婴幼儿配方乳粉中微量碘测定方法的比较

单 艺,马 微,刘晓玲,王象欣,夏行昊,于力涛,魏雪冬,姜毓君，*

(1.东北农业大学 国家乳业工程技术研究中心 黑龙江省乳品工业技术开发中心,黑龙江哈尔滨 150028;2.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨 150001;3.东宁出入境检验检疫局,黑龙江牡丹江 157200;4.黑龙江省质量监督检测研究院,黑龙江哈尔滨 150050)

婴幼儿配方乳粉中微量碘测定方法的比较

单 艺1,马 微2,3,刘晓玲4,王象欣1,夏行昊1,于力涛1,魏雪冬1,姜毓君1，*

(1.东北农业大学 国家乳业工程技术研究中心 黑龙江省乳品工业技术开发中心,黑龙江哈尔滨 150028;2.哈尔滨工业大学,黑龙江哈尔滨 150001;3.东宁出入境检验检疫局,黑龙江牡丹江 157200;4.黑龙江省质量监督检测研究院,黑龙江哈尔滨 150050)

本文采用气相色谱法(GC)、电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)、离子色谱法(IC)分别测定了婴幼儿配方乳粉中碘的含量。通过多方面因素对比:前处理的方式、碘的测定种类、方法线性范围、回收率、检出限、精密度等,得出电感耦合等离子体质谱法前处理操作简便,受奶粉复杂基质干扰最小,在1～50μg/L线性范围内,相关系数可达到0.999以上。回收率在95.9%～103.7%之间,RSD为0.6%～2.2%,检出限为0.6μg/100g,最适合用于婴幼儿配方乳粉中微量碘的实验室常规分析。

碘,气相色谱法,电感耦合等离子体质谱法,离子色谱法,婴幼儿配方乳粉

碘是人体必需的微量元素之一,它参与甲状腺素的合成,与人体生长发育、新陈代谢密切相关[1]。婴幼儿摄入碘量不足时,会导致脑发育落后或发育不全等不可逆转的智力障碍。而且,经大量研究及动物实验证明,当碘摄入过量时,将对神经递质的释放和脑基因的表达等方面产生负面影响。因此,我国规定婴儿(指0～12月龄的人)配方食品中的碘含量应为2.5～14μg/100kJ[2],较大婴儿(指6～12月龄的人)及幼儿(指12～36月龄的人)配方食品中的碘含量应高于1.4μg/100kJ[3]。

碘是一种常见的非金属元素,存在多种形态及价态,易氧化还原、易挥发和易吸附,属于较难测的元素之一[4]。目前,常见测定碘的方法有气相色谱法[5-7]、离子色谱法[8-15]、电感耦合等离子体色谱法[16-20]等。气相色谱法是国家标准中指定测定碘的方法,离子色谱法能有效的分离碘酸根和碘离子,而电感耦合等离子质谱法具有高灵敏度、高抗干扰能力。

本文针对婴幼儿配方乳粉这一复杂基质,开发出三种碘的测定方法:气相色谱法、电感耦合等离子体质谱法和离子色谱法。对前处理、碘的测定范围、方法线性范围、回收率、检出限、精密度等实验数据进行对比。结果表明电感耦合等离子体质谱法操作简便,数据准确,适用于婴幼儿配方乳粉中微量碘的实验室常规检测。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

本实验所用水为电阻率18.2Ω去离子水,由Milli-Q超纯水机 美国Millipore公司提供;硫酸(H2SO4) 95%,Sigma-Aldrich;2-丁酮(C2H5COCH3) 99%,Sigma-Aldrich;过氧化氢溶液 30%,Sigma-Aldrich;正己烷(CH3(CH2)4CH3) 99%,Sigma-Aldrich;无水硫酸钠(Na2SO4) 99.99%,Aldrich;氨水 25%,Fluka;碲(Te) 1000μg/mL,美国o2si;碘(I2) 1000μg/mL,美国o2si;玻璃纤维滤纸 赛多利斯;HLB固相萃取柱 6cc/500mg,Waters;亚铁氰化钾 K4Fe(CN)6·3H2O,99.5%,天津福晨化学试剂厂;乙酸锌 Zn(OAc)2·2H2O,99.0%,北京益利精细化学品有限公司;聚乙二醇叔辛基苯基醚 曲拉通,(t-Oct-C6H4-(OCH2CH2)xOH,x=9～10,99%,J&K)。

安捷伦7890A气相色谱仪;安捷伦7700X电感耦合等离子体质谱仪,配有安捷伦ASX-500自动进样器,同心雾化器;超纯水仪 美国MILLIPORE公司;5430/5430R离心机 德国 Eppendorf公司;磁力搅拌器 上海安普科学仪器有限公司;BS210S型电子天平 北京赛多利斯天平有限公司;美国Dionex ICS 3000离子色谱仪,配有AS自动进样,脉冲安培检测器;超声波清洗器 上海安谱科学仪器有限公司。

