朱家俊 李 樑 何 霜 陳景周

素有“智力元素”之稱(chēng)的碘是人體必需的非金屬微量元素之一，與人體的生長(zhǎng)發(fā)育、新陳代謝息息相關(guān)[1]。碘缺乏會(huì)影響腦發(fā)育，造成智力低下、甲狀腺腫大、侏儒癥等體格障礙[2]，但攝入過(guò)多亦會(huì)對(duì)人體造成危害，如甲狀腺腫大、甲亢[3]。

相關(guān)研究[4]表明，碘在乳粉中主要以碘離子和碘酸根的形式存在。目前國(guó)內(nèi)外測(cè)定乳粉中碘含量的方法主要有氣相色譜法[5-7]、離子色譜法[8]、分光光度法[9-10]、電感耦合等離子體質(zhì)譜法[11]和原子光譜法[12]。GB 5009.267—2020作為食品中碘的檢驗(yàn)依據(jù)，其中氣相色譜法和電感耦合等離子體質(zhì)譜法適用于測(cè)定乳粉中的碘含量。電感耦合等離子體質(zhì)譜儀檢出限低、穩(wěn)定性及重現(xiàn)性好，使用簡(jiǎn)便快捷，是適用于日常準(zhǔn)確高效測(cè)定乳粉中碘含量的分析儀器。Alahmad等[13]通過(guò)有機(jī)試劑進(jìn)行萃取、凈化提取碘[14]，但該方法操作繁瑣費(fèi)時(shí)，衍生反應(yīng)基質(zhì)復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)乳粉中碘含量的快速檢測(cè)；袁波等[15]使用水提取法通過(guò)試劑沉淀復(fù)原乳粉中的蛋白，過(guò)濾后濾液直接使用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)檢測(cè)[16]，但濾液中殘余大量有機(jī)物，會(huì)對(duì)檢測(cè)儀器造成積碳，加快貴重耗材消耗；劉列鈞等[17-18]通過(guò)堿灰化法加入堿性助劑后灰化消解，能排除大部分有機(jī)物的干擾，但難以準(zhǔn)確控制溫度避免碘的損失。目前常采用ICP-MS測(cè)定乳粉中碘含量，其前處理使用堿作提取助劑在烘箱中進(jìn)行消解提取，GB 5009.267—2020第一法使用具有劇毒性質(zhì)的四甲基氫氧化銨作堿性提取劑[19]，也有使用氫氧化鉀代替其作為堿性提取劑[20]，但高濃度的鉀鹽容易污染檢測(cè)器。研究擬采用可批量處理的微波消解作前處理，聯(lián)合ICP-MS高效準(zhǔn)確測(cè)定乳粉中碘含量，分析比較常見(jiàn)造成碘損失的因素，旨在為建立一種高效、回收率好，可確保人員安全并降低儀器維護(hù)成本的乳粉中碘含量測(cè)定方法提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與試劑

超純水：電阻率為18.2 MΩ ·cm，自制；

硝酸：優(yōu)級(jí)純，經(jīng)超純酸制備系統(tǒng)純化，廣州化學(xué)試劑廠(chǎng)；

氨水、硝酸銀：分析純，廣州化學(xué)試劑廠(chǎng)；

無(wú)水硫代硫酸鈉：99.99%，美國(guó)阿拉丁工業(yè)公司；

表面活性劑(TritonX-100)：美國(guó)阿拉丁工業(yè)公司；

碲(Te)標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg/mL，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%(k=2)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；

碘(I-)標(biāo)準(zhǔn)溶液：1 000 μg/mL，相對(duì)擴(kuò)展不確定度為0.7%(k=2)，國(guó)家有色金屬及電子材料分析測(cè)試中心；

乳粉GBW10116、GBW10117標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：中國(guó)計(jì)量科學(xué)研究院；

柑橘葉GBW10020、蒜粉GBW10022標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)：地球物理地球化學(xué)勘查研究所；

