高純乳酸純度檢測方法

丁敏 段嫚雷 孟嬌然 / 上海市計量測試技術研究院

0 引言

乳酸是一種重要的有機酸，廣泛應用于釀造、食品、畜牧、臨床醫(yī)藥、化工等行業(yè)。乳酸常用工業(yè)生產方式生產，如以生物發(fā)酵法、化學合成法為主[1]，由于乳酸在各種產品中的含量與人體健康等密切相關，因此，乳酸的準確檢測對生命健康和經濟貿易發(fā)展都有重要的意義。乳酸的檢測方法有高效液相色譜法[2]、酶法[3]、折光法[4]和滴定法[5]等。由于目前沒有乳酸純度標準物質，實驗室只能使用高純乳酸試劑繪制校準曲線，無法獲得準確的純度值，要實現(xiàn)乳酸檢測結果的量值溯源需要對高純乳酸試劑準確定值。本文研究了滴定法結合離子色譜法、電感耦合等離子光譜法對高純乳酸主成分、乳酸試劑生產、純化過程中引入的有機酸、無機酸雜質檢測的方法，通過雜質定值實現(xiàn)高純乳酸純度準確測定，為各行業(yè)乳酸檢測提供量值溯源保障。

1 實驗部分

1.1 主要儀器與試劑

滴定管：EX+30s型，A級，上海申玻儀器公司；電子天平：XS205型，級，瑞士梅特勒-托利多儀器有限公司；離子色譜儀：ICS-5000，美國賽默飛世爾科技公司；電感耦合等離子光譜儀： Optima 5300DV型，美國珀金埃爾默股份有限公司；卡爾費休水分儀（容量法）：841型，瑞士萬通。

L-（+）乳酸：≥98%，美國Sigma-Aldrich；氫氧化鈉滴定溶液標準物質：GBW(E)080494，0.5 mol/L，Urel=0.3%（k= 2），上海市計量測試技術研究院；硫酸滴定溶液標準物質：GBW(E)080496，0.1 mol/L，Urel=0.3%（k= 2），上海市計量測試技術研究院；電感耦合等離子發(fā)射光譜法標準物質：等離子發(fā)射光譜分析混合離子標準物質，GBW(E)080668，成分：Li、Na、Ca、V、Cr、Mn、Co、Ni、As、Se、Sr、Cd、Ba、Pb、Mg、Al、Fe、Cu、Zn、K、Ag、Bi，上海市計量測試技術研究院；離子色譜法標準物質：水中氯離子、硫酸根、磷酸根、硝酸根標準物質[GBW(E)081209、GBW(E)081213、GBW(E)081215、GBW(E)081217]，0.100 g/L，Urel=2.8%（k= 2），上海市計量測試技術研究院；草酸：≥99.5%，AR，國藥集團化學試劑有限公司；酒石酸鉀鈉四水合物：≥99.0%，AR，上海泰坦科技股份有限公司；無水檸檬酸：≥99.5%，AR，美國Sigma-Aldrich；卡爾費休容量法水分分析試劑：滴定度為2.0 mg/mL的雙組份卡爾費休滴定試劑，德國Fluka。實驗用水：符合GB/T 6682-2008《分析實驗室用水規(guī)格和試驗方法》[6]中一級水的要求。

1.2 實驗方法和儀器工作條件

參考GB1886.173-2016《食品安全國家標準 食品添加劑 乳酸》中的方法對高純乳酸主要成分進行滴定，采用離子色譜法和電感耦合等離子發(fā)射光譜法分析其中的有機酸、無機酸、相應的金屬元素以及對稱量結果有影響的水分含量，扣除有機酸和無機酸雜質，測得高純乳酸純度值。

1.2.1 高純乳酸中主成分滴定法檢測

準確稱?。ň_至0.1 mg）干燥乳酸試劑質量m約0.3 g于滴定瓶中，加50 mL實驗用水，準確移取并加入10 mL氫氧化鈉標準溶液，煮沸5 min，加酚酞指示液2滴，趁熱用濃度標準值為c的硫酸標準溶液滴定（c約為0.1 mol/L），滴定速率6～8 mL/min，記錄溶液由紅色變?yōu)闊o色時硫酸標準溶液消耗的體積V1，同時做空白試驗，記錄消耗的硫酸標準溶液體積V2。按照式（1）計算主要成分含量

1.2.2 高純乳酸中酸根雜質離子色譜法檢測

色譜柱：AS11-HC陰離子色譜柱（4 mm×250 mm），柱溫30 ℃，電導檢測器，進樣量25 μL；流速1.0 mL/min；流動相梯度條件見表1。

表1 離子色譜梯度條件

在表2線性范圍內配制氯離子、硝酸根、硫酸根、磷酸根、草酸、酒石酸、檸檬酸線性標準溶液3～5個濃度，按照上述梯度條件繪制標準曲線，同時做空白試驗。準確稱取（精確至0.1 mg）干燥高純乳酸適量，配制乳酸溶液，按照上述條件進樣檢測。

1.2.3 高純乳酸中水分卡爾·費休容量法檢測

用10 μL微量進樣器量取2 μL或3 μL純水，標定滴定劑的滴定度，連續(xù)標定3次，取平均值作為該滴定劑的滴定度。準確稱取0.5～1.0 g高純乳酸作水分檢測，根據(jù)試劑滴定度及稱量的高純乳酸質量計算樣品中的水分含量。注意：由于高純乳酸易吸水，稱樣需采用可密封的稱樣漏斗，稱量和加樣過程需快速進行，剩余的高純乳酸應立即放回干燥器中，防止在測量過程中吸水。

