乳粉中碘测定的3种前处理方法比较

马兰，周爽，尚晓虹，赵馨，赵云峰

（国家食品安全风险评估中心卫生部食品安全风险评估中心北京100021）

0 引言

碘是人体生命的必需元素之一，维持人体甲状腺正常功能所必需的元素。自然界中的碘以有机碘和无机碘两种形式存在，其中无机碘以碘化物（如碘化钾）与碘酸盐（如碘酸钾）为主。碘摄入量与甲状腺疾病的关系呈现U字型曲线，U字形底端是最适宜的最佳碘剂量[1-2]。当人体缺碘时会引起甲亢的主要原因是长期缺碘所致的毒性多结节性甲状腺肿[3]。当孕妇每日摄入碘低于25μg，就可能导致胎儿出生后发生地方性克汀病[4]。碘超足量或碘过量可以引起临床甲减和亚临床加减患病率升高。Meta分析显示，碘缺乏和碘过量均可以使甲状腺肿大的患病率升高[5]。中国营养学会推荐的成人碘摄入量（RNI）为120μg/d[6]。WHO（世界卫生组织），UNICEF（联合国儿童基金会）和ICCIDD（International Council for the Control of Iodine Deficiency Disorders）给出的成年男子营养素碘的RNI值为150μg/d[7-10]。对婴幼儿而言乳粉是其主要食品，也是碘摄入的主要来源，为此，要求检测方法应具有较高的准确性和可靠性。

目前，测定乳粉中碘的方法主要有气相色谱法、分光光度法[11]、电感耦合等离子体质谱法[12-14]。采用电感耦合等离子体质谱法测定乳粉中碘的前处理方法主要有AOAC法[15]和碱提取法[12]。本文对乳粉基质的标准物质进行测定，分别采用3种不同的前处理方法，配合Agilent8800型电感耦合等离子体质谱仪进行碘的测定，并对检出限、线性范围、精密度、加标回收率等方法学参数进行考察和比较。

1 实验

1.1 材料

1.1.1 主要试剂与仪器

Agilent8800电感耦合等离子体质谱仪，安捷伦科技中国有限公司；CEM-Mars5微波消解仪，美国CEM公司；UNE-400恒温干燥箱，德国MEMMERT公司；3K15离心机，Sigma公司；G560E涡旋混匀器，美国Scientific Industries；MMS-3010震荡混匀器，EYELA公司；超高压聚四氟乙烯消解罐。

25 %四甲基氢氧化铵（TMAH）水溶液；氩气（Ar），氩 气（99.995%）或 液 氩；氦气（He），氦 气（99.995%）；碘标准储备液（GSB04-2834-2011）1 000μg/mL，国家有色金属及电子材料分析测试中心；调谐液（Ce、Co、Li、Tl、Y10μg/L），7种内标溶液（Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb、Y10μg/mL），Rh内标溶液（1 000μg/mL），Re内标溶液（1 000μg/mL），Rh内标溶液（1 000μg/mL）；Te内标溶液（1 000μg/mL），国家有色金属及电子材料分析测试中心；奶粉标准参考物质（ERM-BD150，ERM-BD151），欧盟标准物质与测量研究所；曲拉通X-100（优级纯），国药集团化学试剂有限公司；硝酸、氨水，试剂均为优级纯或优级以上纯度，试验用水为重蒸去离子水。

1.1.2 标准溶液的配制

碘系列标准溶液：分别吸取适量体积的碘标准溶液，AOAC法用水、酸消解法用硝酸（3%，体积分数）、碱提取法用0.5%TMAH稀释液，逐级稀释，分别配制成浓度为0、1.0、5.0、10.0、20.0、50.0、100.0μg/L的系列标准溶液，亦可依据样品溶液中碘元素浓度适当调整系列标准浓度范围。

