總有機碳(TOC)分析校準用蔗糖溶液的離子色譜法定值測定*

胡守江，張 妮，莊 毅

(上海市質(zhì)量監(jiān)督檢驗技術研究院，上海 200233)

總有機碳(Total Organic Carbon，TOC)分析儀，是通過測定水體中有機碳的含量來表征水體中有機物質(zhì)的總量，是評價水質(zhì)污染程度必不可少的即時在線檢測手段之一，近年來被廣泛應用于制藥、化工、食品飲料、電子及半導體等行業(yè)的工藝用水水質(zhì)檢測和廢水處理、雨水監(jiān)測等環(huán)保領域的水質(zhì)監(jiān)測[1-7]。TOC分析儀在長時間使用后，催化床會鈍化導致設備靈敏度下降。為了得到可信度高的測量值，必須按照國家校準規(guī)范定期對儀器進行校準，使儀器的各項性能指標符合相應的要求。《中國藥典2020年版 四部通則0682制藥用水中總有機碳測定法》，要求將1,4-對苯醌(1,4-Benzoquinone)作為難氧化的有機物，蔗糖作為易氧化的有機物，各制備成含碳濃度為0.50 mg/L的標準溶液，在TOC分析儀上分別測定相應的響應值，以考察所采用技術的氧化能力和儀器的系統(tǒng)適用性。溶液含量的準確度會直接影響用水系統(tǒng)適用性試驗的結果，但是藥典中并沒有明確具體的溶液配置過程和測定方法。許多應用公司在配置上述低濃度溶液的過程中，由于方法不統(tǒng)一、人員技術參差不齊、制備過程不受管控等原因，導致配制的溶液不確定度大，無法正常使用；另外沒有針對性的檢測方法作為參考，則無法精確地對對照溶液的濃度值進行驗證和定值，無法保證檢驗結果的準確性和溯源性。

目前用于蔗糖檢測的方法包括近紅外光譜法、液相色譜法、毛細管電泳法、離子色譜法等。近紅外光譜分析用作定量分析時誤差較大，靈敏度較低，在圖譜解析方面主要靠經(jīng)驗，所以很少用于定量分析。國家標準對糖類的檢測主要采用高效液相色譜法，GB 5009.8-2016《食品安全國家標準 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麥芽糖、乳糖的測定》第一法和GB 5413.5-2010《食品安全國家標準 嬰幼兒食品和乳品中乳糖、蔗糖的測定》第一法中就規(guī)定了使用液相色譜-示差檢測器(或蒸發(fā)光散射檢測器)測定食品中蔗糖的方法。但受檢測器的影響，液相色譜法對糖類的分析靈敏度相對較低，蔗糖在GB 5009.8-2016中的檢出限為0.2 g/100 g，在GB 5413.5-2010中的檢出限為0.3 g/100 g，無法滿足本項目的檢測要求。毛細管電泳法具有靈敏度高、反應迅速、樣品使用量少等優(yōu)點。但是毛細管電泳法重復性差、設備普及率低等，不適合方法的推廣和普及。

離子色譜法是高效液相色譜法的一種。根據(jù)分離機理的不同，可將離子色譜分為三種：離子交換色譜、離子排斥色譜、離子對色譜。離子色譜法具有測定準確、反應迅速、操作簡便等優(yōu)點，越來越多的用于糖的測定。糖測定中主要用到離子色譜中的金電極-脈沖安培檢測器。在該檢測器中糖在電極表面被氧化產(chǎn)生電信號從而達到測定的目的。如張磊等[8]采用離子色譜法分離檢測水果和飲品中的蔗糖、葡萄糖和果糖，結果表明，在1.0～50.0 mg/L范圍內(nèi)離子色譜法分別呈良好的線性，檢出限分別為0.085 mg/L、0.126 mg/L和1.072 mg/L，相對標準偏差為2.90%～6.09%，回收率為83.4%～126.6%。如楊曉敏[9]采用離子色譜-脈沖安培檢測法測定乳制品中的半乳糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和乳糖，結果表明這五種糖在0.1～20.0 mg/kg濃度范圍內(nèi)有良好線性，檢出限分別為0.18、0.75、2.3、1.5、3.0 mg/kg。如梁文輝等[10]采用離子色譜法測定藍藻細胞培養(yǎng)液中的蔗糖和甘油葡糖苷，這兩種物質(zhì)在0.1～50.0 mg/L范圍內(nèi)具有良好的線性，蔗糖的檢出限為0.15 mg/L，測定結果的相對標準偏差小于2%。