1.2.4 高純乳酸中金屬雜質電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測

試驗條件：霧化氣流 0.2 L/min、等離子氣流15 L/min、輔助氣流 0.8 L/min，霧化電壓 1 300 W，泵流速 1.5 mL/min。

使用本文1.1中的電感耦合等離子發(fā)射光譜法標準物質制作標準曲線，準確稱?。ň_至0.1 mg）干燥乳酸適量，配制成適當濃度的高純乳酸溶液3個平行樣品進行檢測，同時做空白試驗。

所有試驗均在20 ℃±2 ℃，≤80%RH條件進行。

2 結果與討論

2.1 乳酸主成分滴定法檢測結果

按照本文1.2.1方法兩人進行滴定，分別做4次平行滴定，兩人共8次平行滴定結果相對極差不大于0.18%，得到干燥后的高純乳酸主要成分含量為8次平行滴定的算術平均值99.82%。

2.2 雜質分析

2.2.1 離子色譜法酸根雜質檢測結果

按照本文1.2.2離子色譜法對各組分分離檢測，乳酸溶液和混合標準溶液的色譜圖見圖1、圖2，由色譜圖可知該方法能有效分離目標雜質酸，試驗使用的高純乳酸中雜質酸含量為未檢出。試驗得到離子色譜法基線噪聲為0.001 μS，根據(jù)各組分靈敏度，參考GB/T 27417-2017 《合格評定 化學分析方法確認和驗證指南》[7]評價得到高純乳酸中各有機酸、無機酸雜質含量檢測的方法學指標（見表2）。

表2 各組分線性參數(shù)、檢出定量限和檢測結果

圖1 0.1 g/L乳酸溶液離子色譜圖

圖2 有機酸及無機酸混合標準溶液離子色譜圖

2.2.2 水分含量檢測結果

按照1.2.3方法檢測得到3次平行測定的水分含量分別為0.106%，0.112%，0.115%，取其算術平均值為0.11%。

2.2.3 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法金屬雜質檢測結果

按照1.2.4方法檢測高純乳酸中各金屬元素含量，本次試驗所用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀對各金屬元素檢測限為50 μg/L，根據(jù)儀器檢測結果計算得到各金屬元素含量見表3，得到被檢高純乳酸中的金屬雜質總含量為0.01%。

表3 金屬雜質檢測結果

由于濃度60%以上的乳酸試劑具有很強的吸濕性，在乳酸試劑稱量、使用過程吸收水分會導致測量結果的不準確，因此，試驗過程需要檢測和扣除其中的水分含量，開封后的乳酸試劑應盡可能保存于冷藏的干燥皿中，確保量值的穩(wěn)定和準確可靠。

3 不確定度評定

3.1 乳酸主成分滴定引入的不確定度

滴定的測量模型見式（1），滴定過程引入的不確定度u滴定來源于三部分：第一部分為滴定重復性和溫度影響引入的不確定度；第二部分為硫酸標準溶液濃度引入的不確定度；第三部分為稱量引入的不確定度。

采用同一根滴定管前后兩次滴定，根據(jù)測量模型體積負相關，因此，滴定管體積允差引入的不確定度抵消，重復滴定8次的標準偏差計算值為0.065%，因此，滴定重復性引入的相對標準不確定度為

實驗室的溫度控制為20 ℃±2 ℃，水的體積膨脹系數(shù)為2.1×10-4℃-1，則由溫度效應導致的體積變化為22.1×10-4=0.042%。按照均勻分布，溫度變化引入的標準不確定度為

滴定過程引入的不確定度為

硫酸標準物質濃度c的擴展不確定度為Urel= 0.3%（k= 2），其相對標準不確定度為

稱量用天平的檢定分度值為0.1 mg，允差為±0.05 mg，稱量質量為0.3 g，稱量不準引入的不確定度為

以上三者互不相關，采用方和根的方式合成，得到乳酸主成分測定結果的不確定度urel（ω）為

3.2 雜質成分測定引入的不確定度

雜質含量包括酸根離子、金屬雜質測定結果引入的不確定度。兩者為通過標準曲線擬合所得結果的不確定度，分別由線性擬合的不確定度和標準物質濃度不準引入的不確定度組成，由于本試驗中該兩類雜質的含量較低，其不確定度相對主要成分測定結果可忽略。

3.3 滴定結果的不確定度

根據(jù)上述評定，高純乳酸測定結果的合成標準不確定度uc為

取k= 2，其擴展不確定度U= 0.32%。

4 結語

通過采用酸堿容量滴定法對高純乳酸試劑含量進行準確檢測，對在乳酸加工和純化過程中可能引入有機酸和無機酸，其氫離子會與滴定劑氫氧化鈉發(fā)生化學反應的情況，采用常用的離子色譜法和電感耦合等離子體發(fā)射光譜法檢測有機酸和無機組分。經評定，各有機酸、無機酸的定量限達到10-5（質量百分比），滴定得到的乳酸純度結果擴展不確定度水平為U= 0.432%（k= 2）；在存在雜質酸的情況下，可參考本文實驗方法檢測并計算雜質消耗的氫氧化鈉含量后，在式（1）中扣除相應標準溶液消耗量后再計算，實現(xiàn)對高純乳酸純度的準確定值，為建立高純乳酸試劑標準提供參考，有效保障食品、飼料等樣品中乳酸檢測結果的準確可靠。