1.2 实验方法

1.2.1 气相色谱法分析步骤

1.2.1.1 样品处理 准确称取5g(精确到0.0001g)混合均匀的奶粉样品于150mL三角瓶中,用25mL约40～55℃温水溶解,盖上胶塞放入超声波超声提取30min,将上述处理过的试样溶液转入100mL容量瓶中,加入5mL 0.25mol/L的亚铁氰化钾溶液和5mL 0.5mol/L的乙酸锌溶液后,用水定容至刻度,充分振摇后静止10min。滤纸过滤后吸取滤液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过氧化氢溶液,充分混匀,室温下保持20min后,加入20mL正己烷振荡萃取2min。静止分层后,将水相移入另一分液漏斗中,再进行第二次萃取。合并有机相,用水洗涤两到三次。通过无水硫酸钠过滤脱水后移入50mL容量瓶中,用正己烷定容,此为样品测定液[21]。

1.2.1.2 仪器分析条件 色谱柱为安捷伦HP-5(填料为5 %氰丙基-甲基聚硅氧烷,柱长30m,内径0.25mm,膜厚0.25μm);进样口温度:260℃;ECD 检测器温度:300℃;分流比:1∶1;进样量:1.0μL。升温程序:50℃持续9min,然后以30℃/min升到220℃保持4min。

1.2.2 电感耦合等离子体质谱法分析步骤

1.2.2.1 样品处理 准确称取2g(精确到0.0001g)混合均匀的奶粉样品于50mL三角瓶中,用20mL约40～55℃温水溶解,盖上胶塞放入超声波超声提取30min,将上述处理过的试样溶液转入50mL容量瓶中,加入2.5mL 0.25mol/L的亚铁氰化钾溶液和2.5mL 0.5mol/L的乙酸锌溶液后,用水定容至刻度,充分振摇后静止10min。用玻璃纤维滤纸过滤后吸取滤液1mL于10mL容量瓶中,加0.2mL氨水,用去离子水定容至10mL刻度线,此为样品测定液。

1.2.2.2 仪器分析条件 仪器所用清洗管路溶液为1%氨水溶液,配制方法为量取40mL氨水于1000 mL容量瓶中,再加入700mL去离子水,待溶解后定容,摇匀。ICP-MS内标溶液为40mg/L碲溶液,配制方法为吸取1mL 1000μg/mL的碲标准溶液于25mL容量瓶中,加入0.25mL氨水,0.2mL曲拉通溶液,用去离子水定容,摇匀。电感耦合等离子体质谱仪具体的操作条件见表1。

表1 安捷伦7700X ICP-MS操作参数

1.2.3 离子色谱法分析步骤 参考文献[22]进行实验。

1.2.3.1 样品处理 准确称取1g(精确到0.0001g)混合均匀的奶粉样品于100mL三角瓶中,用10mL约40～55℃温水溶解,加入2mL 3%乙酸溶液,盖上胶塞放入超声波中超声提取30min后转移至25mL容量瓶中定容摇匀,全部溶液倒入50mL聚丙烯离心管中,然后以3500r/min 离心3min,取上清液用玻璃纤维滤纸过滤,取5mL滤液过预先活化好的HLB固相萃取小柱,流出速度控制在约4mL/min,弃去前3mL,取后流出液体于进样瓶中,此为上机液。HLB固相萃取小柱活化过程为吸取5mL甲醇通过柱子,再吸取10mL去离子水通过柱子,在保持柱床湿润的条件下进样液。

1.2.3.2 仪器分析条件 色谱柱:IonPac AS11分离柱(4mm×250mm),Ion Pac AG11 保护柱(4×50mm);淋洗液:50.0mmol/L HNO3。

离子色谱仪作参数见表2;电化学检测器的波形条件见表3。

表2 离子色谱仪作参数

表3 电化学检测器的波形条件

2 结果与分析

2.1 三种分析方法的比较

2.1.1 气相色谱法分析原理 本文以食品安全国家标准GB5413.23-2010《婴幼儿食品和乳品中碘的测定》[21]中所描述的气相色谱法为基础,对其前处理方法进行优化,经气相色谱分离,电子捕获检测器检测(图1、图2)。

图1 碘标准品的气相色谱图Fig. 1 The gas chromatogram of iodine standard solution

图2 婴幼儿配方奶粉中碘的气相色谱图(HP-5)Fig. 2 The gas chromatogram of iodine in infant formula powder(HP-5)

2.1.2 ICP-MS法操作要点 ICP-MS法参考国标气相方法的前处理[21]并加以修改,利用化学计量数比例为1∶2的乙酸锌与亚铁氰化钾沉淀蛋白,使得大部分盐沉淀,避免了溶液中过多的离子干扰,上机溶液用氨水碱化提高了碘离子的稳定性。ICP-MS能对所测定目标元素达到很好的分辨率,碘只有一个分子质量为127amu的自然同位素,因此有很小的质谱干扰,碘的第一电离能为10.45eV,在氩等离子体中只能达到大约25%的电离[23],但与其他分析方法相比,还是有比较高的灵敏度。且分析过程中使用HMI气溶胶稀释以及碰撞反应池,进一步减少了盐和同质异位素干扰。选用与碘电离能相近的Te128作为内标在线加入,每次进样间用1%氨水清洗进样系统,消除上一个样品的残留。但是由于样品中某些小分子有机物的残留,导致等离子体温度升高,使得样品中碘的电离增加。因此,在内标溶液中添加非离子表面活性剂曲拉通,作为增敏剂来增加碘的响应值,避免由于样品和标准样品基体不同而造成的信号偏离。由于高温的等离子体使大多数样品中的元素都电离出一个电子而形成了一价正离子,所以样品中碘的所有形态都能够分析。