較大嬰兒配方奶粉：雅培鉑優(yōu)恩美力較大嬰兒配方奶粉。

1.2 儀器與設(shè)備

電感耦合等離子體質(zhì)譜儀(ICP-MS)：7900型，配有同心霧化器及四極桿，美國(guó)安捷倫公司；

超純水系統(tǒng)：A2S-05-CE型，配有預(yù)處理模組及純化模組，美國(guó)艾科浦國(guó)際有限公司；

微波消解儀：ETHOS UP型，配有TFM消解罐及微波發(fā)生器，意大利Milestone公司；

萬(wàn)分之一天平：ML204T型，配有MonoBloc單模塊稱(chēng)重傳感器，瑞士Mettler Toledo公司；

超純酸制備系統(tǒng)：duo PUR型，配有石英蒸餾容器及控溫加熱管，意大利Milestone公司。

1.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的配制

根據(jù)碘標(biāo)準(zhǔn)溶液證書(shū)可知其介質(zhì)類(lèi)型為水，故用超純水稀釋配制成1 μg/mL的碘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，再用稀釋液(0.002% AgNO3—2% HNO3—5% NH3·H2O—0.02% Na2S2O3—0.1% TritonX-100溶液)稀釋配制碘標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)工作液，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)質(zhì)量濃度依次為0，1，2，5，10，20 μg/L，標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)工作液現(xiàn)配現(xiàn)用。

1.4 試驗(yàn)方法

稱(chēng)取0.3 g乳粉樣品，加入0.2 mL沉淀劑(1% AgNO3溶液)，加入5 mL超純水，搖勻后靜置30 min，再加5 mL硝酸，迅速蓋上罐蓋，根據(jù)設(shè)定程序進(jìn)行微波消解，參數(shù)見(jiàn)表1。微波消解完后，消解罐冷卻至室溫，開(kāi)罐，消解液轉(zhuǎn)移至50 mL離心管，用超純水沖洗消解罐，合并。加入一定量超純水使樣液體積為35 mL，用10 mL氨水(25%)沖洗消解罐，沖洗液移入樣液。定容管按順序依次加入1 mL穩(wěn)定劑(10% NH3·H2O—1% Na2S2O3溶液)、50 μL TritonX-100，用水沖洗消解罐，沖洗液移入樣液，用超純水定容樣液，上機(jī)待測(cè)。

表1 微波消解儀參數(shù)Table 1 Parameters of microwave digestion instrument

1.5 儀器工作條件

根據(jù)現(xiàn)有條件，用調(diào)諧液調(diào)試儀器的各項(xiàng)指標(biāo)，使電感耦合等離子體質(zhì)譜儀達(dá)到測(cè)定碘的最佳儀器條件，經(jīng)調(diào)諧后的儀器主要參數(shù)設(shè)置為射頻功率1 550 W，氦氣流速4.4 mL/min，霧化氣流速0.8 L/min，補(bǔ)償氣流速0.2 L/min，霧化室溫度2 ℃，采樣錐和截取錐為鎳合金，數(shù)據(jù)采集3次，清洗時(shí)間20 s，穩(wěn)定時(shí)間20 s。

1.6 樣品測(cè)定

由于碘存在記憶效應(yīng)，穩(wěn)定儀器時(shí)，用洗液(1%氨水—0.1% TritonX-100)沖洗管路，使系統(tǒng)呈堿性環(huán)境，同時(shí)避免管路殘留碘，穩(wěn)定儀器后在調(diào)諧界面觀察127I的CPS，以確定碘的背景空白值滿(mǎn)足測(cè)定要求。為了消除儀器自身因素引起的非質(zhì)譜干擾，通過(guò)ICP-MS的在線(xiàn)內(nèi)標(biāo)(內(nèi)標(biāo)液為500 μg/L Te溶液)，引入內(nèi)標(biāo)元素147Te來(lái)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和校正測(cè)定過(guò)程中信號(hào)短期和長(zhǎng)期的漂移。

