氣相色譜法分析牛乳粉中碘成分的定值方法

白曉云，蘇運聰，張耀廣，李興佳，李 飛，黃亞芳*

（君樂寶乳業(yè)集團(tuán)有限公司，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部乳品質(zhì)量安全控制重點實驗室，河北 石家莊 050021）

碘作為一種維持人體甲狀腺正常功能的微量元素，與人類的健康息息相關(guān)，成年人體內(nèi)含有20～50 mg的碘[1-2]。適量攝入碘可以促進(jìn)生物氧化、調(diào)節(jié)蛋白質(zhì)合成和分解、促進(jìn)糖和脂肪代謝、調(diào)節(jié)水鹽代謝[3-4]、促進(jìn)維生素的吸收利用、增強(qiáng)酶的活力、促進(jìn)生長發(fā)育[5-8]。對于嬰幼兒而言，嬰幼兒配方乳粉是補(bǔ)充碘的主要來源，建立準(zhǔn)確、可靠的檢測方法，研制確保檢測方法準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)具有非常重要的意義。

目前檢測碘的方法有電感耦合-等離子體質(zhì)譜法、氧化還原滴定法、砷鈰催化分光光度法及氣相色譜法等[9-11]，其中，電感耦合-等離子體質(zhì)譜法適用于食品中碘的測定[12-13]；氧化還原滴定法適用于藻類及其制品中碘的測定[14-15]；砷鈰催化分光光度法適用于糧食、蔬菜、水果、豆類及其制品、乳及乳制品、肉類、魚類及蛋類食品中碘的測定[16-17]；氣相色譜法適用于嬰幼兒配方食品和乳品中營養(yǎng)強(qiáng)化劑碘的測定[18-20]，氣相色譜分析技術(shù)具有分離速度快、靈敏度高等特點，電子捕獲檢測器能很好地分離和檢測碘，并且前處理過程較為簡單，分離效果好，是一種最常用的常規(guī)方法[21-23]。

本研究對氣相色譜法前處理過程中使用試劑的用量、衍生過程、儀器條件進(jìn)行優(yōu)化，得到穩(wěn)定的實驗結(jié)果，針對“牛乳粉中碘”檢測需求，研制基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，對產(chǎn)品日常檢測起到質(zhì)量控制作用，且可用于實驗室日常質(zhì)量控制的評價[20,24-25]，該定值方法的建立對科研人員及檢測人員有一定借鑒意義，能夠為碘的檢測和質(zhì)量控制提供科學(xué)依據(jù)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

乳粉：市售。

標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：水中碘離子溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（GBW（E）082815） 中國計量科學(xué)研究院；亞鐵氰化鉀（分析純）、2-丁酮（分析純）、過氧化氫（分析純） 天津市大茂化學(xué)試劑廠；乙酸鋅（分析純） 天津市光復(fù)科技發(fā)展有限公司；硫酸（分析純） 成都市科隆化學(xué)品有限公司；正己烷（色譜純） 迪馬科技有限公司。

1.2 儀器與設(shè)備

GC-2010 Plus氣相色譜儀（配備電子捕獲檢測器）、SH-Rtx-5毛細(xì)管色譜柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm）日本島津公司；VORTEX-5渦旋混合器 美國Scientific Industries公司；BSA224S電子天平 賽多利斯科學(xué)儀器有限公司；JJ600電子天平 常熟市雙杰測試儀器廠；Milli-Q超純水制備系統(tǒng) 美國Millipore公司；BGZ-246恒溫干燥箱 上海博訊醫(yī)療生物儀器股份有限公司。

1.3 方法

1.3.1 樣品前處理

稱取混合均勻的固體試樣2.5 g（精確至0.000 1 g）于100 mL錐形瓶中，用25 mL約40 ℃的熱水溶解。將上述處理過的試樣溶液轉(zhuǎn)入50 mL容量瓶中，加入2.5 mL 109 g/L亞鐵氰化鉀溶液和2.5 mL 219 g/L乙酸鋅溶液后，用水定容至刻度，充分振搖后靜置10 min。過濾吸取濾液10 mL于100 mL分液漏斗中，加入10 mL水。向分液漏斗中加入0.7 mL體積分?jǐn)?shù)98.3%硫酸、0.5 mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)100%丁酮和1.5 mL體積分?jǐn)?shù)3.5%雙氧水，充分混勻，室溫下保持20 min，加入20 mL正己烷，振蕩萃取2 min。靜置分層后，將水相移入另一分液漏斗中，再進(jìn)行第2次萃取，合并有機(jī)相，用水洗滌2～3 次。通過無水硫酸鈉過濾脫水后移入50 mL容量瓶中，用正己烷定容，為試樣測定液。