内标元素标准溶液（1 000 mg/L）：碲（Te）、铟（In）、铑（Rh）、铼（Re）等任意一种单元素或多元素内标标准贮备液。

内标使用液：先用水将内标元素标准溶液稀释10或100倍，再从中取适量溶液，AOAC法和碱提取法B用水、酸消解法用硝酸（3%，体积分数）、碱提取法用0.5%TMAH稀释液，配成适当浓度的内标使用液。内标溶液可采用手动定量加入标准系列及样品溶液中，也可由仪器在线加入，内标与样品溶液混合后，内标的参考浓度约为10～100μg/L。

1.2 方法

1.2.1 样品前处理

（1）AOAC法。称取2.5 g奶粉标准参考物质样品溶于20.0 g热水中，混匀后取2.7 g溶液于消解罐中，加入5 mL硝酸，放入微波消解仪中消解，微波消解程序见表1。消解完成后自然冷却至室温，开盖，往消解罐中缓慢加入10 mL，25%氨水，2.5 mL，5%（体积分数）Triton-100，于震荡混匀器上赶酸，用水冲洗消解罐并定容至25 mL，混匀备用。同时做试剂空白。

表1 微波消解程序

（2）酸消解法。称取2.5 g奶粉标准参考物质样品溶于20.0 g热水中，混匀后取2.7 g溶液于消解罐中，加入5 mL硝酸，放入微波消解仪中消解，微波消解程序见表1。消解完成后自然冷却至室温，开盖，于震荡混匀器上赶酸，用水冲洗消解罐并定容至25 mL，混匀备用。同时做试剂空白。

（3）碱提取法。称取0.3 g奶粉标准参考物质样品于50 mL的耐110℃塑料离心管中，加入5 mL 5%TMAH提取液，涡旋1 min，使样品充分分散均匀，旋紧盖子，置于85±5℃烘箱（每隔半小时取出振摇）或水浴摇床提取3 h，冷却，用水定容至25 mL，并以大于3 000 rpm的转速，离心10 min，取上层清液用0.45μm过滤膜过滤后，备用，同时做试剂空白。

1.2.2 仪器参考条件

（1）仪器操作参考工作条件。射频功率1 550W；等离子气流速15 L/min；载气流速0.77 L/min；补偿气流速0.43 L/min；分析时泵速0.1 rps；采样深度8 mm；雾化器为高盐/同心雾化器；半导体制冷雾室，控温在2.0℃；石英炬管；碰撞池气体He气流速4.5 mL/min，每测一个样品，进样系统的冲洗时间40 s。

（2）测定参考条件。用质谱调谐溶液（10μg/L的锂、钇、铈、铊、钴溶液）对ICP-MS仪器测定时的工作条件进行优化，使仪器的灵敏度、氧化物、双电荷、分辨率等各项指标均达到测定要求后，编辑测定方法，选择碘元素同位素（127I）及内标碲同位素（125Te、130Te）或103Rh或115In或185Re。

（3）标准曲线的制作。将碘标准溶液注入ICP-MS中，测定碘元素和内标元素的信号响应值，以碘元素的浓度为横坐标，碘元素与所选内标元素响应信号值的比值为纵坐标，绘制标准曲线。

（4）试样溶液的测定。将空白和试样溶液分别注入电感耦合等离子质谱仪中，测定碘元素和所选内标元素的信号响应值，计算碘元素与所选内标元素的响应信号值比值，根据标准曲线得到待测液中碘元素的浓度。

1.2.3 分析结果的表述

试样中碘元素含量按式（1）计算：

式中：

X为试样中碘元素含量（mg/kg）；

ρ为试样溶液中碘元素质量浓度（μg/L）；

ρ0为试样空白液中碘元素质量浓度（μg/L）；

V为试样液定容体积（mL）；

f为试样稀释倍数；

m为试样称取质量（g）；

1000为单位转换系数。

计算结果保留3位有效数字。

2 结果与分析

2.1 方法学参数比较

2.1.1 检出限和定量限

在优化仪器工作条件下，分别采用3种不同的前处理方法制备试剂全流程空白，连续重复检测10次，取检测结果的3倍标准偏差所相当的浓度作为元素的方法的检出限，10倍标准偏差所相当的浓度作为方法的定量限，当称样量约为0.3 g时，定容至25 mL，计算3种方法的检出限（LOD）和定量限（LOQ）具体结果见表2。结果表明，样品前处理采用碱提取法灵敏度略高于AOAC和酸消解法。