1.7 加標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在使用相同乳粉作本底檢測(cè)樣品的基礎(chǔ)上，添加0.5 mL 質(zhì)量濃度為1 μg/mL的碘標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液，兩個(gè)樣品為一組平行樣并帶空白。如表2所示，對(duì)樣品前處理加酸環(huán)節(jié)前先加入沉淀劑和超純水，以及定容流程使用的定容試劑，完成前處理消解定容操作后進(jìn)行上機(jī)測(cè)定。

表2 加標(biāo)試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experimental design of standard addition

2 結(jié)果與分析

2.1 樣品前處理加入沉淀劑

利用碘化銀不易與硝酸進(jìn)行反應(yīng)且能溶于氨水和硫代硫酸鈉溶液的理化性質(zhì)，在消解體系中引入過(guò)量的銀離子，使樣品消解過(guò)程中反應(yīng)釋出的碘離子與其結(jié)合成更為穩(wěn)定的碘化銀，以此降低碘離子在微波消解這一高溫的酸性體系下進(jìn)一步被硝酸氧化成碘蒸氣而造成損失，反應(yīng)結(jié)束后加入氨水堿化并加入穩(wěn)定劑，使碘化銀溶于其中，從而解決沉淀無(wú)法被ICP-MS霧化測(cè)量的問(wèn)題。由表3可知，在本底基本一致、加標(biāo)量等條件相同的情況下，加入沉淀劑的組別B的碘含量更高，能有效降低碘在試驗(yàn)過(guò)程中的損失。因此，在對(duì)樣品完成稱(chēng)樣步驟后，先添加0.2 mL沉淀劑(1% AgNO3溶液)后進(jìn)行加酸操作。

2.2 樣品前處理加入水

碘的多種形態(tài)容易與具有強(qiáng)氧化性、強(qiáng)酸性的硝酸進(jìn)行反應(yīng)，特別是碘離子，除了可能與硝酸反應(yīng)生成易揮發(fā)的碘單質(zhì)外，還能與氫離子結(jié)合形成見(jiàn)光易分解、極不穩(wěn)定的氫碘酸。日常微波消解中，通常會(huì)加入水以緩沖樣品與酸反應(yīng)的劇烈程度，即通過(guò)降低酸的濃度從而達(dá)到降低反應(yīng)速率的目的。由表4可知，加水及不同的加入方式均能影響碘在試驗(yàn)過(guò)程中的含量，前處理(C)不添加水碘的損失嚴(yán)重；而先后添加水和硝酸(D)，與直接添加等比的硝酸和水混合溶液(E)更能有效提高乳粉中碘的測(cè)定效果；乳粉中添加水后靜置混勻(F)，再添加硝酸能避免樣品中碘的損失。

表3 沉淀劑對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果的影響Table 3 The effect of precipitant on the determination result of samples

2.3 調(diào)節(jié)消解液堿性

消解完成后的消解液呈酸性，溶液中的碘在酸性條件下容易附著在消解罐壁上。相反，碘在堿性條件下比較穩(wěn)定，且容易被堿性溶液洗脫，有利于弱化其記憶效應(yīng)，因此在定容環(huán)節(jié)需要對(duì)消解液進(jìn)行堿化，且這個(gè)堿化過(guò)程需要避免碘損失。

目前，GB 5009.267及其他進(jìn)行堿提取測(cè)定食品中碘的方法中，主要使用四甲基氫氧化銨或氫氧化鉀作為調(diào)節(jié)消解液堿性的主要試劑。但四甲基氫氧化銨具有較強(qiáng)的毒性，氫氧化鉀溶解過(guò)程放熱劇烈，為中和酸性的消解液，不宜配置高濃度的氫氧化鉀溶液，因其與酸中和時(shí)會(huì)放熱導(dǎo)致碘損失，故選用更為安全溫和的氨水調(diào)節(jié)消解液堿性。