1.3.2 氣相色譜儀器條件

色譜柱：固定相5%苯基-95%甲基聚硅氧烷，弱極性柱（30 m×0.32 mm，0.25 μm），或相當(dāng)者，參考色譜柱SH-Rtx-5（30 m×0.32 mm，0.25 μm）；載氣流速1.0 mL/min；進(jìn)樣量1 μL；升溫程序：初始溫度50 ℃，保持9 min，之后以30 ℃/min的速率升至220 ℃，保持3 min；分流比1∶1；檢測器溫度300 ℃；進(jìn)樣口溫度260 ℃。

1.3.3 標(biāo)準(zhǔn)溶液配制

碘標(biāo)準(zhǔn)貯備液（100 mg/L）配制：GBW（E）082815水中碘離子溶液標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)。

碘標(biāo)準(zhǔn)工作液（1.0 mg/L）配制：準(zhǔn)確移取1.0 mL碘標(biāo)準(zhǔn)貯備液，用水定容至100 mL容量瓶中，混勻。

1.3.4 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制

分別向50 mL容量瓶中加入碘標(biāo)準(zhǔn)工作液0.5、1.0、2.0、4.0、6.0 mL，加入2.5 mL 109 g/L亞鐵氰化鉀溶液和2.5 mL 219 g/L乙酸鋅溶液后，用水定容至刻度，充分振搖后靜置10 min。過濾吸取濾液10 mL于100 mL分液漏斗中，加入10 mL水。后續(xù)步驟與1.3.1節(jié)樣品處理步驟一致，得到碘標(biāo)準(zhǔn)曲線。

1.3.5 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性研究

根據(jù)JJF 1006—1994《一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)技術(shù)規(guī)范》的要求對標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行均勻性實驗，根據(jù)JJF1343—2012《標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計學(xué)原理》的要求，對于總體單元數(shù)（n），200＜n≤500時，抽取樣品數(shù)不少于15 個，從標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)包裝中不同部位隨機(jī)抽取15 個單元樣品，做標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性統(tǒng)計檢驗，每個單元取樣量為2.5 g，進(jìn)行3 次平行測定，采用本研究建立的氣相色譜法進(jìn)行測定，以隨機(jī)次序進(jìn)行測定，以防止測量系統(tǒng)的時間變差干擾均勻性評估，通過隨機(jī)化樣品瓶的順序，同時結(jié)合改變樣品測量順序來達(dá)到目的，對測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，通過組間方差和組內(nèi)方差的比較來判斷不同單元乳粉中碘含量的測量值之間有無系統(tǒng)性差異[26-27]。

1.3.6 標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)穩(wěn)定性研究

穩(wěn)定性是標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的基本屬性，用于描述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的特性值隨時間變化的性質(zhì)，即描述標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)特性的時間分布特征。按照J(rèn)JF 1343—2012，穩(wěn)定性評估的方案可以分為經(jīng)典穩(wěn)定性評估和同步穩(wěn)定性評估，本研究中長期穩(wěn)定性評估采用經(jīng)典穩(wěn)定性評估方案，短期穩(wěn)定性評估采用同步穩(wěn)定性評估方案[28-29]。1.3.7 乳粉中碘含量結(jié)果計算

式中：X為乳粉中碘含量/（mg/kg）；m1為從標(biāo)準(zhǔn)曲線中查得試樣中碘的質(zhì)量/μg；m2為稱樣量/g；n為稀釋倍數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel、Origin軟件對所涉及到的數(shù)據(jù)和圖譜進(jìn)行處理和繪制。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前處理條件對碘檢測峰面積的影響

2.1.1 丁酮用量對碘檢測峰面積的影響

選擇丁酮的用量為0.1、0.5、1.0、1.5、3.0 mL，由圖1可知，丁酮用量為0.5 mL時，碘的峰面積最大，表明碘衍生反應(yīng)比較徹底，因此，丁酮用量為0.5 mL最佳。

