嬰幼兒配方乳粉中微量碘測定方法的比較

單 藝,馬 微,劉曉玲,王象欣,夏行昊,于力濤,魏雪冬,姜毓君，*

(1.東北農業大學 國家乳業工程技術研究中心 黑龍江省乳品工業技術開發中心,黑龍江哈爾濱 150028;2.哈爾濱工業大學,黑龍江哈爾濱 150001;3.東寧出入境檢驗檢疫局,黑龍江牡丹江 157200;4.黑龍江省質量監督檢測研究院,黑龍江哈爾濱 150050)

嬰幼兒配方乳粉中微量碘測定方法的比較

單 藝1,馬 微2,3,劉曉玲4,王象欣1,夏行昊1,于力濤1,魏雪冬1,姜毓君1，*

(1.東北農業大學 國家乳業工程技術研究中心 黑龍江省乳品工業技術開發中心,黑龍江哈爾濱 150028;2.哈爾濱工業大學,黑龍江哈爾濱 150001;3.東寧出入境檢驗檢疫局,黑龍江牡丹江 157200;4.黑龍江省質量監督檢測研究院,黑龍江哈爾濱 150050)

本文采用氣相色譜法(GC)、電感耦合等離子體質譜法(ICP-MS)、離子色譜法(IC)分別測定了嬰幼兒配方乳粉中碘的含量。通過多方面因素對比:前處理的方式、碘的測定種類、方法線性范圍、回收率、檢出限、精密度等,得出電感耦合等離子體質譜法前處理操作簡便,受奶粉復雜基質干擾最小,在1～50μg/L線性范圍內,相關系數可達到0.999以上。回收率在95.9%～103.7%之間,RSD為0.6%～2.2%,檢出限為0.6μg/100g,最適合用于嬰幼兒配方乳粉中微量碘的實驗室常規分析。

碘,氣相色譜法,電感耦合等離子體質譜法,離子色譜法,嬰幼兒配方乳粉

碘是人體必需的微量元素之一,它參與甲狀腺素的合成,與人體生長發育、新陳代謝密切相關[1]。嬰幼兒攝入碘量不足時,會導致腦發育落后或發育不全等不可逆轉的智力障礙。而且,經大量研究及動物實驗證明,當碘攝入過量時,將對神經遞質的釋放和腦基因的表達等方面產生負面影響。因此,我國規定嬰兒(指0～12月齡的人)配方食品中的碘含量應為2.5～14μg/100kJ[2],較大嬰兒(指6～12月齡的人)及幼兒(指12～36月齡的人)配方食品中的碘含量應高于1.4μg/100kJ[3]。

碘是一種常見的非金屬元素,存在多種形態及價態,易氧化還原、易揮發和易吸附,屬于較難測的元素之一[4]。目前,常見測定碘的方法有氣相色譜法[5-7]、離子色譜法[8-15]、電感耦合等離子體色譜法[16-20]等。氣相色譜法是國家標準中指定測定碘的方法,離子色譜法能有效的分離碘酸根和碘離子,而電感耦合等離子質譜法具有高靈敏度、高抗干擾能力。

本文針對嬰幼兒配方乳粉這一復雜基質,開發出三種碘的測定方法:氣相色譜法、電感耦合等離子體質譜法和離子色譜法。對前處理、碘的測定范圍、方法線性范圍、回收率、檢出限、精密度等實驗數據進行對比。結果表明電感耦合等離子體質譜法操作簡便,數據準確,適用于嬰幼兒配方乳粉中微量碘的實驗室常規檢測。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

本實驗所用水為電阻率18.2Ω去離子水,由Milli-Q超純水機 美國Millipore公司提供;硫酸(H2SO4) 95%,Sigma-Aldrich;2-丁酮(C2H5COCH3) 99%,Sigma-Aldrich;過氧化氫溶液 30%,Sigma-Aldrich;正己烷(CH3(CH2)4CH3) 99%,Sigma-Aldrich;無水硫酸鈉(Na2SO4) 99.99%,Aldrich;氨水 25%,Fluka;碲(Te) 1000μg/mL,美國o2si;碘(I2) 1000μg/mL,美國o2si;玻璃纖維濾紙 賽多利斯;HLB固相萃取柱 6cc/500mg,Waters;亞鐵氰化鉀 K4Fe(CN)6·3H2O,99.5%,天津福晨化學試劑廠;乙酸鋅 Zn(OAc)2·2H2O,99.0%,北京益利精細化學品有限公司;聚乙二醇叔辛基苯基醚 曲拉通,(t-Oct-C6H4-(OCH2CH2)xOH,x=9～10,99%,J&K)。

