氣相色譜法測(cè)定乳制品中碘含量的分析與優(yōu)化

◎ 朱 潔，李 卓，周 優(yōu)

（天津市乳品食品監(jiān)測(cè)中心，天津 300381）

甲狀腺功能的正常運(yùn)行離不開碘，健康成人體內(nèi)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(yù)防甲狀腺腫大，但是碘含量超標(biāo)會(huì)引起甲狀腺功能亢進(jìn)；因此碘含量是乳制品加工企業(yè)必須檢測(cè)的項(xiàng)目。碘的化學(xué)穩(wěn)定性較差，有多種存在形式，增加了碘含量測(cè)定的復(fù)雜性。由于乳制品成分相對(duì)復(fù)雜，因此在測(cè)定碘含量時(shí)，先用亞鐵氰化鉀與乙酸鋅去除乳制品中的蛋白質(zhì)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(shí)驗(yàn)步驟

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

本實(shí)驗(yàn)的主要分析設(shè)備為GC6890N，是美國(guó)安捷倫公司研發(fā)的快速氣相色譜儀，目前廣泛應(yīng)用于醫(yī)藥的分析研發(fā)。儀器的部分參數(shù)：色譜柱溫度范圍為+4～450 ℃，進(jìn)樣口壓力為0～100 psi，進(jìn)樣口流量區(qū)間為0～200 mL·min-1氮?dú)饣蛘呤?～100 mL·min-1的氦氣或氫氣。

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

1.2 試劑

樣品級(jí)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(jí)純的丁酮、濃硫酸、過氧化氫與乙酸鋅等，色譜級(jí)純的環(huán)己烷，優(yōu)級(jí)純的碘化鉀；此外，選用超純水作為實(shí)驗(yàn)用水，用于提高實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(yàn)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?dú)猓魉贋?.4 mL·min-1，并將檢測(cè)器溫度設(shè)置為260 ℃，進(jìn)樣口溫度設(shè)置為220 ℃；直接進(jìn)樣模式下不分流，設(shè)置進(jìn)樣體積為1 μg,高純吹氣氮?dú)鉃?0 mL·min-1。

1.4 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

準(zhǔn)確稱取碘化鉀131 mg，于100 mL棕色容量瓶?jī)?nèi)，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(zhǔn)確移取貯備溶液1 mL于100 mL棕色容量瓶?jī)?nèi)，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?jī)?nèi)，加純水稀釋至刻度，混勻，即得 1 μg·mL-1，的碘標(biāo)準(zhǔn)溶液。

1.5 樣品的處理

先將乳粉充分混合，然后在其中隨機(jī)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(jí)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(jìn)行2 min的萃取分層，萃取2次，收集有機(jī)相，用純水洗滌至少2次。之后用無(wú)水硫酸鈉進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)樣板的制取

依次取碘標(biāo)準(zhǔn)溶液1、2、4、8 mL與12 mL，按照1.5中的實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)碘溶液進(jìn)行滴定萃取。然后用氣相色譜法測(cè)量生成的碘代物（3-碘代-2-丁酮）進(jìn)行峰面積，得到標(biāo)準(zhǔn)色譜圖。

2 結(jié)果與分析

上述對(duì)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(zhì)譜定性的主要物質(zhì)，實(shí)驗(yàn)得到的分析圖譜為圖1，通過對(duì)質(zhì)譜圖分析，可以得到碘代丁酮與碎片的離子峰，對(duì)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(zhì)譜分析圖

3 影響氣相色譜法測(cè)定乳制品碘含量的因素

3.1 濃硫酸與反應(yīng)時(shí)間

試劑可能會(huì)引起檢測(cè)結(jié)果的變化，因此要確定濃硫酸的體積與反應(yīng)時(shí)間，對(duì)不同體積的濃硫酸與不同時(shí)間的反應(yīng)進(jìn)行分析。具體實(shí)驗(yàn)方法為：在標(biāo)準(zhǔn)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(huì)逐漸升高再緩慢下降直到趨于穩(wěn)定。為了提高檢測(cè)精度，取峰面積最大時(shí)的濃硫酸體積作為最佳取樣體積。在碘標(biāo)準(zhǔn)溶液一定的前提下分析反應(yīng)時(shí)間，由于反應(yīng)時(shí)間檢測(cè)的是時(shí)間變化，要求在反應(yīng)各個(gè)階段進(jìn)行取樣分析，并測(cè)定衍生物的峰面積值。可以發(fā)現(xiàn)，時(shí)間參數(shù)對(duì)衍生物反應(yīng)峰面積的影響曲線也呈先增高再降低的趨勢(shì)，同理應(yīng)選取峰面積最大值時(shí)的反應(yīng)時(shí)間作為乳制品的反應(yīng)時(shí)間，得到最佳的氣相色譜峰面積[4]。

3.2 其他試劑

在標(biāo)準(zhǔn)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(yàn)準(zhǔn)確性。只改變?cè)噭┨砑恿浚渌麠l件不變，分析衍生物，得出最大峰值時(shí)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(jìn)行對(duì)照試驗(yàn)，對(duì)沉淀物的測(cè)定值進(jìn)行分析對(duì)比。分析結(jié)果數(shù)據(jù)可得出碘的測(cè)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(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響可以忽略[5]。

3.3 沉淀及衍生過程

反應(yīng)物的沉淀過程對(duì)萃取過濾速度有很大影響，還會(huì)影響最終測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。一旦沉淀過程處理不善，會(huì)直接降低試劑的回收程度。

