VSTT 法测量粉丝中二氧化硫残留量方法的建立

王 飞，汪海波，张 悦，何 浩，刘 芳，关朝亮，李佳琪，吕萍萍

（1. 秦皇岛海关技术中心，河北 秦皇岛 066000；2. 绥芬河海关综合技术中心，黑龙江 绥芬河 157399）

随着食品安全意识的增强，人们对其关注度越来越高，特别是用二氧化硫熏蒸、漂白等安全问题，其残留的二氧化硫及其衍生物，对呼吸道及人体其他器官都存在毒理作用，对人体来说是一种全身性的毒物[1-2]。许多国家对食品中二氧化硫和亚硫酸盐规定了最大使用量和最大残留限量[3-4]。二氧化硫检测方法有许多，比色法[5]、酸碱滴定法[6-7]、离子色谱法[8-9]、色谱法[10-11]、气相色谱法[12]和质谱法[13-14]等。其中，仪器法均具有灵敏度高、专属性好和自动化程度高等特点，缺点是没有遵循以颜色变化确定滴定终点的机理。鉴于粉丝中用二氧化硫漂白的案例时有报道，迫切需要研制成本低、方便、快速、沿用颜色变化原理的检测方法。

酸碱滴定法测定二氧化硫应用广泛，滴定终点需要用人眼对颜色变化进行主观判断，存在颜色评价条件难以统一、对终点颜色的文字描述难以理解为客观的颜色、终点颜色无法量值溯源等问题，滴定终点的颜色突变很难分辨细微的变化，对检测人员的技术和经验有着较高要求，容易造成误判。可见光光谱滴定技术（Visible Spectral Titration Technology，VSTT） 是近年来新发明的技术[15]，采用颜色传感器接受反应过程中物质结构改变的光谱成分变化，与试剂量同步，建立依据颜色变化原理的色变曲线，受环境条件影响小、终点明显凸出、操作简单高效、灵敏度高和可量值溯源，满足了依据颜色变化的测量分析技术需求[16-18]。目前，尚未见VSTT技术测量二氧化硫的公开文献报道，用VSTT 方法对粉丝中的二氧化硫含量进行了研究。

1 材料与方法

1.1 材料

市售地瓜粉丝（样品1）、马铃薯粉丝（样品2）。

1.2 仪器与试剂

SX-Z-3.3 型光谱滴定仪，秦皇岛水熊科技有限公司产品；感量为0.01 mg 电子天平；10 mL 和25 mL滴定管。

3%过氧化氢溶液（临用时现配），盐酸溶液（1+1），甲基红乙醇溶液指示剂（2.5 g/L） 中。0.01 mol/L氢氧化钠标准溶液，按照GB/T 601 配制0.1 mol/L 并标定，临用时，采用无二氧化碳的水稀释至0.01 mol/L。

1.3 方法

1.3.1 样品处理与滴定原理

试样在氮气环境、酸化、加热条件下，亚硫酸盐等物质释放二氧化硫，在过氧化氢吸收液中氧化为硫酸根离子。再以甲基红为指示剂，根据滴定终点所消耗氢氧化钠标准溶液的体积量，计算试样中二氧化硫的含量。人工感官滴定方法与VSTT 方法的前处理、滴定过程是采用相同的分离和测量原理，主要区别是在滴定测量技术的差别。

颜色的改变，是基于氢氧化钠滴定过程中，氢离子浓度变化引起甲基红结构的改变，致使吸收光谱发生了改变。透过溶液的可见光不同波段有不同程度的吸收，被人眼睛/传感器接收后，大脑呈现/复原呈颜色。滴定终点为颜色突变点。

人工感官滴定方法用人眼观察颜色变化、手工控制滴定管滴定，受色评价条件影响、人的色感觉阈值、语言理解与描述偏差[19]，影响终点的统一，不能过滴定。VSTT 方法是采用同步光谱测量技术还原光谱成分呈现的颜色变化，建立与试剂量关联的色变曲线，以曲线上的信号峰标识滴定终点，实现了分析过程中不依赖人感官感觉的数字化、图形化、可溯源测量技术。

1.3.2 光谱滴定仪条件与滴定方法

光谱滴定仪条件：光谱范围380～780 nm，△λ 5 nm，测量周期200 ms，积分时间150 ms，光程10.0 mm，S快+S慢滴定模式，滴定速率0.167 mL/min，搅拌速度400 r/min，180 mL 靴型反应器。将样品的蒸馏液转移至反应器中，补加水至滴定线，滴加甲基红- 乙醇指示剂，置于光谱滴定仪样品盘中，选择滴定曲线参数，用氢氧化钠标准溶液自动滴定。当选定的色变曲线出现峰值时，对应的加入试剂的体积为滴定终点值。同时做空白。

计算公式（1）[7]：

式中：X——试样中二氧化硫含量（以SO2计），mg/kg；

V——试样溶液消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，mL；

V0——空白溶液消耗的氢氧化钠标准溶液的体积，mL；

C——氢氧化钠标准溶液的浓度，mol/L；0.032——1 mL 浓度为1 mol/L 的氢氧化钠标准溶液相当于二氧化硫的质量（g），g/mmol；

m——试样质量，g；

1.3.3 人工感官滴定方法

在承接样品蒸馏液的锥形瓶中，加入3 滴甲基红- 乙醇指示剂，将氢氧化钠标准溶液加入至滴定管中手工滴定，目视至溶液变为黄色时，为滴定终点，记录所消耗的氢氧化钠标准溶液体积数，代入公式（1） 计算。