2.1.2 线性范围

ICP-MS有着很宽的线性范围，但由于碘离子极易吸附在接触界面，并且有很强的记忆效应，附着在管路中的部分碘很容易影响下一个样品的检测结果，为了减少进样系统的清洗时间，建议配置的标准系列最高浓度不超过100μg/L。考虑到奶粉标准参考物质样品中碘的含量情况，确定标准曲线的适宜范围为0～100 ng/mL作校准曲线，方法线性相关系数大于0.9997。

表2 方法检出限和定量限 μg/kg

2.1.3 方法的精密度、回收率、准确度

为了进一步验证检验方法的准确度，试验选择了购自欧盟标准物质与测量研究所以奶粉为基质的定值标准参考物质（ERM-BD150、ERM-BD151），其数值用于评价样品测定结果的有效性和可信度。并在已知浓度样品中加入20μg/L碘标准溶液，对方法的前处理回收、仪器测定基质效应等进行评价。按照上述3种前处理方法，分别进行样品处理前加标和处理后加标处理好的样品溶液注入电感耦合等离子质谱仪中，平行测量6份（同时须采用相同的试剂，在相同的实验步骤和条件下进行空白实验）。试剂空白前处理前后加标的测定值、加标回收率及方法的相对标准偏差RSD%值见表3、表4。乳粉标准物质测定值的准确度、前处理前和上机前的加标回收率及方法的相对标准偏差RSD%值，结果见表5～7。

表3 试剂空白前处理前加标测定结果 μg/L

表4 试剂空白前处理后加标测定结果 μg/L

表5 乳粉标准参考物质测定结果 mg/kg

表6 样品前处理前加标回收测定结果 mg/kg

表7 样品前处理后加标回收测定结果 mg/kg

2.1.3.1 试剂空白

实验中采用一次性的50 mL耐110℃塑料离心管，有效避免了因容器带来的污染，降低了空白值。

经计算结果，AOAC法和碱提取法在前处理前和前处理后加标回收率在95.8%～116.8%之间，精密度（RSD）均在5%以内，两种前处理方法测定值都在分析范围要求之内，表明AOAC法和碱提取法均具有较好的精密度。

酸消解法在前处理前和前处理后加标回收率在144.1%～178.2%之间，且精密度（RSD）均＞5%，表明酸消解法前处理过程会导致较大的系统误差。

2.1.3.2 乳粉标准参考物质

结果显示，AOAC法和碱提取法两种前处理方法标准物质测定值都在标示值范围内，精密度（RSD）均＜5%。前处理前和前处理后的加标回收率均在94.8%～119.7%之间，表明AOAC法和碱提取法均具有较好的准确性。

酸消解法标准物质6次平行测定值均没在标示值范围内并小于标示值（1.18～1.72 mg/kg），其精密度（RSD）为15.1%，前处理前和前处理后的加标测定值及加标回收率其精密度（RSD）为2.77%～10.0%，表明此方法测定值的准确度和重现性均较差。

2.1.3.3 全脂奶粉样品

上述乳粉标准参考物质（ERM-BD150、ERMBD151）为脱脂乳粉基质，为全面评价方法对于乳粉的适用性，选择市售的全脂奶粉样品，分别加入低、中、高3个浓度水平的碘标准溶液，测定其碘的含量，计算加标回收率。3种前处理方法，酸消解测得的回收 率 在41.0%～95.6%，精 密 度（RSD）均＞10%。AOAC测得的回收率在85.1%～139.7%，精密度（RSD）在4.04%～5.91%，碱提取法测得的回收率在93.8%～108.7%，精密度（RSD）在0.75%～4.02%。结果表明，AOAC和碱提法精密度（RSD）较好，回收率高，能满足实际样品的检测需要。

