气相色谱法测定乳制品中碘含量的分析与优化

2018-02-22◎朱洁，李卓，周优

现代食品 2018年23期

◎ 朱洁，李卓，周优

（天津市乳品食品监测中心，天津 300381）

甲状腺功能的正常运行离不开碘，健康成人体内碘含量在30 mg左右，一般控制在20～50 mg。乳制品中的碘及碘化物可以有效预防甲状腺肿大，但是碘含量超标会引起甲状腺功能亢进；因此碘含量是乳制品加工企业必须检测的项目。碘的化学稳定性较差，有多种存在形式，增加了碘含量测定的复杂性。由于乳制品成分相对复杂，因此在测定碘含量时，先用亚铁氰化钾与乙酸锌去除乳制品中的蛋白质与脂肪。之后用硫酸氧化碘离子，并用丁酮滴定生成的碘代物，然后用正己烷萃取与洗涤，最后用气相色谱法定量分析[1-3]。

1 实验步骤

1.1 实验仪器

本实验的主要分析设备为GC6890N，是美国安捷伦公司研发的快速气相色谱仪，目前广泛应用于医药的分析研发。仪器的部分参数：色谱柱温度范围为+4～450 ℃，进样口压力为0～100 psi，进样口流量区间为0～200 mL·min-1氮气或者是0～100 mL·min-1的氦气或氢气。

仪器选择了梅特勒AL204型电子计量天平，该天平的精度为0.1 mg，线性+/-0.3 mg，称重可达210 g。

1.2 试剂

样品级乳制粉，浓度为21.9%的乙酸锌溶剂与浓度为10.9%的亚铁氰化钾溶剂，分析级纯的丁酮、浓硫酸、过氧化氢与乙酸锌等，色谱级纯的环己烷，优级纯的碘化钾；此外，选用超纯水作为实验用水，用于提高实验数据的准确性。

1.3 气相色谱条件

选用的色谱柱同为安捷伦公司的DB-5MS；试验中初始温度为60 ℃并维持3 min，之后以10 ℃·min-1的速度均匀升温到200 ℃，并维持3 min；载气为高纯氮气，流速为3.4 mL·min-1，并将检测器温度设置为260 ℃，进样口温度设置为220 ℃；直接进样模式下不分流，设置进样体积为1 μg,高纯吹气氮气为30 mL·min-1。

1.4 标准溶液的配制

准确称取碘化钾131 mg，于100 mL棕色容量瓶内，加纯水使之溶解并稀释至刻度，混匀，作为1 mg·mL-1贮备溶液；准确移取贮备溶液1 mL于100 mL棕色容量瓶内，用纯水稀释至刻度，混匀，移取该溶液5 mL于50 mL棕色容量瓶内，加纯水稀释至刻度，混匀，即得 1 μg·mL-1，的碘标准溶液。

1.5 样品的处理

先将乳粉充分混合，然后在其中随机抽取5 g，用25 mL 38 ℃左右的纯水溶解稀释。待样品混合后，分别移取5 mL的乙酸锌与氰化钾，混合摇匀，再用纯水定容至100 mL，摇匀溶液后静置20 min。之后用滤纸过滤，得到滤液，取10 mL滤液，用10 mL的纯水稀释。再依次加入分析纯级的浓硫酸0.7 mL、丁酮0.5 mL与双氧水2 mL，待溶液充分混合后静置20 min，之后采用正己烷10 mL进行2 min的萃取分层，萃取2次，收集有机相，用纯水洗涤至少2次。之后用无水硫酸钠进行吸水过滤，之后用正己烷定容至50 mL，得到样品试液。

1.6 标准样板的制取

依次取碘标准溶液1、2、4、8 mL与12 mL，按照1.5中的实验步骤对碘溶液进行滴定萃取。然后用气相色谱法测量生成的碘代物（3-碘代-2-丁酮）进行峰面积，得到标准色谱图。

2 结果与分析

上述对乳制品的处理之后最终得到了碘代丁酮，该化合物可以作为气相色谱分析中质谱定性的主要物质，实验得到的分析图谱为图1，通过对质谱图分析，可以得到碘代丁酮与碎片的离子峰，对比色谱柱可以得到具体的化合物种类。

图1 乳制品最终萃取物质谱分析图

3 影响气相色谱法测定乳制品碘含量的因素

3.1 浓硫酸与反应时间

试剂可能会引起检测结果的变化，因此要确定浓硫酸的体积与反应时间，对不同体积的浓硫酸与不同时间的反应进行分析。具体实验方法为：在标准碘溶液浓度一定的前提下，随着浓硫酸体积的增加，碘代衍生物的气相色谱峰面积会逐渐升高再缓慢下降直到趋于稳定。为了提高检测精度，取峰面积最大时的浓硫酸体积作为最佳取样体积。在碘标准溶液一定的前提下分析反应时间，由于反应时间检测的是时间变化，要求在反应各个阶段进行取样分析，并测定衍生物的峰面积值。可以发现，时间参数对衍生物反应峰面积的影响曲线也呈先增高再降低的趋势，同理应选取峰面积最大值时的反应时间作为乳制品的反应时间，得到最佳的气相色谱峰面积[4]。