2.1.3 离子色谱法操作要点 本文选用亲水性较强的AS11强阴离子交换色谱柱分离柱,50.0mmol/L 的HNO3做淋洗液,可在8min 内完成一次测定(图3)。带有银工作电极的脉冲安培检测器对碘有很高的专一性,不会受乳制品样液的复杂基质干扰。在样品前处理中使用HLB固相萃取柱除去样液中的非极性物质,使样品得到净化,背景降低。

图3 婴幼儿奶粉样品中碘测定离子色谱图(AS11)Fig.3 The ion chromatogram of iodine in infant formula powder(AS11)

2.2 方法的检出限和线性范围

2.2.1 气相色谱法测碘的检出限和线性范围 标准品与样品同步处理,碘标准曲线浓度为2.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L。气相色谱法测碘的标准曲线,回归方程以及回归方程相关系数见图4。进空白样,以基线3倍噪声值在标准曲线查得结果按测定方法计算,样品的检出限为1.4μg/100 g。

图4 气相色谱法测定碘的标准曲线Fig.4 The standard curve of iodine by GC-ECD method

2.2.2 电感耦合等离子体质谱法测碘的检出限和线性范围 标准品与样品同步处理,碘标准曲线浓度为2.0、5.0、10.0、20.0、50.0μg/L。电感耦合等离子体质谱法测碘的标准曲线,回归方程见图5。在0～50μg/L内线性良好。按照实验方法,制备10个样品空白溶液,测定碘的浓度,其结果标准偏差的3倍为该方法检出限,计算结果为0.6μg/100g。

表4 GC、ICP-MS、IC法回收率、精密度测试结果(n=9)

图5 ICP-MS法测定碘的标准曲线Fig.5 The standard curve of iodine by ICP-MS

2.2.3 离子色谱法测碘的检出限和线性范围 标准品与样品同步处理,碘标准曲线浓度为10、25、100、500、1000μg/L。离子色谱法测碘的标准曲线,回归方程以及回归方程相关系数见图6,由此可见在0～1000μg/L内线性良好。以3倍信噪比为检出限,在标准曲线查得,方法检出限为6.1μg/100g。

图6 离子色谱法测碘标准曲线回归方程与相关系数Fig.6 The standard curve of iodine by IC method

2.3 三种方法的检出限及回收率

选取市售三种不同配方的婴幼儿配方奶粉,采用1.2.1、1.2.2、1.2.3中描述的方法分别测定样品的本底值。然后添加碘化钾,添加水平为10.1、30.1、50.2μg/100g(以碘质量计),进行加标回收率和精密度实验,平行测定9次,结果见表4。气相色谱法的加标回收率为89.8%～95.7%,相对标准偏差为1.1%～4.8%;电感耦合等离子体质谱法的加标回收率为95.9%～103.7%,相对标准偏差为 0.6%～2.2%;离子色谱法的加标回收率为83.5%～90.8%,相对标准偏差为3.5%～6.7%。

3 讨论

碘化学性质活泼,通常以游离的元素碘、碘化物、碘酸盐、甲基碘及其他有机碘等多种形式存在,并通过大气圈、水圈、生物圈和土壤圈不停循环。碘的上述特征导致碘的化学分析困难,而婴幼儿配方奶粉基质复杂,进一步增加了乳粉中碘测定的不确定度。气相色谱法和离子色谱法只是测定以某些形态存在的碘元素,而ICP-MS法测定的是碘总量。对于高基体样品,ICP-MS也能对所测定目标元素达到很好的分辨率。气相色谱法操作复杂,实验难度大,对实验员的实验技能有很高的要求,ICP-MS法和离子色谱法操作相对容易,详见表5。

4 结论

本文采用气相色谱法、ICP-MS法、离子色谱法三种方法测定婴幼儿配方乳粉中的微量碘。通过对前处理、碘的测定范围、方法线性范围、回收率、检出限、精密度等实验数据的对比,得出ICP-MS法前处理操作简便、能够测定碘的总量,回收率在95.9%～103.7%之间,精密度高,检出限最佳,为0.6μg/100g,该方法更适合用于婴幼儿配方乳粉中微量碘的测定。

表5 三种方法的比较

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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

单艺(1981-),女,在读博士,工程师,研究方向:乳品科学。

*通讯作者:姜毓君(1971-),男,博士,教授,研究方向:乳品科学。

国家科技支撑计划课题(2012BAK17B04)。

TS252.7

A

1002-0306(2015)07-0281-05

10.13386/j.issn1002-0306.2015.07.051