通過改變雙氧水用量，可以發(fā)現(xiàn)衍生物的峰面積幾乎不受影響，因此可以忽略雙氧水對(duì)實(shí)驗(yàn)參數(shù)的影響。但是為保證碘離子的轉(zhuǎn)化效率，需要保證一定的雙氧水含量，便于后續(xù)反應(yīng)的進(jìn)行，雙氧水含量的測(cè)定一般需要借助統(tǒng)計(jì)學(xué)的平均值與標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行，相關(guān)研究證明雙氧水含量值與國(guó)家規(guī)定的添加標(biāo)準(zhǔn)保持一致[5]。

4 氣相色譜法測(cè)定乳制品碘含量方法的優(yōu)化

4.1 實(shí)驗(yàn)試劑對(duì)乳制品碘含量測(cè)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(cè)試中試劑的添加量。改進(jìn)氣相色譜法就需要考慮試劑對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)的影響。優(yōu)化實(shí)驗(yàn)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(shí)間，記錄整理衍生物的氣相色譜響應(yīng)值，并做成折線圖，可以發(fā)現(xiàn)折線圖具有過山車式的波動(dòng)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(xiàn)一個(gè)波谷一個(gè)波峰，但都小于0.25 mL的響應(yīng)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(jì)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(yīng)環(huán)境，劑量相對(duì)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(yīng)一段時(shí)間，分別統(tǒng)計(jì)衍生物的氣相色譜響應(yīng)值，繪制折線圖得出最大響應(yīng)值對(duì)應(yīng)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(yīng)，待混合溶液反應(yīng)完全后，檢測(cè)衍生物的氣相色譜響應(yīng)值，記錄圖譜與響應(yīng)值。分析響應(yīng)圖譜可以發(fā)現(xiàn)隨著丁酮含量的增加，圖譜中峰值不是孤峰，出現(xiàn)了其他雜質(zhì)峰，不利于色譜對(duì)比，應(yīng)予以排除。對(duì)符合要求的峰面積響應(yīng)值繪制折線圖可以發(fā)現(xiàn)，丁酮在1 mL時(shí)響應(yīng)值最大，而且沒有雜質(zhì)峰。總結(jié)試驗(yàn)可以發(fā)現(xiàn)乳制品含量最佳測(cè)試條件為過氧化氫0.25 mL、硫酸1.4 mL與丁酮1 mL時(shí)的響應(yīng)值最大，衍生物的色譜峰值最明顯。

4.2 標(biāo)準(zhǔn)試樣碘化鉀與碘酸鉀的區(qū)別

碘標(biāo)準(zhǔn)溶液通常由碘酸鉀或碘化鉀組成，兩種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)雖然同為碘化物，但是在氣相色譜的測(cè)定中具有不同的衍生特性。通過分析可以發(fā)現(xiàn)，選擇碘酸鉀時(shí)，隨著雙氧水與濃硫酸劑量的遞增，化合物的色譜響應(yīng)值減小；但是生成物的響應(yīng)值與丁酮?jiǎng)┝康倪f增呈正比，隨著丁酮的增加，衍生物的響應(yīng)值持續(xù)攀升，只是產(chǎn)成了雜質(zhì)峰。所以在具體的試驗(yàn)中，不能一概而論，應(yīng)結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件，分析確定最佳的試劑類型與劑量。當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)試劑由碘化鉀組成時(shí)，測(cè)試結(jié)果有很大差異，隨著試劑含量的增加，衍生物的響應(yīng)值會(huì)隨之降低，試劑劑量的變化與國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)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(cè)定乳制品碘含量的實(shí)驗(yàn)中，標(biāo)準(zhǔn)試樣選擇碘酸鉀與碘化鉀有很大差距，在大多數(shù)實(shí)驗(yàn)中以碘化鉀為標(biāo)準(zhǔn)試樣可以提升測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，有利于提高實(shí)驗(yàn)精度。

4.3 酶解物對(duì)乳制品碘含量測(cè)試的優(yōu)化

乳制品成分差異很大，蛋白質(zhì)與脂肪等物質(zhì)的含量也存在很大區(qū)別，相關(guān)研究表明[2]在乳制品中不含淀粉類物質(zhì)的前提下，有些乳制品酶解反應(yīng)對(duì)衍生物的峰面積影響不大，如果乳制品的樣品成分不明，應(yīng)先進(jìn)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(cè)精度。

4.4 色譜峰值測(cè)定過程的優(yōu)化

在不同的實(shí)驗(yàn)中，碘的分離效果也有一定的差異。色譜柱的型號(hào)規(guī)格不同，會(huì)極大影響碘的保留效果。在用氣相色譜法測(cè)定乳制品中碘含量時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況分析，而不是把國(guó)際色譜標(biāo)準(zhǔn)作為實(shí)驗(yàn)條件。在測(cè)量過程中，應(yīng)保證碘色譜峰出現(xiàn)時(shí)的溫度是碘的最佳分離溫度；碘的最佳分離溫度未確認(rèn)時(shí)，應(yīng)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(xiàn)后，應(yīng)盡快將色譜柱升溫到＞240 ℃的范圍內(nèi)，并保持至少6 min，排除柱內(nèi)雜質(zhì)，避免殘留物影響后續(xù)的測(cè)試精度。

5 結(jié)語(yǔ)

由于乳制品的配方與基質(zhì)成分存在很大差異，只有通過酶的催化反應(yīng)才能釋放碘離子，增加了實(shí)驗(yàn)難度，采用氣相色譜法對(duì)碘溶液的標(biāo)準(zhǔn)樣與衍生試劑進(jìn)行分析，可以提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。同時(shí)在實(shí)驗(yàn)過程中，通過迅速升溫排除雜質(zhì)或及時(shí)清理老化色譜柱，可以避免其他物質(zhì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，提高測(cè)試準(zhǔn)確性。