3.2 其他试剂

在标准溶液下分析其他试剂的影响，确定试剂最佳添加量，提高试验准确性。只改变试剂添加量，其他条件不变，分析衍生物，得出最大峰值时的试剂范围。沉淀过程中，选用不同的亚铁氰化钾与乙酸锌，选用3种不同的上述两种试液进行对照试验，对沉淀物的测定值进行分析对比。分析结果数据可得出碘的测试值几乎不受乙酸锌与亚铁氰化钾品牌的影响，即上述试剂对实验结果的影响可以忽略[5]。

3.3 沉淀及衍生过程

反应物的沉淀过程对萃取过滤速度有很大影响，还会影响最终测试结果的准确性。一旦沉淀过程处理不善，会直接降低试剂的回收程度。

通过改变双氧水用量，可以发现衍生物的峰面积几乎不受影响，因此可以忽略双氧水对实验参数的影响。但是为保证碘离子的转化效率，需要保证一定的双氧水含量，便于后续反应的进行，双氧水含量的测定一般需要借助统计学的平均值与标准差进行，相关研究证明双氧水含量值与国家规定的添加标准保持一致[5]。

4 气相色谱法测定乳制品碘含量方法的优化

4.1 实验试剂对乳制品碘含量测试的影响

由于乳制品的配方存在很大差异，影响了碘含量测试中试剂的添加量。改进气相色谱法就需要考虑试剂对测试数据的影响。优化实验中，首先选择多份乳制品样品，每份样品的重量维持在同等水平，然后按1.5中的方式处理成乳制品样品溶液。然后控制其中硫酸、丁酮的含量分别为0.7 mL与0.5 mL不变，改变双氧水的剂量，从0.25 mL开始以0.25 mL的差值递增至2 mL，得到多分混合溶液，将混合溶液摇匀静置一段时间，记录整理衍生物的气相色谱响应值，并做成折线图，可以发现折线图具有过山车式的波动性，除了最初较大值，在双氧水含量为0.75 mL与1.25 mL左右处，出现一个波谷一个波峰，但都小于0.25 mL的响应值，因此可以大致确定双氧水的最适剂量为0.25 mL。

保持丁酮与过氧化氢计量分别为0.5 mL与0.25 mL不变，由于硫酸主要提供酸性反应环境，剂量相对较大，从0.7 mL开始依次以0.7 mL差值递增至3.5 mL，控制其他条件不变，使混合溶液充分反应一段时间，分别统计衍生物的气相色谱响应值，绘制折线图得出最大响应值对应的硫酸含量在1.4 mL左右，即为最适剂量。

控制硫酸与过氧化氢的浓度为最佳值不变，取不同剂量的丁酮反应，待混合溶液反应完全后，检测衍生物的气相色谱响应值，记录图谱与响应值。分析响应图谱可以发现随着丁酮含量的增加，图谱中峰值不是孤峰，出现了其他杂质峰，不利于色谱对比，应予以排除。对符合要求的峰面积响应值绘制折线图可以发现，丁酮在1 mL时响应值最大，而且没有杂质峰。总结试验可以发现乳制品含量最佳测试条件为过氧化氢0.25 mL、硫酸1.4 mL与丁酮1 mL时的响应值最大，衍生物的色谱峰值最明显。

4.2 标准试样碘化钾与碘酸钾的区别

碘标准溶液通常由碘酸钾或碘化钾组成，两种标准物质虽然同为碘化物，但是在气相色谱的测定中具有不同的衍生特性。通过分析可以发现，选择碘酸钾时，随着双氧水与浓硫酸剂量的递增，化合物的色谱响应值减小；但是生成物的响应值与丁酮剂量的递增呈正比，随着丁酮的增加，衍生物的响应值持续攀升，只是产成了杂质峰。所以在具体的试验中，不能一概而论，应结合实际实验条件，分析确定最佳的试剂类型与剂量。当标准试剂由碘化钾组成时，测试结果有很大差异，随着试剂含量的增加，衍生物的响应值会随之降低，试剂剂量的变化与国际标准相差不大，过氧化氢、丁酮与硫酸的剂量分别为0.25 mL、0.5 mL与0.7 mL。所以在气相色谱法测定乳制品碘含量的实验中，标准试样选择碘酸钾与碘化钾有很大差距，在大多数实验中以碘化钾为标准试样可以提升测试数据的准确性，有利于提高实验精度。

4.3 酶解物对乳制品碘含量测试的优化

乳制品成分差异很大，蛋白质与脂肪等物质的含量也存在很大区别，相关研究表明[2]在乳制品中不含淀粉类物质的前提下，有些乳制品酶解反应对衍生物的峰面积影响不大，如果乳制品的样品成分不明，应先进行酶解，再混合萃取，最好再离心处理衍生物，提高气相色谱法的检测精度。

4.4 色谱峰值测定过程的优化

在不同的实验中，碘的分离效果也有一定的差异。色谱柱的型号规格不同，会极大影响碘的保留效果。在用气相色谱法测定乳制品中碘含量时，应结合实际情况分析，而不是把国际色谱标准作为实验条件。在测量过程中，应保证碘色谱峰出现时的温度是碘的最佳分离温度；碘的最佳分离温度未确认时，应保持出峰前后的温度固定不变，尽可能提高分离效果。在最终碘化物峰值出现后，应尽快将色谱柱升温到＞240 ℃的范围内，并保持至少6 min，排除柱内杂质，避免残留物影响后续的测试精度。