圖1 丁酮用量對碘檢測峰面積的影響Fig.1 Effect of butanone dosage on the peak area of iodine

2.1.2 硫酸用量對碘檢測峰面積的影響

選擇硫酸的用量為0.3、0.5、0.7、1.0、1.5 mL，由圖2可知，硫酸用量為0.7 mL時，碘的峰面積最大，而且比較穩(wěn)定，因此，硫酸用量0.7 mL最佳。

圖2 硫酸用量對碘檢測峰面積的影響Fig.2 Effect of sulphuric acid dosage on the peak area of iodine

2.1.3 雙氧水用量對碘檢測峰面積的影響

選擇雙氧水的用量為1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mL，由圖3可知，雙氧水用量為1.5 mL時，碘的峰面積最大，因此，雙氧水用量1.5 mL最佳。

圖3 雙氧水用量對碘檢測峰面積的影響Fig.3 Effect of hydrogen peroxide dosage on the peak area of iodine

2.1.4 衍生時間對碘檢測峰面積的影響

選擇衍生時間為10、20、30、40 min，由圖4可知，衍生時間為20 min時，碘的峰面積最大，而且比較穩(wěn)定，因此，衍生時間20 min最佳。

圖4 衍生時間對碘檢測峰面積的影響Fig.4 Effect of derivatization time on the peak area of iodine

2.2 氣相色譜儀檢測條件對碘檢測結(jié)果的影響

2.2.1 不同檢測器溫度對碘檢測結(jié)果的影響

選擇檢測器溫度290、300、310 ℃進(jìn)行優(yōu)化，由表1可知，檢測器溫度為300 ℃時，峰寬較窄，峰形良好，碘的峰面積最大，因此，檢測器溫度300 ℃為最佳。

表1 不同檢測器溫度條件下對應(yīng)的目標(biāo)物峰寬和峰面積Table 1 Peak width and peak area of iodine at different detector temperatures

2.2.2 升溫速率對碘檢測結(jié)果的影響

程序升溫是指色譜柱的溫度按設(shè)置的程序連續(xù)地隨時間線性或非線性逐漸升高，以使低沸點組分和高沸點組分在色譜柱中都有適宜的保留、色譜峰分布均勻且峰形對稱。程序升溫具有改進(jìn)分離、使峰變窄、檢測限下降及節(jié)約時間等優(yōu)點。本研究對10、20、30、40 ℃/min升溫速率進(jìn)行優(yōu)化，由表2可知，升溫速率30 ℃/min條件下的峰面積高于升溫速率10、20、40 ℃/min，因此，本研究選擇：初始溫度為50 ℃，保持9 min，之后以30 ℃/min的速率升至220 ℃，保持3 min。

表2 不同升溫速率對應(yīng)的峰面積Table 2 Peak area of iodine at different heating rates

2.2.3 分流比對碘檢測結(jié)果的影響

樣品濃度大時，調(diào)整分流比，可以改善峰形。分流比通常按照經(jīng)驗設(shè)置，以取得分析靈敏度和色譜峰形的良好平衡。如果分流比太低，峰形將變寬，可能由于超載而表現(xiàn)出前置行為。如果分流比太高，進(jìn)入色譜柱的樣品太少，分析的靈敏度隨峰面積一同減少。本研究選擇分流比0.5∶1、1∶1、2∶1和10∶1進(jìn)行優(yōu)化，由圖5可知，分流比為1∶1時的峰形比較好，因此，選擇分流比為1∶1。

圖5 分流比為11∶1時的色譜圖Fig.5 Chromatogram with 1:1 split ratio

2.2.4 初始溫度對碘檢測結(jié)果的影響

初始溫度會影響峰高、峰寬、分離度等，選擇初始溫度為40、50、70 ℃進(jìn)行優(yōu)化，當(dāng)初始溫度為40 ℃和70 ℃時，目標(biāo)物的出峰位置處雜峰較多，不利于碘的分析。由圖6可知，初始溫度50 ℃時，目標(biāo)物可以清晰分離，在保證樣品所有組分均能氣化完全且目標(biāo)峰分離效果良好的前提下，選擇初始溫度為50 ℃。

圖6 初始溫度為50 ℃時的色譜圖Fig.6 Chromatogram at initial temperature of 50 ℃

2.2.5 進(jìn)樣口溫度對碘檢測結(jié)果的影響

進(jìn)樣口溫度需要設(shè)置為能使樣品全部氣化的溫度，選擇240、260、280 ℃進(jìn)行優(yōu)化，由表3可知，進(jìn)樣口溫度為240、260、280 ℃時，峰寬和峰面積幾乎沒有什么變化，對實驗結(jié)果無顯著影響，在保證目標(biāo)物完全氣化的前提下，選取進(jìn)樣口溫度為260 ℃。

