三聚硫氰酸三鈉鹽快速檢測(cè)試紙條的研究及應(yīng)用

鞏 凡，黃妙如，劉袆帆，馬路凱，肖更生，陳壯鑫，何 凡

（1. 河南省產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)研究院，河南鄭州 450000；2. 仲愷農(nóng)業(yè)工程學(xué)院 輕工食品學(xué)院，廣東廣州 510225；3. 廣州市珠江餅業(yè)食品有限公司，廣東 廣州 511442）

三聚硫氰酸三鈉鹽（Trisodium thiocyanate，TMT-Na） 是一種高效、快速的橡膠硫化劑[1]，廣泛應(yīng)用于丙烯酸酯橡膠、聚氯醚彈性體、氯丁橡膠等硫化劑[2]。此外，TMT-Na 是一種環(huán)境友好型的重金屬離子去除劑[3]，能與水溶液中的大多數(shù)低價(jià)態(tài)重金屬離子螯合形成穩(wěn)定的難溶化合物，具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，廣泛用于污水、廢水中重金屬離子去除處理[4]。近年來(lái)，不法商販為追求利益將TMT-Na 用于制備復(fù)配小麥粉處理劑并將其添加在小麥粉中，以改善小麥粉的粉質(zhì)。但TMT-Na 具有一定的腐蝕性，對(duì)眼睛有刺激作用，并具有一定的毒性（LD50，小鼠經(jīng)口878 mg/kg）[5]，且GB 2760—2014《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》未將TMT-Na 列入的食品添加劑名單中，屬于非食用物質(zhì)。在復(fù)配小麥粉處理劑中加入非食用物質(zhì)不僅威脅消費(fèi)者的健康[6]，而且對(duì)我國(guó)小麥粉產(chǎn)業(yè)的安全造成了惡劣的影響[7]，非食用物質(zhì)的使用也為我國(guó)食品安全監(jiān)管帶來(lái)了挑戰(zhàn)[8-9]。

目前，國(guó)內(nèi)外測(cè)定三聚硫氰酸三鈉鹽的方法主要是液相色譜等儀器分析法。國(guó)外早期對(duì)TMT-Na的測(cè)定主要針對(duì)水處理劑，小麥粉及小麥粉處理劑基質(zhì)復(fù)雜，這些方法無(wú)法直接應(yīng)用[10-11]。我國(guó)市場(chǎng)監(jiān)督管理總局于2020 年7 月發(fā)布第34 號(hào)文件補(bǔ)充檢驗(yàn)方法《小麥粉中三聚硫氰酸三鈉鹽的測(cè)定》 （BJS 202001），該方法適用于小麥粉中TMT-Na 測(cè)定，但并不適用于基質(zhì)復(fù)雜的小麥粉處理劑[12]。張艷俠等人[13]利用超高效液相色譜-串聯(lián)質(zhì)譜法測(cè)定小麥粉及其添加劑中非食用物質(zhì)三聚硫氰酸三鈉鹽，但是該法需要對(duì)樣品進(jìn)行凈化條件較高的前處理工作。上述儀器分析方法準(zhǔn)確、靈敏，但檢測(cè)對(duì)象有限、操作繁瑣、廢液產(chǎn)生量大、對(duì)操作人員的技術(shù)要求較高、檢測(cè)儀器昂貴、檢測(cè)成本高且需要固定場(chǎng)所。因此，建立簡(jiǎn)便快速、靈敏度高的快速檢測(cè)方法用于小麥粉及其處理劑中三聚硫氰酸三鈉鹽的測(cè)定，具有重大意義。

此外，可實(shí)現(xiàn)短時(shí)間檢測(cè)的快速檢測(cè)方法類型多樣。免疫分析法具有高靈敏度、強(qiáng)特異性的特點(diǎn)，但該方法對(duì)所需抗原、抗體的專一性要求較高，難以被廣泛應(yīng)用[14]。酶抑制法是目前使用最為廣泛且相對(duì)成熟的檢測(cè)技術(shù)，但檢測(cè)對(duì)象局限性較大主要是針對(duì)農(nóng)藥殘留，并且容易出現(xiàn)假陰性的檢測(cè)結(jié)果[15]。生物傳感器技術(shù)響應(yīng)迅速、靈敏度高且樣品需求量小，但其缺乏穩(wěn)定性與一致性，實(shí)際應(yīng)用較少[16]。比色分析法因其快速顯色與具有較低顯色下限濃度等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用，通過與標(biāo)準(zhǔn)品吸光度或標(biāo)準(zhǔn)比色卡進(jìn)行比較分析，但前者需要在一定的波長(zhǎng)條件下方可完成，仍然需要使用專用的儀器設(shè)備[17]。