安捷倫7890A氣相色譜儀;安捷倫7700X電感耦合等離子體質譜儀,配有安捷倫ASX-500自動進樣器,同心霧化器;超純水儀 美國MILLIPORE公司;5430/5430R離心機 德國 Eppendorf公司;磁力攪拌器 上海安普科學儀器有限公司;BS210S型電子天平 北京賽多利斯天平有限公司;美國Dionex ICS 3000離子色譜儀,配有AS自動進樣,脈沖安培檢測器;超聲波清洗器 上海安譜科學儀器有限公司。

1.2 實驗方法

1.2.1 氣相色譜法分析步驟

1.2.1.1 樣品處理 準確稱取5g(精確到0.0001g)混合均勻的奶粉樣品于150mL三角瓶中,用25mL約40～55℃溫水溶解,蓋上膠塞放入超聲波超聲提取30min,將上述處理過的試樣溶液轉入100mL容量瓶中,加入5mL 0.25mol/L的亞鐵氰化鉀溶液和5mL 0.5mol/L的乙酸鋅溶液后,用水定容至刻度,充分振搖后靜止10min。濾紙過濾后吸取濾液10mL于100mL分液漏斗中,加10mL水。向分液漏斗中加入0.7mL硫酸,0.5mL 2-丁酮,2.0mL過氧化氫溶液,充分混勻,室溫下保持20min后,加入20mL正己烷振蕩萃取2min。靜止分層后,將水相移入另一分液漏斗中,再進行第二次萃取。合并有機相,用水洗滌兩到三次。通過無水硫酸鈉過濾脫水后移入50mL容量瓶中,用正己烷定容,此為樣品測定液[21]。

1.2.1.2 儀器分析條件 色譜柱為安捷倫HP-5(填料為5 %氰丙基-甲基聚硅氧烷,柱長30m,內徑0.25mm,膜厚0.25μm);進樣口溫度:260℃;ECD 檢測器溫度:300℃;分流比:1∶1;進樣量:1.0μL。升溫程序:50℃持續9min,然后以30℃/min升到220℃保持4min。

1.2.2 電感耦合等離子體質譜法分析步驟

1.2.2.1 樣品處理 準確稱取2g(精確到0.0001g)混合均勻的奶粉樣品于50mL三角瓶中,用20mL約40～55℃溫水溶解,蓋上膠塞放入超聲波超聲提取30min,將上述處理過的試樣溶液轉入50mL容量瓶中,加入2.5mL 0.25mol/L的亞鐵氰化鉀溶液和2.5mL 0.5mol/L的乙酸鋅溶液后,用水定容至刻度,充分振搖后靜止10min。用玻璃纖維濾紙過濾后吸取濾液1mL于10mL容量瓶中,加0.2mL氨水,用去離子水定容至10mL刻度線,此為樣品測定液。

1.2.2.2 儀器分析條件 儀器所用清洗管路溶液為1%氨水溶液,配制方法為量取40mL氨水于1000 mL容量瓶中,再加入700mL去離子水,待溶解后定容,搖勻。ICP-MS內標溶液為40mg/L碲溶液,配制方法為吸取1mL 1000μg/mL的碲標準溶液于25mL容量瓶中,加入0.25mL氨水,0.2mL曲拉通溶液,用去離子水定容,搖勻。電感耦合等離子體質譜儀具體的操作條件見表1。

表1 安捷倫7700X ICP-MS操作參數

1.2.3 離子色譜法分析步驟 參考文獻[22]進行實驗。

1.2.3.1 樣品處理 準確稱取1g(精確到0.0001g)混合均勻的奶粉樣品于100mL三角瓶中,用10mL約40～55℃溫水溶解,加入2mL 3%乙酸溶液,蓋上膠塞放入超聲波中超聲提取30min后轉移至25mL容量瓶中定容搖勻,全部溶液倒入50mL聚丙烯離心管中,然后以3500r/min 離心3min,取上清液用玻璃纖維濾紙過濾,取5mL濾液過預先活化好的HLB固相萃取小柱,流出速度控制在約4mL/min,棄去前3mL,取后流出液體于進樣瓶中,此為上機液。HLB固相萃取小柱活化過程為吸取5mL甲醇通過柱子,再吸取10mL去離子水通過柱子,在保持柱床濕潤的條件下進樣液。

