氣相色譜法測定乳制品中碘含量的分析與優化

◎ 朱 潔，李 卓，周 優

（天津市乳品食品監測中心，天津 300381）

甲狀腺功能的正常運行離不開碘，健康成人體內碘含量在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預防甲狀腺腫大，但是碘含量超標會引起甲狀腺功能亢進；因此碘含量是乳制品加工企業必須檢測的項目。碘的化學穩定性較差，有多種存在形式，增加了碘含量測定的復雜性。由于乳制品成分相對復雜，因此在測定碘含量時，先用亞鐵氰化鉀與乙酸鋅去除乳制品中的蛋白質與脂肪。之后用硫酸氧化碘離子，并用丁酮滴定生成的碘代物，然后用正己烷萃取與洗滌，最后用氣相色譜法定量分析[1-3]。

1 實驗步驟

1.1 實驗儀器

本實驗的主要分析設備為GC6890N，是美國安捷倫公司研發的快速氣相色譜儀，目前廣泛應用于醫藥的分析研發。儀器的部分參數：色譜柱溫度范圍為+4～450 ℃，進樣口壓力為0～100 psi，進樣口流量區間為0～200 mL·min-1氮氣或者是0～100 mL·min-1的氦氣或氫氣。

儀器選擇了梅特勒AL204型電子計量天平，該天平的精度為0.1 mg，線性+/-0.3 mg，稱重可達210 g。

1.2 試劑

樣品級乳制粉，濃度為21.9%的乙酸鋅溶劑與濃度為10.9%的亞鐵氰化鉀溶劑，分析級純的丁酮、濃硫酸、過氧化氫與乙酸鋅等，色譜級純的環己烷，優級純的碘化鉀；此外，選用超純水作為實驗用水，用于提高實驗數據的準確性。

1.3 氣相色譜條件

選用的色譜柱同為安捷倫公司的DB-5MS；試驗中初始溫度為60 ℃并維持3 min，之后以10 ℃·min-1的速度均勻升溫到200 ℃，并維持3 min；載氣為高純氮氣，流速為3.4 mL·min-1，并將檢測器溫度設置為260 ℃，進樣口溫度設置為220 ℃；直接進樣模式下不分流，設置進樣體積為1 μg,高純吹氣氮氣為30 mL·min-1。

1.4 標準溶液的配制

準確稱取碘化鉀131 mg，于100 mL棕色容量瓶內，加純水使之溶解并稀釋至刻度，混勻，作為1 mg·mL-1貯備溶液；準確移取貯備溶液1 mL于100 mL棕色容量瓶內，用純水稀釋至刻度，混勻，移取該溶液5 mL于50 mL棕色容量瓶內，加純水稀釋至刻度，混勻，即得 1 μg·mL-1，的碘標準溶液。

1.5 樣品的處理

先將乳粉充分混合，然后在其中隨機抽取5 g，用25 mL 38 ℃左右的純水溶解稀釋。待樣品混合后，分別移取5 mL的乙酸鋅與氰化鉀，混合搖勻，再用純水定容至100 mL，搖勻溶液后靜置20 min。之后用濾紙過濾，得到濾液，取10 mL濾液，用10 mL的純水稀釋。再依次加入分析純級的濃硫酸0.7 mL、丁酮0.5 mL與雙氧水2 mL，待溶液充分混合后靜置20 min，之后采用正己烷10 mL進行2 min的萃取分層，萃取2次，收集有機相，用純水洗滌至少2次。之后用無水硫酸鈉進行吸水過濾，之后用正己烷定容至50 mL，得到樣品試液。

1.6 標準樣板的制取

依次取碘標準溶液1、2、4、8 mL與12 mL，按照1.5中的實驗步驟對碘溶液進行滴定萃取。然后用氣相色譜法測量生成的碘代物（3-碘代-2-丁酮）進行峰面積，得到標準色譜圖。

2 結果與分析

上述對乳制品的處理之后最終得到了碘代丁酮，該化合物可以作為氣相色譜分析中質譜定性的主要物質，實驗得到的分析圖譜為圖1，通過對質譜圖分析，可以得到碘代丁酮與碎片的離子峰，對比色譜柱可以得到具體的化合物種類。

圖1 乳制品最終萃取物質譜分析圖

3 影響氣相色譜法測定乳制品碘含量的因素

3.1 濃硫酸與反應時間

試劑可能會引起檢測結果的變化，因此要確定濃硫酸的體積與反應時間，對不同體積的濃硫酸與不同時間的反應進行分析。具體實驗方法為：在標準碘溶液濃度一定的前提下，隨著濃硫酸體積的增加，碘代衍生物的氣相色譜峰面積會逐漸升高再緩慢下降直到趨于穩定。為了提高檢測精度，取峰面積最大時的濃硫酸體積作為最佳取樣體積。在碘標準溶液一定的前提下分析反應時間，由于反應時間檢測的是時間變化，要求在反應各個階段進行取樣分析，并測定衍生物的峰面積值。可以發現，時間參數對衍生物反應峰面積的影響曲線也呈先增高再降低的趨勢，同理應選取峰面積最大值時的反應時間作為乳制品的反應時間，得到最佳的氣相色譜峰面積[4]。

3.2 其他試劑

在標準溶液下分析其他試劑的影響，確定試劑最佳添加量，提高試驗準確性。只改變試劑添加量，其他條件不變，分析衍生物，得出最大峰值時的試劑范圍。沉淀過程中，選用不同的亞鐵氰化鉀與乙酸鋅，選用3種不同的上述兩種試液進行對照試驗，對沉淀物的測定值進行分析對比。分析結果數據可得出碘的測試值幾乎不受乙酸鋅與亞鐵氰化鉀品牌的影響，即上述試劑對實驗結果的影響可以忽略[5]。