制備一種三聚硫氰酸三鈉鹽快速檢測(cè)試紙條，對(duì)顯色試紙和顯色劑的制備條件進(jìn)行研究，相關(guān)的基本原理是利用TMT-Na 與金屬離子之間存在螯合反應(yīng)，生成難溶于水，且具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性的有機(jī)產(chǎn)物[1]。該方法簡(jiǎn)單便攜、快速、高效、成本低廉，適用于檢測(cè)小麥粉或小麥粉處理劑中的三聚硫氰酸三鈉鹽。同時(shí)，相比于現(xiàn)有的三聚硫氰酸三鈉鹽的檢測(cè)方法，該方法有利于解決現(xiàn)場(chǎng)抽檢或民用自檢難以檢測(cè)的問題。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

小麥粉：市售通用小麥粉，產(chǎn)自河南新鄉(xiāng)；小麥粉處理劑：復(fù)配小麥粉處理劑，產(chǎn)自河南新鄉(xiāng)；宣紙：市售宣紙，產(chǎn)自河南鄭州；慢速層析定性分析濾紙，通用電氣生物科技（杭州） 有限公司提供。

三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)品（≥95%），美國(guó)Sigma-Aldrich 公司提供；硫酸銅（分析純），天津市風(fēng)船化學(xué)試劑科技有限公司提供；氯化亞鐵（分析純），天津市致遠(yuǎn)化學(xué)試劑有限公司提供；氯化錫、甲基纖維素鈉羧（均為分析純），天津市科密歐化學(xué)試劑有限公司提供；氯化鎳（分析純），天津市大茂化學(xué)試劑廠提供。

1.2 儀器與設(shè)備

ME204 型電子天平（0.1 mg），梅特勒-托利多儀器（上海） 有限公司產(chǎn)品；10 mL 一次性使用無(wú)菌注射器（0.2 mL），河南曙光匯知康生物科技有限公司產(chǎn)品；Agilent 1260 型高效液相色譜儀，配備二極管陣列檢測(cè)器，美國(guó)安捷倫公司產(chǎn)品。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 快速檢測(cè)試紙的制備

（1） 顯色劑的制備。向200 mL 蒸餾水中分多次加入硫酸銅，充分?jǐn)嚢枇蛩徙~不再繼續(xù)溶解，經(jīng)快速層析定性濾紙過濾即得飽和硫酸銅溶液。取100 mL硫酸銅溶液，添加2 g 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的羧甲基纖維素鈉（sodium carboxymethyl cellulose, CMC-Na） 作為增稠劑，利用電爐加熱并不斷攪拌，直至CMC-Na完全溶解，制備所得的混合溶液可作為快速檢測(cè)試紙條的顯色劑。

（2） 顯色試紙的制備。選用慢速層析定性分析濾紙，將濾紙剪成長(zhǎng)6 cm，寬1 cm 的試紙條，在顯色劑中于室溫條件下浸泡10 s，取出后懸掛晾干，備用。

（3） 標(biāo)準(zhǔn)比色卡的制作。配制0，0.01%，0.05%，0.10%，1.00%，10.00%的TMT-Na 標(biāo)準(zhǔn)水溶液，在最佳顯色條件下顯色反應(yīng)，制作三聚硫氰酸三鈉標(biāo)準(zhǔn)濃度比色卡。

1.3.2 快速檢測(cè)試紙的檢測(cè)方法

取10 mL 的醫(yī)用注射器，該醫(yī)用注射器乳頭的端部套設(shè)有孔徑0.45 μm 的有機(jī)系濾頭，將醫(yī)用注射器的活塞端拔出，并將1 mL 的小麥粉或小麥粉處理劑加入到醫(yī)用注射器的空筒中，推動(dòng)醫(yī)用注射器的活塞使活塞的前端位于1 mL 位置處，然后吸入3 mL的蒸餾水后繼續(xù)吸入1~2 mL 的空氣，劇烈搖晃醫(yī)用注射器使其中的溶液混合均勻，推動(dòng)注射器的活塞以棄去注射器端部的2~3 滴濾液。在顯色試紙的中部加入1 滴醫(yī)用注射器中的溶液，30 s 后觀察顯示試紙的顏色，并將其與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照以確定待測(cè)溶液中TMT-Na 的濃度范圍。