2.4 定容流程

定容環(huán)節(jié)中需要加入氨水、穩(wěn)定劑、表面活性劑Tri-tonX-100和水。其中，需要對(duì)消解原液或氨水加水稀釋后再進(jìn)行堿化，以緩沖其中和反應(yīng)，削弱放熱的劇烈程度，再添加穩(wěn)定劑，避免硫代硫酸鈉與酸進(jìn)行歧化反應(yīng)導(dǎo)致穩(wěn)定劑失效。定容后期添加表面活性劑TritonX-100可避免因溶液的劇烈晃蕩而產(chǎn)生氣泡，從而影響定容操作的準(zhǔn)確性。因此，定容環(huán)節(jié)試劑的添加順序按“水—氨水—穩(wěn)定劑—表面活性劑TritonX-100”進(jìn)行操作。由表5 可知，與用稀釋后的25%氨水溶液直接堿化定容相比，先用水稀釋定容消解液后，再堿化樣液更能降低碘的損失，測(cè)得樣品中的碘含量更高。

表4 水對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果的影響Table 4 The effect of water on the determination result of samples

2.5 標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)和檢出限

根據(jù)儀器工作條件上機(jī)測(cè)定，以曲線(xiàn)濃度為橫坐標(biāo)，標(biāo)準(zhǔn)溶液127I的CPS與在線(xiàn)內(nèi)標(biāo)147Te的CPS的比率為縱坐標(biāo)進(jìn)行線(xiàn)性回歸分析，線(xiàn)性回歸方程為y=0.036 0x+0.008 2，相關(guān)系數(shù)為0.999 9，儀器檢出限為0.029 μg/L。根據(jù)線(xiàn)性回歸分析可知，碘的標(biāo)準(zhǔn)工作液在質(zhì)量濃度為0～20 μg/L時(shí)，其與碲的CPS比率呈良好的線(xiàn)性關(guān)系。根據(jù)GB/T 27417的規(guī)定，連續(xù)測(cè)定空白試液11次，碘的檢出限為0.044 mg/kg。

2.6 方法回收率和精密度

由表6可知，碘回收率為90.2%～107.7%，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.9%～3.6%，說(shuō)明該方法具有較好的回收率和精密度。

2.7 方法準(zhǔn)確性驗(yàn)證

由表7可知，標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)中碘的測(cè)定值在標(biāo)準(zhǔn)值范圍內(nèi)，經(jīng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)，兩數(shù)據(jù)無(wú)顯著差異，進(jìn)一步驗(yàn)證了該方法對(duì)乳粉中碘含量測(cè)定的準(zhǔn)確性。

2.8 與國(guó)標(biāo)方法比較

由表8可知，試驗(yàn)方法對(duì)乳粉進(jìn)行碘含量測(cè)定的結(jié)果，與GB 5009.267—2020第一法測(cè)得的結(jié)果相近，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為2.0%。

表5 定容流程對(duì)樣品測(cè)定結(jié)果的影響Table 5 The effect of different constant volume process on the determination result of samples

表6 回收率和精密度的試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Results of tests for recovery and precision

3 結(jié)論

建立了以硝酸為消解體系的微波消解—ICP-MS測(cè)定乳粉中碘含量的方法，可實(shí)現(xiàn)批量快捷地對(duì)乳粉進(jìn)行消解處理，減少了上機(jī)樣液基質(zhì)中有機(jī)物含量，從而降低了檢測(cè)儀器ICP-MS的維護(hù)成本，提高使用壽命，同時(shí)有效阻止了碘在試驗(yàn)過(guò)程中的損失。與GB 5009.267—2020第一法相比，該方法降低了試驗(yàn)操作過(guò)程中有毒有害試劑造成的危險(xiǎn)程度。后續(xù)可探索食品及食品添加劑中碘含量的測(cè)定方法，乃至其他檢驗(yàn)檢測(cè)領(lǐng)域?qū)Φ夂康臋z測(cè)，如環(huán)境、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

表7 不同標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)測(cè)定結(jié)果比較Table 7 Testing result of comparison with different standard material

表8 不同試驗(yàn)方法的比較Table 8 Testing result of comparison with different experimental methods