3.3 沉淀及衍生過程

反應物的沉淀過程對萃取過濾速度有很大影響，還會影響最終測試結果的準確性。一旦沉淀過程處理不善，會直接降低試劑的回收程度。

通過改變雙氧水用量，可以發現衍生物的峰面積幾乎不受影響，因此可以忽略雙氧水對實驗參數的影響。但是為保證碘離子的轉化效率，需要保證一定的雙氧水含量，便于后續反應的進行，雙氧水含量的測定一般需要借助統計學的平均值與標準差進行，相關研究證明雙氧水含量值與國家規定的添加標準保持一致[5]。

4 氣相色譜法測定乳制品碘含量方法的優化

4.1 實驗試劑對乳制品碘含量測試的影響

由于乳制品的配方存在很大差異，影響了碘含量測試中試劑的添加量。改進氣相色譜法就需要考慮試劑對測試數據的影響。優化實驗中，首先選擇多份乳制品樣品，每份樣品的重量維持在同等水平，然后按1.5中的方式處理成乳制品樣品溶液。然后控制其中硫酸、丁酮的含量分別為0.7 mL與0.5 mL不變，改變雙氧水的劑量，從0.25 mL開始以0.25 mL的差值遞增至2 mL，得到多分混合溶液，將混合溶液搖勻靜置一段時間，記錄整理衍生物的氣相色譜響應值，并做成折線圖，可以發現折線圖具有過山車式的波動性，除了最初較大值，在雙氧水含量為0.75 mL與1.25 mL左右處，出現一個波谷一個波峰，但都小于0.25 mL的響應值，因此可以大致確定雙氧水的最適劑量為0.25 mL。

保持丁酮與過氧化氫計量分別為0.5 mL與0.25 mL不變，由于硫酸主要提供酸性反應環境，劑量相對較大，從0.7 mL開始依次以0.7 mL差值遞增至3.5 mL，控制其他條件不變，使混合溶液充分反應一段時間，分別統計衍生物的氣相色譜響應值，繪制折線圖得出最大響應值對應的硫酸含量在1.4 mL左右，即為最適劑量。

控制硫酸與過氧化氫的濃度為最佳值不變，取不同劑量的丁酮反應，待混合溶液反應完全后，檢測衍生物的氣相色譜響應值，記錄圖譜與響應值。分析響應圖譜可以發現隨著丁酮含量的增加，圖譜中峰值不是孤峰，出現了其他雜質峰，不利于色譜對比，應予以排除。對符合要求的峰面積響應值繪制折線圖可以發現，丁酮在1 mL時響應值最大，而且沒有雜質峰。總結試驗可以發現乳制品含量最佳測試條件為過氧化氫0.25 mL、硫酸1.4 mL與丁酮1 mL時的響應值最大，衍生物的色譜峰值最明顯。

4.2 標準試樣碘化鉀與碘酸鉀的區別

碘標準溶液通常由碘酸鉀或碘化鉀組成，兩種標準物質雖然同為碘化物，但是在氣相色譜的測定中具有不同的衍生特性。通過分析可以發現，選擇碘酸鉀時，隨著雙氧水與濃硫酸劑量的遞增，化合物的色譜響應值減小；但是生成物的響應值與丁酮劑量的遞增呈正比，隨著丁酮的增加，衍生物的響應值持續攀升，只是產成了雜質峰。所以在具體的試驗中，不能一概而論，應結合實際實驗條件，分析確定最佳的試劑類型與劑量。當標準試劑由碘化鉀組成時，測試結果有很大差異，隨著試劑含量的增加，衍生物的響應值會隨之降低，試劑劑量的變化與國際標準相差不大，過氧化氫、丁酮與硫酸的劑量分別為0.25 mL、0.5 mL與0.7 mL。所以在氣相色譜法測定乳制品碘含量的實驗中，標準試樣選擇碘酸鉀與碘化鉀有很大差距，在大多數實驗中以碘化鉀為標準試樣可以提升測試數據的準確性，有利于提高實驗精度。

4.3 酶解物對乳制品碘含量測試的優化

乳制品成分差異很大，蛋白質與脂肪等物質的含量也存在很大區別，相關研究表明[2]在乳制品中不含淀粉類物質的前提下，有些乳制品酶解反應對衍生物的峰面積影響不大，如果乳制品的樣品成分不明，應先進行酶解，再混合萃取，最好再離心處理衍生物，提高氣相色譜法的檢測精度。

4.4 色譜峰值測定過程的優化

在不同的實驗中，碘的分離效果也有一定的差異。色譜柱的型號規格不同，會極大影響碘的保留效果。在用氣相色譜法測定乳制品中碘含量時，應結合實際情況分析，而不是把國際色譜標準作為實驗條件。在測量過程中，應保證碘色譜峰出現時的溫度是碘的最佳分離溫度；碘的最佳分離溫度未確認時，應保持出峰前后的溫度固定不變，盡可能提高分離效果。在最終碘化物峰值出現后，應盡快將色譜柱升溫到＞240 ℃的范圍內，并保持至少6 min，排除柱內雜質，避免殘留物影響后續的測試精度。

5 結語

由于乳制品的配方與基質成分存在很大差異，只有通過酶的催化反應才能釋放碘離子，增加了實驗難度，采用氣相色譜法對碘溶液的標準樣與衍生試劑進行分析，可以提高實驗的準確性。同時在實驗過程中，通過迅速升溫排除雜質或及時清理老化色譜柱，可以避免其他物質對實驗結果的影響，提高測試準確性。