1.3.3 試紙性能檢測(cè)

按1.3.1 所述方法制備快速檢測(cè)試紙，通過1.3.2的檢測(cè)方法分別滴加質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，0.001%，0.005%，0.010%，0.050%，0.100%，1.000%，10.00%的三聚硫氰酸三鈉鹽溶液，測(cè)定試紙的最低檢測(cè)質(zhì)量濃度、穩(wěn)定性指標(biāo)，觀察試紙的顯色與變化情況以檢測(cè)試紙的相關(guān)性能[18]。同時(shí)，用快速檢測(cè)試紙法和液相色譜法（參照BJS 202001），對(duì)市售的8 種小麥粉或小麥粉處理劑進(jìn)行檢測(cè)，比較2 種方法結(jié)果的一致性[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 顯色劑的選擇

分別向200 mL 蒸餾水中分多次加入硫酸銅、氯化亞鐵、氯化錫、氯化鎳4 種無(wú)機(jī)金屬鹽試劑，充分?jǐn)嚢柚敝翢o(wú)機(jī)金屬鹽試劑不再繼續(xù)溶解，經(jīng)快速層析定性濾紙過濾即得飽和無(wú)機(jī)金屬鹽溶液。取100 mL飽和無(wú)機(jī)金屬鹽溶液。參照1.3.1（2） 處理，將裁切所得的慢速層析定性分析濾紙，分別置于飽和CuSO4，F(xiàn)eCl2，SnCl2，NiSO4溶液中，并在室溫條件浸泡10 s，取出后在恒溫條件下晾干。在試紙中心分別加入50 μL的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.50%，0.25%，0.10% TMT-Na 溶液，靜置30 s 觀察顯色。

TMT-Na 與不同無(wú)機(jī)金屬鹽溶液在試紙上的顯色反應(yīng)見圖1。

圖1 TMT-Na 與不同無(wú)機(jī)金屬鹽溶液在試紙上的顯色反應(yīng)

由圖1 可知，上述4 種無(wú)機(jī)金屬溶液中，CuSO4溶液為最佳顯色試劑。經(jīng)FeCl2溶液或SnCl2溶液處理所得試紙，與空氣接觸，容易發(fā)生氧化反應(yīng)[20]，失效較快，作為顯色劑效果欠佳。經(jīng)NiSO4溶液處理所得試紙，為綠色，嚴(yán)重干擾顯色反應(yīng)判斷。CuSO4與TMT-Na 配位反應(yīng)呈現(xiàn)淡黃色至棕色，與本身藍(lán)色形成強(qiáng)烈對(duì)比。此外，硫酸銅化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定[21]，毒性較低[22]，因此確定CuSO4溶液可作為顯色反應(yīng)試劑并用于制成檢測(cè)試紙。

2.2 顯色劑的優(yōu)化

按1.3.1（1） 所述方法制得的CuSO4飽和溶液作為顯色劑。將不同濃度的TMT-Na 溶液分別加在2 組檢測(cè)試紙中，組1 是由僅含飽和金屬溶液的顯色劑處理所得的顯色試紙，組2 是由含飽和金屬溶液與2%的CMC-Na 的顯色劑處理所得的顯色試紙。

不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TMT-Na 溶液在2 組試紙中的顯色效果見圖2。

圖2 不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的TMT-Na 溶液在2 組試紙中的顯色效果

由圖2 可知，組2 顯色面積較集中，顏色擴(kuò)散范圍小，說(shuō)明CMC-Na 的加入有效緩解待測(cè)液的擴(kuò)散現(xiàn)象。檢測(cè)過程中，滴入TMT-Na 溶液，其通過毛細(xì)作用在試紙上迅速分散，導(dǎo)致顯色變淺。增稠劑的加入在一定程度上可能改善試紙顯色淺的問題，因此選擇CMC-Na 作為增稠劑[23]，CuSO4飽和溶液與質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的CMC-Na 的復(fù)合溶液可作為快速檢測(cè)試紙的最佳顯色劑。

2.3 顯色試紙的選擇

試驗(yàn)按1.3.1（2） 所述方法選用宣紙和慢速層析定性分析濾紙進(jìn)行試驗(yàn)，吸取質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10%的TMT-Na 標(biāo)準(zhǔn)溶液滴加至不同類型試紙條上，觀察顯色反應(yīng)，選擇顏色變化明顯、擴(kuò)散度小的試紙作為顯色試紙。

