一種全自動鹽碘分析儀的研究與開發

何毅霖

（廈門迪分德科技有限公司，福建 廈門 361100）

0 引言

碘是合成甲狀腺激素必需的微量元素，機體攝碘不足或過多都將影響甲狀腺的功能，造成甲狀腺損傷，導致甲狀腺疾病的發生［1］。人體中的碘主要來源于食物，在食鹽中加碘是現階段最為廣泛的一種補碘方式［2］。目前，全球有120 多個國家和地區實行食鹽加碘政策，并得到了較好的補碘效果。加碘食鹽是由碘酸鉀或碘化鉀按一定比例與普通食鹽混合而成的，鹽碘含量標準測定方法為《制鹽工業通用試驗方法碘的測定》（GB/T 13025.7—2012）（簡稱《碘的測定》）［3］。食鹽含碘量的測定方法有多種，如滴定分析法、吸光光度法、熒光及化學發射光譜法、離子選擇電極法、極譜法、色譜法和專用測碘儀法等［4］。國標方法《碘的測定》中采用的是容量法（滴定分析法）和光度法（專用碘量儀測定法）測定碘的含量，但國標方法中的容量法存在取樣量大、手動操作復雜等問題，光度法存在溴水穩定性差、可溶性淀粉易沉淀等問題。DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀是以《碘的測定》作為基本方法，在國標基礎方法上進行改進的用于檢測食鹽碘含量的專用分析儀器，并且申請了實用新型專利（專利號為ZL 2020 2 3023930.9）。本文闡述國標基礎方法改進的技術原理，介紹分析儀的結構及軟件，并進行性能測試。

1 分析方法的改進及其技術原理

1.1 分析方法的改進

本文從全自動鹽碘分析儀自動化和批量化的特點考慮，以國標方法《碘的測定》中的光度法作為基礎方法，從以下3個方面對國標基礎方法進行改進。

（1）氧化劑。國標方法中的光度法采用溴水作為氧化劑，溴水不易保存，配制濃度存在不確定性，不利于自動化檢測儀器的定量處理。國標方法中的容量法采用的是氧化劑次氯酸鈉，在測定過程中比較穩定，因此用于替代光度法中的溴水，有利于儀器對氧化劑的自動化處理。

（2）顯色劑。國標方法中的光度法采用可溶性淀粉作為顯色劑，可溶性淀粉配制后不易保存，顯色后易沉淀，影響吸光度檢測的準確性和重復性。實驗發現，微量碘溶于水后變為淡黃色，實驗范圍值內溶液的顏色與濃度呈正比［5］。因此，可以在不添加可溶性淀粉的條件下，采用光度法在380 nm 波長下直接檢測淡黃色的碘含量。

（3）取樣量。國標方法中光度法的取樣量為1.00 g，是容量法取樣量10.00 g 的1/10。固體鹽樣中的碘存在分布不均勻的情況，1.00 g 取樣量的一致性不穩定。實驗發現，大于5.00 g 的取樣量可提高鹽樣取樣的一致性，符合國家標準物質的準確度測試。

1.2 技術原理

儀器數據分析原理（含氧化處理）如下：在酸性介質中，次氯酸鈉將碘離子氧化成碘酸根，然后草酸除去過剩的次氯酸鈉，碘酸根氧化碘化鉀析出碘單質，其過程可表示為

3ClO-+I-→IO3-+3Cl-

H2C2O4+ClO-→Cl-+2CO2+H2O

IO3-+5I-+6H+→3I3+3H2O+

利用碘的質量濃度與測得的吸光度值的對數值的線性關系計算出碘含量［3］。

DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀由自動稱重系統、高精度加液計量泵、多樣品位磁力攪拌裝置、循環熱水加熱裝置、三軸自動進樣系統和光度計流動比色檢測系統組成。該分析儀可自動實現以下流程：添加33 mL 純水溶解鹽樣、1 mL 次氯酸鈉溶液、2 mL草酸-磷酸溶液；使用循環熱水加熱氧化還原，循環冷卻水冷卻；加入2 mL碘化鉀溶液到不同的樣品管，混勻后取樣導入光度計檢測系統進行數據分析。

2 全自動鹽碘分析儀結構及軟件

全自動鹽碘分析儀的設計方案圖如圖1所示。

圖1 全自動鹽碘分析儀設計方案圖

2.1 自動稱重系統

自動稱重系統的作用是通過與稱重天平聯用，將鹽樣的稱重數據自動導入全自動鹽碘分析儀專用的用戶軟件，省去客戶手動批量輸入樣品重量的操作，提高全自動鹽碘分析儀的自動化效率。

2.2 高精度加液計量泵

高精度加液計量泵的作用是按國標要求往樣品管添加定量的試劑。DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀采用的是陶瓷柱塞泵，通過柱塞桿的往復運動，吸入和排出試劑。陶瓷柱塞泵設定的吐出量為0.1 mL/r，加液速度為1～1.5 mL/min，在該加液速度下，陶瓷柱塞泵的加液精度可達±0.5%.高精度加液計量泵和電磁切換閥組整體的加液精度為±1.5%，可滿足鹽碘分析對不同溶劑的加液需求［6］。