2.2 分析

奶粉是将牛奶除去水份干燥后，为了满足营养需要，适量加入各种营养成分，微量元素、维生素、矿物质、某些氨基酸或其他成分等加工而成的冲调食品，是人们健康成长所需要的。本文对奶粉中碘含量测定的3种前处理方法进行了对比与研究，确保其检测结果的准确性和重现性。

2.2.1 消解和提取溶液

食品中的碘以不同的形态存在，且基质复杂、易挥发、易污染、不稳定等多种因素，使碘的分析与测定变得复杂，如样品消解和提取不完全、消解容器的密闭性不好，都会直接影响到检测结果的准确性。

碘在酸性和中性介质中稳定性差，在弱碱性条件下稳定性好，采用AOAC超高压消解和碱提取法前处理样品，能很好地解决了样品在前处理中碘易挥发和基质复杂等消解不完全的问题，使待测样品彻底消解并提取完全。

2.2.2 内标溶液

以碘元素特定质量数127（质荷比，m/z）定性，以碘元素和内标元素质谱信号的强度比值与碘元素的浓度成正比进行定量分析。由于样品基体的存在，极易造成待测元素的信号抑制或增敏等基体效应，为了消除样品的基体效应，采用内标校正是有效克服样品基体效应的方法之一，根据质量数与待测元素接近、在溶液中化学性质与待测元素相似，且在样品溶液中不存在的内标元素的选择原则，本实验分别选用Bi、Ge、In、Li、Sc、Tb、Y、Te、Rh、Re作为内标元素，通过实验和大量数据计算碘的含量，结果表明，选择用碲（Te）、铟（In）、铑（Rh）、铼（Re）等任意一种单元素或多元素作为内标进行在线校正，测得的数据准确，重现性好。

2.2.3 仪器工作条件

在测碘元素时，对仪器的进行体系清洗有着严格的要求，若ICP-MS仪器进样体系由酸性转变为碱性体系时，首先建议更换所有进样泵管，AOAC消解法处理的样品上机前，要用2%氨水溶液清洗系统1～3 h，碱提取方法处理的样品则要用0.5%TMAH溶液清洗系统1～3 h，直至127I的仪器信号持续在一个较低且稳定的水平。由于碘有很强的记忆效应，遇到碘含量较高的样品，建议用稀释液稀释后上机测试，从而降低样品之间测定时带来的背景信号干扰。并且在样品及标准品测定时，也要各自用2%氨水和0.5%TMAH溶液进行进样针冲洗，因为在弱碱性条件下可降低ICP-MS测定碘时产生的记忆效应，使其测定结果稳定，得到较好的精密度。

2.2.4 碘前处理方法比较

AOAC和碱提取法前处理方法比较见表9。

表9 AOAC和碱提取法前处理方法比较

3 结论

近年来，食品安全已经成为人们关注的热点问题，世界卫生组织将食品安全问题确定为全球公共卫生领域的研究重点。食品中的碘是食品理化安全检验中的常规项目，同时也是中国总膳食研究中要求检测的项目，所以，需要建立快速、准确、有效地测定食品中碘的测定方法。

通过实验结果表明，酸消解法测定奶粉为基质的定值标准参考物质，测定值均低于标示值。分别在样品消解前加入标准溶液和样品溶液上机前加入标准，同时采用相同的试剂，在相同的实验步骤和条件下进行试剂空白实验，其测定值、加标回收率，准确度RSD均较差。因此，不能选择将此方法作为碘的前处理方法。采用AOAC法和碱提取法测定奶粉为基质的定值标准参考物质，测定值均在标示值范围内，两种方法的测定值基本吻合。分别在样品前处理前加入标准溶液和样品溶液上机前加入标准，同时采用相同的试剂，在相同的实验步骤和条件下进行试剂空白实验，测定值、加标回收率，准确度RSD均都在分析范围要求之内，因此，两种前处理方法均可用于乳粉中碘的检测分析，都能较好地满足样品中碘分析的要求，且方法具有较好的适用性和可靠性。可以应用在以奶粉为基质的食品中碘的检测。