載體試紙對(duì)試紙顯色效果的影響見表1。

表1 載體試紙對(duì)試紙顯色效果的影響

結(jié)果表明，相比宣紙，慢速層析定性分析濾紙晾干后顯色明顯、均勻。因此，選定慢速層析定性分析濾紙作為顯色試紙。

2.4 三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)比色卡的設(shè)計(jì)

在最佳顯色條件下，以0，0.01%，0.05%，0.10%，1.00%，10.00%的TMT-Na 標(biāo)準(zhǔn)水溶液進(jìn)行顯色反應(yīng)。其中，0.01%，0.05%，0.10%，1.00%，10.00%的TMT-Na 標(biāo)準(zhǔn)水溶液顯色結(jié)果分別為淡黃、淺黃、中黃、棕黃、鐵黃。由此可得，三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)比色卡。

三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)比色卡見圖3。

圖3 三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)比色卡

按照上述質(zhì)量分?jǐn)?shù)設(shè)置所得的三聚硫氰酸三鈉鹽標(biāo)準(zhǔn)比色卡顏色區(qū)分效果良好，可用于樣品檢測(cè)結(jié)果的判定。

2.5 試紙的性能檢測(cè)

2.5.1 最低檢測(cè)質(zhì)量濃度

根據(jù)圖2 可以看出，當(dāng)TMT-Na 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0，0.001%，0.005%時(shí)顯色試紙并未顯色，顯色試紙依然為淺藍(lán)色，而TMT-Na 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.01%時(shí)，顯色試紙正常顯色且顏色逐漸加深。因此，確定試紙的最低檢測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%。

2.5.2 穩(wěn)定性

按1.3.1 所述方法制備所得的TMT-Na 快速檢測(cè)試紙，試紙?jiān)诿芊飧稍飾l件下保存12 個(gè)月，在三聚硫氰酸三鈉鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0，0.001%，0.005%，0.010%，0.050%，0.100%，1.000%，10.00%條件下進(jìn)行測(cè)試，試紙仍可準(zhǔn)確讀取結(jié)果，說(shuō)明該試驗(yàn)制備的TMT-Na 快速檢測(cè)試紙保存期≥12 個(gè)月。

2.5.3 一致性

使用該研究所得的TMT-Na 快速檢測(cè)試紙和液相色譜法（BJS 202001） 對(duì)市售小麥粉及小麥粉處理劑陽(yáng)性樣品進(jìn)行檢測(cè)，對(duì)比二者檢測(cè)結(jié)果。

樣品檢測(cè)結(jié)果見表2。

表2 樣品檢測(cè)結(jié)果

由表2 可知，兩者結(jié)果一致性良好，說(shuō)明該研究建立的方法檢測(cè)結(jié)果準(zhǔn)確。

3 結(jié)論

建立了一種用于快速檢測(cè)三聚硫氰酸三鈉鹽的方法，經(jīng)過工藝優(yōu)化，檢測(cè)試紙的制備條件為：慢速層析定性分析濾紙為載體制備顯色層，顯色劑為飽和金屬鹽溶液和增稠劑的混合溶液，其用量比例為將2 g 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2%的羧甲基纖維素鈉加入至100 mL 飽和CuSO4溶液，顯色試紙經(jīng)顯色劑浸潤(rùn)10 s處理制得。標(biāo)準(zhǔn)比色卡含有5 個(gè)色塊，對(duì)應(yīng)的三聚硫氰酸三鈉鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%，0.05%，0.10%，1.00%，10.00%，色階梯度明顯。當(dāng)小麥粉中三聚硫氰酸三鈉鹽的質(zhì)量分?jǐn)?shù)≥0.01%時(shí)，顯色試紙正常顯色且顏色也逐漸加深，即試紙的最低檢測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.01%。對(duì)市場(chǎng)的小麥粉和小麥粉處理劑等8 組樣品進(jìn)行檢測(cè)，TMT-Na 快速檢測(cè)試紙和液相色譜法2 種方法檢測(cè)結(jié)果相近。但與現(xiàn)有檢測(cè)方法相比，TMT- Na 快速檢測(cè)試紙檢測(cè)具有攜帶方便、操作簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉、快速（2 min） 等特點(diǎn)。適用于政府部門對(duì)小麥粉及小麥粉處理劑中非法添加的三聚硫氰酸三鈉鹽作現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)。同時(shí)，經(jīng)過貨架期試驗(yàn)，試劑盒有效期限為12 個(gè)月及以上，可長(zhǎng)期保存。