本研究針對蔗糖的特性，采用離子色譜法，優(yōu)化色譜條件，測定制備好的低濃度蔗糖溶液，以確定對照品溶液的量值，保證標準物質(zhì)的量值溯源性。

1 實 驗

1.1 標準品與試劑

蔗糖(純度99.7%)，配制供試品溶液，TOC分析儀系統(tǒng)適用性試驗用，中國計量科學研究院；蔗糖(純度99.97%)，配制標準溶液，離子色譜儀上給供試品溶液定值用，Dr.E公司；50%氫氧化鈉溶液(色譜純)，Merck公司；三水乙酸鈉(分析純)，國藥公司；超純水(電阻率為18.2 MΩ·cm)，自制。

1.2 儀器與設備

離子色譜儀(配有三元及以上梯度泵，脈沖安培檢測器，Au工作電極)，美國賽默飛世爾科技公司；Sievers 500RL總有機碳分析儀，美國GE公司；Milli-Q Reference超純水機，德國Merck公司；MS104S電子天平(分辨率0.1 mg)，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 溶液配制

所用水均為電阻率為18.2 MΩ·cm的超純水。

蔗糖儲備液的配制：稱取蔗糖(純度P為99.7%)約120.0 mg溶于盛有1/2超純水的1000 mL容量瓶中，用力搖動使其溶解，然后加入超純水至滿刻度。適度搖晃該容量瓶以使溶液均勻化，蔗糖儲備液中的TOC濃度(mg/L)=m×P×0.421053。

蔗糖工作液的配制：準確移取10 mL蔗糖儲備液于盛有1/2超純水的1000 mL容量瓶中，然后加入超純水至滿刻度。適度搖晃該容量瓶以使溶液均勻化，蔗糖工作液中的TOC濃度即為0.50 mg/L。

將配制好的標準溶液，灌入清潔的聚四氟乙烯(PTFE)瓶，裝滿后擰緊瓶蓋。貼標簽后，放入冷藏柜保存，此為蔗糖供試溶液。另一蔗糖標準品(純度P為99.97%)配制同上，作為離子色譜儀上給供試品溶液定值用的標準工作溶液。

1.4 色譜條件

離子色譜法測定低濃度蔗糖溶液是通過將其在堿性淋洗液中離子化后在陰離子交換柱上進行分離，選用CarboPac PA1陰離子交換柱(4 mm×250 mm)，PA型柱填充樹脂是無孔基質(zhì)，主要用于非還原糖化合物的分析。

色譜條件為：使用500 mmol/L NaOH與300 mmol/L NaAc作為流動相，柱溫30 ℃，流速1.0 mL/min，進樣25 μL，脈沖安培檢測器檢測。梯度洗脫程序如表1所示。

表1 梯度洗脫程序

2 結果與討論

2.1 色譜圖

將供試溶液注入離子色譜儀中，記錄色譜圖。蔗糖溶液的色譜圖見圖1。

圖1 蔗糖供試溶液的離子色譜圖

2.2 重復性實驗

將蔗糖供試品在離子色譜儀上重復進樣6次，根據(jù)保留時間定性，記錄峰面積，根據(jù)標準曲線測得蔗糖供試品的質(zhì)量濃度為0.486 mg/L，RSD=0.48%(n=6)。