1.2.3.2 儀器分析條件 色譜柱:IonPac AS11分離柱(4mm×250mm),Ion Pac AG11 保護柱(4×50mm);淋洗液:50.0mmol/L HNO3。

離子色譜儀作參數見表2;電化學檢測器的波形條件見表3。

表2 離子色譜儀作參數

表3 電化學檢測器的波形條件

2 結果與分析

2.1 三種分析方法的比較

2.1.1 氣相色譜法分析原理 本文以食品安全國家標準GB5413.23-2010《嬰幼兒食品和乳品中碘的測定》[21]中所描述的氣相色譜法為基礎,對其前處理方法進行優化,經氣相色譜分離,電子捕獲檢測器檢測(圖1、圖2)。

圖1 碘標準品的氣相色譜圖Fig. 1 The gas chromatogram of iodine standard solution

圖2 嬰幼兒配方奶粉中碘的氣相色譜圖(HP-5)Fig. 2 The gas chromatogram of iodine in infant formula powder(HP-5)

2.1.2 ICP-MS法操作要點 ICP-MS法參考國標氣相方法的前處理[21]并加以修改,利用化學計量數比例為1∶2的乙酸鋅與亞鐵氰化鉀沉淀蛋白,使得大部分鹽沉淀,避免了溶液中過多的離子干擾,上機溶液用氨水堿化提高了碘離子的穩定性。ICP-MS能對所測定目標元素達到很好的分辨率,碘只有一個分子質量為127amu的自然同位素,因此有很小的質譜干擾,碘的第一電離能為10.45eV,在氬等離子體中只能達到大約25%的電離[23],但與其他分析方法相比,還是有比較高的靈敏度。且分析過程中使用HMI氣溶膠稀釋以及碰撞反應池,進一步減少了鹽和同質異位素干擾。選用與碘電離能相近的Te128作為內標在線加入,每次進樣間用1%氨水清洗進樣系統,消除上一個樣品的殘留。但是由于樣品中某些小分子有機物的殘留,導致等離子體溫度升高,使得樣品中碘的電離增加。因此,在內標溶液中添加非離子表面活性劑曲拉通,作為增敏劑來增加碘的響應值,避免由于樣品和標準樣品基體不同而造成的信號偏離。由于高溫的等離子體使大多數樣品中的元素都電離出一個電子而形成了一價正離子,所以樣品中碘的所有形態都能夠分析。

2.1.3 離子色譜法操作要點 本文選用親水性較強的AS11強陰離子交換色譜柱分離柱,50.0mmol/L 的HNO3做淋洗液,可在8min 內完成一次測定(圖3)。帶有銀工作電極的脈沖安培檢測器對碘有很高的專一性,不會受乳制品樣液的復雜基質干擾。在樣品前處理中使用HLB固相萃取柱除去樣液中的非極性物質,使樣品得到凈化,背景降低。

圖3 嬰幼兒奶粉樣品中碘測定離子色譜圖(AS11)Fig.3 The ion chromatogram of iodine in infant formula powder(AS11)

2.2 方法的檢出限和線性范圍

2.2.1 氣相色譜法測碘的檢出限和線性范圍 標準品與樣品同步處理,碘標準曲線濃度為2.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L。氣相色譜法測碘的標準曲線,回歸方程以及回歸方程相關系數見圖4。進空白樣,以基線3倍噪聲值在標準曲線查得結果按測定方法計算,樣品的檢出限為1.4μg/100 g。

圖4 氣相色譜法測定碘的標準曲線Fig.4 The standard curve of iodine by GC-ECD method

2.2.2 電感耦合等離子體質譜法測碘的檢出限和線性范圍 標準品與樣品同步處理,碘標準曲線濃度為2.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L。電感耦合等離子體質譜法測碘的標準曲線,回歸方程見圖5。在0～50μg/L內線性良好。按照實驗方法,制備10個樣品空白溶液,測定碘的濃度,其結果標準偏差的3倍為該方法檢出限,計算結果為0.6μg/100g。

表4 GC、ICP-MS、IC法回收率、精密度測試結果(n=9)

