進行試劑空白實驗，測定值、加標回收率，準確度RSD均都在分析范圍要求之內(nèi)，因此，兩種前處理方法均可用于乳粉中碘的檢測分析，都能較好地滿足樣品中碘分析的要求，且方法具有較好的適用性和可靠性?？梢詰迷谝阅谭蹫榛|(zhì)的食品中碘的檢測。