2.3 均勻性檢驗

采用模擬分層隨機抽取方式[11-12]，在灌裝的前期、中期和后期3個階段，隨機取少量裝入10個清潔的取樣瓶中，每瓶重復進樣3次，進行均勻性的考察。采用單因素方差分析法進行統(tǒng)計處理，通過比較組間方差和組內(nèi)方差來判斷各組測量值之間是否存在顯著性差異，統(tǒng)計計算結果見表2和表3。由表3檢驗結果可見，F(xiàn)值小于F0.95(9, 20)查表值，表明取樣瓶間和瓶內(nèi)的蔗糖濃度值在95%的置信概率下，不存在顯著性差異，瓶內(nèi)與瓶間在組分上是一個整體，說明樣品的均勻性良好。

表2 蔗糖標準物質(zhì)的均勻性檢驗數(shù)據(jù)表

表3 均勻性檢驗及統(tǒng)計結果

2.4 穩(wěn)定性考察

按照JJF 1343-2012《標準物質(zhì)定值的通用原則及統(tǒng)計學原理》的要求，用回歸曲線法進行穩(wěn)定性監(jiān)測結果的判斷。1個月內(nèi)按照先密后疏原則[11-12]共取5次供試品按“1.4色譜條件”進樣，每次重復進樣3針，以考察供試溶液的穩(wěn)定性。測得0天、5天、10天、20天、30天蔗糖供試品的質(zhì)量濃度分別為0.487%±0.52%、0.486%±0.43%、0.487%±0.72%、0.485%±0.55%和0.488%±0.54%。以y=b1x+b0擬合線性關系，|b1|=2.36×10-5，b0=0.486，S=2.58×10-3，Sb1=1.07×10-4，t(0.95，n-2)·Sb1=2.32×10-4。|b1|

2.5 不確定度評定

(1)Uc為測定值引入的標準不確定度。蔗糖供試品的測定值是根據(jù)另一來源的標準品用離子色譜法來定量的，因此，Uc主要來源于標準溶液配制過程中引入的不確定度Ustd，供試品配制過程中引入的不確定度Usam，重復測定引入的不確定度Urep。

(2)Ubb為均勻性引入的標準不確定度。均勻性Ubb則受瓶內(nèi)均勻性Ubb(N)和瓶間均勻性Ubb(J)的影響。

(3)Uts為穩(wěn)定性引入的標準不確定度。

2.5.1 測定值引入的標準不確定度Uc

標準溶液配制過程中引入的不確定度Ustd：主要是受標準物質(zhì)純度p1、標準物質(zhì)稱量m1、容量瓶體積V1、移液管體積V2的影響。

測定值引入的標準不確定度Uc：根據(jù)不確定度的傳播定律，合成標準不確定度:

=1.67×10-3mg/L

2.5.2 均勻性引入的標準不確定度Ubb

2.5.3 穩(wěn)定性引入的標準不確定度Uts

根據(jù)“2.4”中的穩(wěn)定性數(shù)據(jù)，y=0.0000236x+0.486，直線上的點的標準偏差S=2.58×10-3，穩(wěn)定性引入的標準不確定度:

2.5.4 擴展不確定度UR

蔗糖供試品的不確定度分量見表4。

表4 蔗糖不確定度分量

3 結 論

根據(jù)TOC分析儀器對低濃度系統(tǒng)適用性物質(zhì)的實際需要，研制了TOC分析用低濃度蔗糖溶液。經(jīng)檢驗所制備的蔗糖溶液均勻性良好，進行了為期1個月的穩(wěn)定性檢驗，樣品量值沒有發(fā)生趨勢性改變，符合國家校準物質(zhì)的技術要求。以0.50 mg/L作為蔗糖溶液的制備濃度，同時以不同來源的一級蔗糖標準溶液作為工作標準，經(jīng)離子色譜法法檢驗，結果與配制值具有一致性。最終TOC分析儀系統(tǒng)適用實驗用蔗糖溶液的定值為0.486 mg/L，擴展不確定度為0.00729 mg/L。