表3 不同進(jìn)樣口溫度條件下對應(yīng)的目標(biāo)物峰寬和峰面積Table 3 Peak width and peak area of iodine at different inlet temperatures

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線

為了考察該方法線性，用碘標(biāo)準(zhǔn)工作液配制成質(zhì)量濃度分別為2、4、8、16、24 ng/mL的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行衍生，以檢測到的峰面積（y）和質(zhì)量濃度（x）進(jìn)行線性回歸。得到線性回歸方程為y=17 100x+4 331（R2=0.999 6）。表明在2～24 ng/mL質(zhì)量濃度范圍內(nèi)，儀器對碘具有良好的線性響應(yīng)，滿足基體標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)定值要求。

2.4 精密度和加標(biāo)回收率

隨機(jī)抽取3 瓶乳粉樣品，每瓶稱取2 個子樣，測定6 個乳粉子樣中碘的含量。由表4可知，6 個乳粉子樣中碘含量的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.3%，小于10%，表明該方法的精密度良好。

表4 乳粉中碘含量測定結(jié)果（nn==66）Table 4 Results of determination of iodine content in milk powder (nn = 6)

采用標(biāo)準(zhǔn)添加法，選擇碘含量較低的乳粉作為本底，分別在本底樣品中加入乳粉中碘含量的25%、50%、125%，每個添加水平平行測定3 次，根據(jù)樣品的測定結(jié)果計算加標(biāo)回收率。由表5可知，3 個不同加標(biāo)水平的加標(biāo)回收率分別為95.3%、101.3%和98.8%，表明該定值方法準(zhǔn)確、可靠。

表5 乳粉中碘加標(biāo)回收率實驗結(jié)果Table 5 Recoveries of iodine from spiked milk powder

2.5 檢出限

為進(jìn)一步考察方法的檢出限，將衍生后的樣品用水稀釋后上機(jī)測定，進(jìn)樣量1 μL，經(jīng)過氣相色譜儀測定，結(jié)果如圖7所示，根據(jù)軟件積分自動計算信噪比。以3 倍信噪比為檢出限，得到該定值方法的檢出限為0.2 mg/kg。

圖7 不同質(zhì)量濃度時碘衍生后色譜峰信噪比Fig.7 Signal to noise ratio of chromatographic peak of sample derivatized with iodine at different concentrations

2.6 定值方法應(yīng)用的結(jié)果分析

2.6.1 均勻性

隨機(jī)選取15 個碘定值樣品，每個樣品做3 次平行實驗，檢驗樣品制備的均勻性，結(jié)果如表6所示。由均勻性檢驗數(shù)據(jù)可得F分布變量為1.89，根據(jù)自由度及給定的顯著性水平（α）=0.05，組數(shù)（m）=15，個數(shù)（n）=45，可由F分布臨界值查表得臨界Fα，F(xiàn)α（m-1，n-m）=F0.05（14，30）=2.32，F(xiàn)＜Fα，表明組內(nèi)與組間無明顯差異，樣品均勻。

表6 乳粉中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)均勻性檢驗結(jié)果Table 6 Homogeneity of reference materials for iodine analysis in milk powder mg/kg

2.6.2 穩(wěn)定性

由圖8～10可知，長期和短期實驗結(jié)果基本都在一個水平線上，證明該標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)在6 個月內(nèi)量值穩(wěn)定。

圖8 乳粉中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)長期穩(wěn)定性監(jiān)測趨勢圖Fig.8 Long-term stability of reference material for iodine analysis in milk powder

圖9 乳粉中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)4 ℃貯藏的短期穩(wěn)定性監(jiān)測趨勢圖Fig.9 Short-term stability of reference material for iodine analysis in milk powder at 4 ℃

圖10 乳粉中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)50 ℃貯藏的短期穩(wěn)定性監(jiān)測趨勢圖Fig.10 Short-term stability of reference material for iodine analysis in milk powder at 50 ℃

3 結(jié) 論

本研究建立了一種氣相色譜法檢測牛乳粉中碘的分析方法，該研究為研制乳粉中碘成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)提供了思路，方法具有靈敏度高、操作簡單快捷、重現(xiàn)性好且回收率高的特點，適用于乳粉中碘成分的定性與定量測定，為食品安全提供了保障。