因為次氯酸鈉的腐蝕性比較強，所以陶瓷柱塞泵需選擇耐腐蝕性能較強的型號，避免實驗過程中因腐蝕而出現卡泵的情況，提高檢測儀器的可靠性。

2.3 多樣品位磁力攪拌裝置

多樣品位磁力攪拌裝置在加液計量泵自動加純水溶解鹽樣時，可不接觸實時攪拌樣品，并在10 min內實現批量鹽樣的自動加純水溶解。該攪拌裝置已申請了實用新型專利（專利號為ZL 2021 2 2340335.6）。

2.4 循環熱水加熱裝置

循環熱水加熱裝置采用循環熱水加熱的方式，加速草酸去除過剩次氯酸鈉的過程。循環熱水溫度保持在85 ℃以上，持續加熱10 min，可確保草酸能完全除去過剩的次氯酸鈉，避免過剩的次氯酸鈉影響實驗結果。循環水加熱方式應避免在樣品下方直接加熱，以免與多樣品磁力攪拌裝置在結構布局上發生沖突。

2.5 三軸自動進樣系統

三軸自動進樣系統的作用是對批量樣品進行攪拌和取樣，系統由三軸機械臂、取樣攪拌針和取樣蠕動泵組成。該進樣系統創新性地利用蠕動泵反轉吹氣泡的方式達到充分混勻樣品的效果；系統的三軸機械臂實現將樣品從單個處理向批量處理的擴展功能［6］。

2.6 光度計流動比色檢測系統

光度計流動比色檢測系統的作用是采用分光光度法對不同碘濃度的樣品進行檢測，得到對應的吸光度值，由此計算出對應樣品的碘含量。光度計流動比色檢測系統由特定的LED 光源、波長切換裝置、分光器、流動比色皿、檢測器、光源補償算法組成［6］。多次實驗測試證明，該系統在380 nm 波長下直接檢測淡黃色的碘含量有較好的線性關系，國家質控樣檢測結果在標準物質參考值范圍內。

2.7 自動鹽碘分析儀軟件

DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀有專用的用戶軟件，包含運行狀態、標準曲線、數據顯示、儀器設置等界面。運行狀態界面可以對實驗的運行、停止、復位、酸洗、水洗等功能進行操作，并且可以查看運行步驟和系統狀態。全自動鹽碘分析用戶軟件運行狀態界面如圖2 所示，其標準曲線界面如圖3 所示。通過標準曲線界面可查看標曲點的吸光度和相關系數R；數據顯示界面可查看實驗結果、導入聯用天枰的稱重數據。儀器設置界面是用戶權限登錄界面，可進行與實驗前的準備和實驗后的收尾相關的操作。

圖2 全自動鹽碘分析儀用戶軟件運行狀態界面

圖3 全自動鹽碘分析儀用戶軟件標準曲線界面

3 自動鹽碘分析儀性能測試

使用DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀對鹽樣進行分析測試，操作步驟如下。

（1）實驗前的準備工作：將全自動鹽碘分析儀與控制電腦連線，設置好相應的參數；采用鹽碘試劑盒（廈門迪分德科技有限公司生產）將進液管與相應的試劑相連；取碘酸鉀標準工作液0 mg/kg、21 mg/kg、49 mg/kg到樣品管，按1～3 號樣品的順序放置，從第4號開始放置待檢測的實際鹽樣和國家質控樣。

（2）一鍵運行：點擊運行按鍵后，DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀控制軟件會按照設定好的實驗步驟自動完成樣品的檢測工作；檢測完成后，在標準曲線界面查看碘酸鉀標準工作液（標曲點）與相對應的吸光度數值，自動擬合標準曲線相關性系數R。

（3）數據查看：在數據顯示界面可以查看碘酸鉀標準工作液和檢測實際鹽樣的吸光度數據；用戶軟件可自動計算出檢測的實際鹽樣和國家質控樣的碘濃度。

3.1 準確度測定

測試國家標準物質1［GBW10006d，（12.1±2）mg/kg］、國家標準物質2［GBW10007d，（24.7±2）mg/kg］，實驗檢測數據見表1。

3.2 加標回收率測定

取6 個5.00 g 的海藻鹽樣品，加入100 mg/L 的碘酸鉀標準液1.0 mL（加標量即為10 mg/kg）進行加標回收率測定，測定結果見表2。

3.3 精密度測定

取11 個5.00 g 的海藻鹽樣品進行精密度測定，測定結果見表3。

表1 國家標準物質檢測結果

表2 加標回收率測定結果

4 結論

DYD-42Plus 全自動鹽碘分析儀采用380 nm 波長檢測食鹽中的碘含量時，有較好的線性關系（R=0.999 9），國家質控樣檢測結果在標準物質參考值范圍內，加標回收率為98%～102%，精密度高（RSD≤3）。該全自動鹽碘分析儀可實現食鹽中碘元素的全自動化和批量化檢測，檢測結果穩定，可極大地降低實驗室人員的工作量。該全自動鹽碘分析儀用于檢測食鹽中的碘含量，具有廣闊的應用前景。

表3 精密度測定結果