VSTT 法測量粉絲中二氧化硫殘留量方法的建立

王 飛，汪海波，張 悅，何 浩，劉 芳，關(guān)朝亮，李佳琪，呂萍萍

（1. 秦皇島海關(guān)技術(shù)中心，河北 秦皇島 066000；2. 綏芬河海關(guān)綜合技術(shù)中心，黑龍江 綏芬河 157399）

隨著食品安全意識的增強，人們對其關(guān)注度越來越高，特別是用二氧化硫熏蒸、漂白等安全問題，其殘留的二氧化硫及其衍生物，對呼吸道及人體其他器官都存在毒理作用，對人體來說是一種全身性的毒物[1-2]。許多國家對食品中二氧化硫和亞硫酸鹽規(guī)定了最大使用量和最大殘留限量[3-4]。二氧化硫檢測方法有許多，比色法[5]、酸堿滴定法[6-7]、離子色譜法[8-9]、色譜法[10-11]、氣相色譜法[12]和質(zhì)譜法[13-14]等。其中，儀器法均具有靈敏度高、專屬性好和自動化程度高等特點，缺點是沒有遵循以顏色變化確定滴定終點的機理。鑒于粉絲中用二氧化硫漂白的案例時有報道，迫切需要研制成本低、方便、快速、沿用顏色變化原理的檢測方法。

酸堿滴定法測定二氧化硫應(yīng)用廣泛，滴定終點需要用人眼對顏色變化進行主觀判斷，存在顏色評價條件難以統(tǒng)一、對終點顏色的文字描述難以理解為客觀的顏色、終點顏色無法量值溯源等問題，滴定終點的顏色突變很難分辨細微的變化，對檢測人員的技術(shù)和經(jīng)驗有著較高要求，容易造成誤判。可見光光譜滴定技術(shù)（Visible Spectral Titration Technology，VSTT） 是近年來新發(fā)明的技術(shù)[15]，采用顏色傳感器接受反應(yīng)過程中物質(zhì)結(jié)構(gòu)改變的光譜成分變化，與試劑量同步，建立依據(jù)顏色變化原理的色變曲線，受環(huán)境條件影響小、終點明顯凸出、操作簡單高效、靈敏度高和可量值溯源，滿足了依據(jù)顏色變化的測量分析技術(shù)需求[16-18]。目前，尚未見VSTT技術(shù)測量二氧化硫的公開文獻報道，用VSTT 方法對粉絲中的二氧化硫含量進行了研究。

1 材料與方法

1.1 材料

市售地瓜粉絲（樣品1）、馬鈴薯粉絲（樣品2）。

1.2 儀器與試劑

SX-Z-3.3 型光譜滴定儀，秦皇島水熊科技有限公司產(chǎn)品；感量為0.01 mg 電子天平；10 mL 和25 mL滴定管。

3%過氧化氫溶液（臨用時現(xiàn)配），鹽酸溶液（1+1），甲基紅乙醇溶液指示劑（2.5 g/L） 中。0.01 mol/L氫氧化鈉標準溶液，按照GB/T 601 配制0.1 mol/L 并標定，臨用時，采用無二氧化碳的水稀釋至0.01 mol/L。

1.3 方法

1.3.1 樣品處理與滴定原理

試樣在氮氣環(huán)境、酸化、加熱條件下，亞硫酸鹽等物質(zhì)釋放二氧化硫，在過氧化氫吸收液中氧化為硫酸根離子。再以甲基紅為指示劑，根據(jù)滴定終點所消耗氫氧化鈉標準溶液的體積量，計算試樣中二氧化硫的含量。人工感官滴定方法與VSTT 方法的前處理、滴定過程是采用相同的分離和測量原理，主要區(qū)別是在滴定測量技術(shù)的差別。

顏色的改變，是基于氫氧化鈉滴定過程中，氫離子濃度變化引起甲基紅結(jié)構(gòu)的改變，致使吸收光譜發(fā)生了改變。透過溶液的可見光不同波段有不同程度的吸收，被人眼睛/傳感器接收后，大腦呈現(xiàn)/復(fù)原呈顏色。滴定終點為顏色突變點。

人工感官滴定方法用人眼觀察顏色變化、手工控制滴定管滴定，受色評價條件影響、人的色感覺閾值、語言理解與描述偏差[19]，影響終點的統(tǒng)一，不能過滴定。VSTT 方法是采用同步光譜測量技術(shù)還原光譜成分呈現(xiàn)的顏色變化，建立與試劑量關(guān)聯(lián)的色變曲線，以曲線上的信號峰標識滴定終點，實現(xiàn)了分析過程中不依賴人感官感覺的數(shù)字化、圖形化、可溯源測量技術(shù)。