2 结果与分析

2.1 甲基红与颜色变化的VSTT 表征

甲基红（Methyl Red），分子式C15H15N3O2，CAS 号493-52-7，变色域值为pH 值4.5～6.2（红→黄）[16]。

甲基红在不同条件下的结构变化[17]见图1。

图1 甲基红在不同条件下的结构变化

VSTT 可以提供许多色变曲线参数，不同的参数对应与不同的滴定终点。样液滴定后用SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C参数建立相应的VSTT 色变曲线。与人工滴定结果为标准进行比对，选择结果有较好吻合性SJb*-C的参数为测量用参数。

VSTT 不同参数的出峰顺序（SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C） 见图2。

图2 VSTT 不同参数的出峰顺序（SJa*-C，SJb*-△E，SJb*-h*，SJa*-b*，SJa*-△E，SJh*-△E，SJa*-h*，SJb*-C）

分别对人工感官滴定和VSTT 的SJb*-C参数结果，运用SPSS 22.0 软件进行配对样本t 检验分析，验证VSTT 参数结果与人工感官滴定结果是否有统计学上的显著性差异。

人工感官滴定和VSTT 结果t 检验见表1。

表1 人工感官滴定和VSTT 结果t 检验

t 检验结果显示，VSTT 法参数SJb*-C与人工感官滴定结果在统计学上均无显著性差异（p＞0.05）。后期试验选择该参数为试验用参数。

2.2 甲基红指示剂的空白影响

人工感官滴定法对于指示剂消耗的碱液量可能由于观察颜色变化阈值的影响无法准确测量。鉴于灵敏的VSTT方法，在水中加入甲基红指示剂100 μL，用稀释后的0.001 954 mol/L 氢氧化钠标准溶液滴定，21 次重复性试验数据经格鲁布斯检验无异常值。

空白样品消耗氢氧化钠标准溶液见表2。

表2 空白样品消耗氢氧化钠标准溶液

人工滴定时，使用的是0.01 mol/L 氢氧化钠标准溶液，滴定终点消耗的氢氧化钠为1 滴，相当于氢氧化钠质量数为0.02 mg。由表2 可知，VSTT 慢速滴定模式加入量将滴定过程分为120 步（滴） 左右，比人工滴定低2 个数量级，方便进行加入指示剂的空白样品的精确测量，消耗的氢氧化钠标准溶液质量数与人工滴定基本相同，且能够建立滴定色变曲线，用色变峰标识空白的滴定终点。

2.3 VSTT 法测定二氧化硫的检出限与定量限

VSTT 法的突变峰- 结构定律表明，VSTT 的坐标曲线参数的突变峰只与呈色物质的结构变化有关，与呈色物质的浓度无关[15]，这是VSTT 技术区别于其他测量技术的主要特征。VSTT 信号峰是试剂加入中引起物质结构变化对光谱的影响，信号峰峰高与试剂加入量没有直接的数学关系。

制作已知含量的基质样液，稀释不同系列浓度的样液进行测量，直至出现最小可辨认信号峰的含量。实际测量的样液VSTT 参数SJb*-C最小含量为0.191 4 mg/kg，信号值峰高4×106，突变峰与基线分离非常好。

VSTT 参数SJb*-C的色变曲线见图3。

图3 VSTT 参数SJb*-C 的色变曲线

采用该含量的样液，测定重复37 次平行试验，测定结果按公式（2）[18]计算为样品中的二氧化硫含量。

样品中VSTT 法测量二氧化硫含量的MDL结果见表3，重复37 次平行试验的质量控制图见图4。

表3 样品中VSTT 法测量二氧化硫含量的MDL

图4 重复37 次平行试验的质量控制图

式中：MDL——方法检出限；

n——样品的平行测定次数；

t——自由度为n-1，置信度为99%时的t 分布值（单侧）；

S——n 次平行测定的标准偏差。

此次测定t（10，0.99） 值为2.434，以此计算本方法的VSTT 检出限为1.32 mg/kg，确定其定量限为4 mg/kg。其中，SO2质量检出限质量为0.020 mg，低于国标GB 5009.34 中的检出限质量0.035 mg。

2.4 精密度

对人工感官滴定和VSTT 法进行了中间精密度检验。

中间精密度检验结果见表4。

表4 中间精密度检验结果

表4 结果表明，VSTT 法参数的中间精密度的RSD 为1.62%～2.02%，人工感官滴定的1.79%～3.38%。

2.5 准确度

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

准确度检验（n=6） 结果见表5。

表5 准确度检验（n=6）

表5 数据说明，定量限的1.0 倍，1.5 倍，2.0 倍的添加试验，依次为平均值8.08，10.1，12.1 mg/kg；回收率95.5%～107.9%，98.6%～104.2%，90.7%～108.6%；RSD 为2.10%，1.25%，7.20%，均满足要求。

2.6 适用范围

添加低、中、高不同浓度标准溶液的样品，进行回收率试验。

不同质量浓度的样品回收率试验见表6。

表6 不同浓度的样品回收率试验

表6 数据说明，VSTT 法在添加质量浓度范围为20～100 mg/kg 的回收率为92.7%～109.5%，RSD 为1.8%～4.6%，满足技术要求[19]。

3 结论

试验表明，VSTT 技术应用于粉丝中二氧化硫含量的测定，方法学指标均符合标准要求，与国家标准没有差异。明显的优点是，遵循吸收光谱变化确定滴定终点路线，检出限低、回收率稳定，建立色变曲线实现滴定自动化、测量结果数字化、滴定终点图形化，克服人工感官滴定方法的色评价条件影响、避免人色观察阈值不一致、语言描述理解困难和无法量值溯源的痼疾，可以应用于粉丝中二氧化硫含量的测定。VSTT 技术处于原创验证阶段，目前在绝大多数领域的应用尚属空白，进一步扩大应用验证范围，有望在更广泛的领域替代人工感官滴定。