圖5 ICP-MS法測定碘的標準曲線Fig.5 The standard curve of iodine by ICP-MS

2.2.3 離子色譜法測碘的檢出限和線性范圍 標準品與樣品同步處理,碘標準曲線濃度為10、25、100、500、1000μg/L。離子色譜法測碘的標準曲線,回歸方程以及回歸方程相關系數見圖6,由此可見在0～1000μg/L內線性良好。以3倍信噪比為檢出限,在標準曲線查得,方法檢出限為6.1μg/100g。

圖6 離子色譜法測碘標準曲線回歸方程與相關系數Fig.6 The standard curve of iodine by IC method

2.3 三種方法的檢出限及回收率

選取市售三種不同配方的嬰幼兒配方奶粉,采用1.2.1、1.2.2、1.2.3中描述的方法分別測定樣品的本底值。然后添加碘化鉀,添加水平為10.1、30.1、50.2μg/100g(以碘質量計),進行加標回收率和精密度實驗,平行測定9次,結果見表4。氣相色譜法的加標回收率為89.8%～95.7%,相對標準偏差為1.1%～4.8%;電感耦合等離子體質譜法的加標回收率為95.9%～103.7%,相對標準偏差為 0.6%～2.2%;離子色譜法的加標回收率為83.5%～90.8%,相對標準偏差為3.5%～6.7%。

3 討論

碘化學性質活潑,通常以游離的元素碘、碘化物、碘酸鹽、甲基碘及其他有機碘等多種形式存在,并通過大氣圈、水圈、生物圈和土壤圈不停循環。碘的上述特征導致碘的化學分析困難,而嬰幼兒配方奶粉基質復雜,進一步增加了乳粉中碘測定的不確定度。氣相色譜法和離子色譜法只是測定以某些形態存在的碘元素,而ICP-MS法測定的是碘總量。對于高基體樣品,ICP-MS也能對所測定目標元素達到很好的分辨率。氣相色譜法操作復雜,實驗難度大,對實驗員的實驗技能有很高的要求,ICP-MS法和離子色譜法操作相對容易,詳見表5。

4 結論

本文采用氣相色譜法、ICP-MS法、離子色譜法三種方法測定嬰幼兒配方乳粉中的微量碘。通過對前處理、碘的測定范圍、方法線性范圍、回收率、檢出限、精密度等實驗數據的對比,得出ICP-MS法前處理操作簡便、能夠測定碘的總量,回收率在95.9%～103.7%之間,精密度高,檢出限最佳,為0.6μg/100g,該方法更適合用于嬰幼兒配方乳粉中微量碘的測定。

表5 三種方法的比較

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Comparison of detemination methods of trace Iodine in infant formula powder

SHAN Yi1,MA Wei2,3,LIU Xiao-ling4,WANG Xiang-xin1,XIA Xing-hao1,YU Li-tao1,WEI Xue-dong1,JIANG Yu-jun1,*

(1.National Dairy Engineering and Technology Research Center,Heilongjiang Dairy Industry Technical Development Center,Northeast Agricultural University,Harbin 150028;2.Harbin Institute of Technology,Harbin 150001,China;3.Dongning Entry-Exist Inspection and Quarantine Bureau,Mudanjiang 157200,China;4.The Academy of Quality Inspection and Research in Heilongjiang Province,Harbin 150050,China)

Gas chromatography(GC),inductively coupled plasma-mass spectrometry(ICP-MS)and ion chromatography(IC)were used to determine iodine in infant formula powder. Comparing various factors:pretreatment method,iodine types,linear range and recovery,detection limit,precision,etc.Pretreatment of ICP-MS method was simple,the interference of complex matrix was minimum,the linear range between 1g/L to 50μg/L,correlation coefficient could reach more than 0.999,recovery rate was between 95.9%～103.7%,RSD was 0.6%～2.2%,the detection limit was 0.6μg/100g. In conclusion,coupled plasma mass spectrometry was more suitable for iodine determination of infant formula milk powder in laboratory routine analysis.

iodine;gas chromatography;inductively coupled plasma-mass spectrometry;ion chromatography;infant formula powder

2014-06-11

單藝(1981-),女,在讀博士,工程師,研究方向:乳品科學。

*通訊作者:姜毓君(1971-),男,博士,教授,研究方向:乳品科學。

國家科技支撐計劃課題(2012BAK17B04)。

TS252.7

A

1002-0306(2015)07-0281-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.051