1.3.2 光譜滴定儀條件與滴定方法

光譜滴定儀條件：光譜范圍380～780 nm，△λ 5 nm，測量周期200 ms，積分時間150 ms，光程10.0 mm，S快+S慢滴定模式，滴定速率0.167 mL/min，攪拌速度400 r/min，180 mL 靴型反應(yīng)器。將樣品的蒸餾液轉(zhuǎn)移至反應(yīng)器中，補加水至滴定線，滴加甲基紅- 乙醇指示劑，置于光譜滴定儀樣品盤中，選擇滴定曲線參數(shù)，用氫氧化鈉標準溶液自動滴定。當選定的色變曲線出現(xiàn)峰值時，對應(yīng)的加入試劑的體積為滴定終點值。同時做空白。

計算公式（1）[7]：

式中：X——試樣中二氧化硫含量（以SO2計），mg/kg；

V——試樣溶液消耗的氫氧化鈉標準溶液的體積，mL；

V0——空白溶液消耗的氫氧化鈉標準溶液的體積，mL；

C——氫氧化鈉標準溶液的濃度，mol/L；0.032——1 mL 濃度為1 mol/L 的氫氧化鈉標準溶液相當于二氧化硫的質(zhì)量（g），g/mmol；

m——試樣質(zhì)量，g；

1.3.3 人工感官滴定方法

在承接樣品蒸餾液的錐形瓶中，加入3 滴甲基紅- 乙醇指示劑，將氫氧化鈉標準溶液加入至滴定管中手工滴定，目視至溶液變?yōu)辄S色時，為滴定終點，記錄所消耗的氫氧化鈉標準溶液體積數(shù)，代入公式（1） 計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 甲基紅與顏色變化的VSTT 表征

甲基紅（Methyl Red），分子式C15H15N3O2，CAS 號493-52-7，變色域值為pH 值4.5～6.2（紅→黃）[16]。

甲基紅在不同條件下的結(jié)構(gòu)變化[17]見圖1。

圖1 甲基紅在不同條件下的結(jié)構(gòu)變化

VSTT 可以提供許多色變曲線參數(shù)，不同的參數(shù)對應(yīng)與不同的滴定終點。樣液滴定后用SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C參數(shù)建立相應(yīng)的VSTT 色變曲線。與人工滴定結(jié)果為標準進行比對，選擇結(jié)果有較好吻合性SJb*-C的參數(shù)為測量用參數(shù)。

VSTT 不同參數(shù)的出峰順序（SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C） 見圖2。

圖2 VSTT 不同參數(shù)的出峰順序（SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C）

分別對人工感官滴定和VSTT 的SJb*-C參數(shù)結(jié)果，運用SPSS 22.0 軟件進行配對樣本t 檢驗分析，驗證VSTT 參數(shù)結(jié)果與人工感官滴定結(jié)果是否有統(tǒng)計學(xué)上的顯著性差異。

人工感官滴定和VSTT 結(jié)果t 檢驗見表1。

表1 人工感官滴定和VSTT 結(jié)果t 檢驗

t 檢驗結(jié)果顯示，VSTT 法參數(shù)SJb*-C與人工感官滴定結(jié)果在統(tǒng)計學(xué)上均無顯著性差異（p＞0.05）。后期試驗選擇該參數(shù)為試驗用參數(shù)。

2.2 甲基紅指示劑的空白影響

人工感官滴定法對于指示劑消耗的堿液量可能由于觀察顏色變化閾值的影響無法準確測量。鑒于靈敏的VSTT方法，在水中加入甲基紅指示劑100 μL，用稀釋后的0.001 954 mol/L 氫氧化鈉標準溶液滴定，21 次重復(fù)性試驗數(shù)據(jù)經(jīng)格魯布斯檢驗無異常值。

空白樣品消耗氫氧化鈉標準溶液見表2。

表2 空白樣品消耗氫氧化鈉標準溶液

人工滴定時，使用的是0.01 mol/L 氫氧化鈉標準溶液，滴定終點消耗的氫氧化鈉為1 滴，相當于氫氧化鈉質(zhì)量數(shù)為0.02 mg。由表2 可知，VSTT 慢速滴定模式加入量將滴定過程分為120 步（滴） 左右，比人工滴定低2 個數(shù)量級，方便進行加入指示劑的空白樣品的精確測量，消耗的氫氧化鈉標準溶液質(zhì)量數(shù)與人工滴定基本相同，且能夠建立滴定色變曲線，用色變峰標識空白的滴定終點。

2.3 VSTT 法測定二氧化硫的檢出限與定量限

VSTT 法的突變峰- 結(jié)構(gòu)定律表明，VSTT 的坐標曲線參數(shù)的突變峰只與呈色物質(zhì)的結(jié)構(gòu)變化有關(guān)，與呈色物質(zhì)的濃度無關(guān)[15]，這是VSTT 技術(shù)區(qū)別于其他測量技術(shù)的主要特征。VSTT 信號峰是試劑加入中引起物質(zhì)結(jié)構(gòu)變化對光譜的影響，信號峰峰高與試劑加入量沒有直接的數(shù)學(xué)關(guān)系。

制作已知含量的基質(zhì)樣液，稀釋不同系列濃度的樣液進行測量，直至出現(xiàn)最小可辨認信號峰的含量。實際測量的樣液VSTT 參數(shù)SJb*-C最小含量為0.191 4 mg/kg，信號值峰高4×106，突變峰與基線分離非常好。

VSTT 參數(shù)SJb*-C的色變曲線見圖3。

圖3 VSTT 參數(shù)SJb*-C 的色變曲線

采用該含量的樣液，測定重復(fù)37 次平行試驗，測定結(jié)果按公式（2）[18]計算為樣品中的二氧化硫含量。

樣品中VSTT 法測量二氧化硫含量的MDL結(jié)果見表3，重復(fù)37 次平行試驗的質(zhì)量控制圖見圖4。

表3 樣品中VSTT 法測量二氧化硫含量的MDL

圖4 重復(fù)37 次平行試驗的質(zhì)量控制圖

式中：MDL——方法檢出限；

n——樣品的平行測定次數(shù)；

t——自由度為n-1，置信度為99%時的t 分布值（單側(cè)）；

S——n 次平行測定的標準偏差。

此次測定t（10，0.99） 值為2.434，以此計算本方法的VSTT 檢出限為1.32 mg/kg，確定其定量限為4 mg/kg。其中，SO2質(zhì)量檢出限質(zhì)量為0.020 mg，低于國標GB 5009.34 中的檢出限質(zhì)量0.035 mg。

2.4 精密度

對人工感官滴定和VSTT 法進行了中間精密度檢驗。

中間精密度檢驗結(jié)果見表4。

表4 中間精密度檢驗結(jié)果

表4 結(jié)果表明，VSTT 法參數(shù)的中間精密度的RSD 為1.62%～2.02%，人工感官滴定的1.79%～3.38%。

2.5 準確度

按定量限4 mg/kg，進行VSTT 方法的定量限的1.0 倍、1.5 倍、2.0 倍的添加水平試驗。

準確度檢驗（n=6） 結(jié)果見表5。

表5 準確度檢驗（n=6）

表5 數(shù)據(jù)說明，定量限的1.0 倍，1.5 倍，2.0 倍的添加試驗，依次為平均值8.08，10.1，12.1 mg/kg；回收率95.5%～107.9%，98.6%～104.2%，90.7%～108.6%；RSD 為2.10%，1.25%，7.20%，均滿足要求。

2.6 適用范圍

添加低、中、高不同濃度標準溶液的樣品，進行回收率試驗。

不同質(zhì)量濃度的樣品回收率試驗見表6。

表6 不同濃度的樣品回收率試驗

表6 數(shù)據(jù)說明，VSTT 法在添加質(zhì)量濃度范圍為20～100 mg/kg 的回收率為92.7%～109.5%，RSD 為1.8%～4.6%，滿足技術(shù)要求[19]。

3 結(jié)論

試驗表明，VSTT 技術(shù)應(yīng)用于粉絲中二氧化硫含量的測定，方法學(xué)指標均符合標準要求，與國家標準沒有差異。明顯的優(yōu)點是，遵循吸收光譜變化確定滴定終點路線，檢出限低、回收率穩(wěn)定，建立色變曲線實現(xiàn)滴定自動化、測量結(jié)果數(shù)字化、滴定終點圖形化，克服人工感官滴定方法的色評價條件影響、避免人色觀察閾值不一致、語言描述理解困難和無法量值溯源的痼疾，可以應(yīng)用于粉絲中二氧化硫含量的測定。VSTT 技術(shù)處于原創(chuàng)驗證階段，目前在絕大多數(shù)領(lǐng)域的應(yīng)用尚屬空白，進一步擴大應(yīng)用驗證范圍，有望在更廣泛的領(lǐng)域替代人工感官滴定。