傅立叶变换红外光谱法测定奶粉中三聚氰胺的含量

彭　胜，王志宏，郑　阳，史丽娟，彭密军（吉首大学林产化工工程湖南省重点实验室，杜仲湖南省工程实验室，湖南张家界427000）

傅立叶变换红外光谱法测定奶粉中三聚氰胺的含量

彭胜，王志宏，郑阳，史丽娟，彭密军*
（吉首大学林产化工工程湖南省重点实验室，杜仲湖南省工程实验室，湖南张家界427000）

摘要：建立红外光谱法定量测定奶粉中三聚氰胺的方法，为三聚氰胺无损检测提供理论依据。选取1 551 cm-1附近特征吸收峰，建立线性定量模型。红外光谱法测定奶粉中三聚氰胺相关度高达0.999 2，准确度高、稳定性好、检测限低，样品回收率为98.89%。运用红外光谱法测定奶粉中三聚氰胺的含量是可行的。

关键词：红外光谱法；三聚氰胺；定量分析

三聚氰胺（C3H6N6）是一种重要的化工原料，白色晶体、无味，微毒，对身体有害，N含量高达66.6%，成本低廉，常被不法商贩作为“蛋白精”加入饲料、奶制品等[1-2]，干扰“凯氏定氮法”对蛋白质含量的测定，虚拟提高食品中蛋白质含量，从而危害人体健康。

运用傅立叶变换红外光谱法对奶粉进行分析检测、无需分离提取，可快速无损地对样品进行整体检测，且结果准确，分析精度高[3-4]。本研究采用傅立叶变换红外光谱法（FT-TR），对市售奶粉与加入少量三聚氰胺的奶粉样品绘制红外吸光度光谱图，通过比较分析，定性判断三聚氰胺特定官能团及特征峰，定量检测奶粉中三聚氰胺含量，提高奶粉质量的快速监控能力。

1　材料与方法

1.1材料与试剂

6种市售袋装全脂奶粉（蛋白质含量不低于24 g/100 g），生产日期为2013年4月；三聚氰胺：购自中国药品生物制品检定所，纯度≥99%；溴化钾：进口光谱纯，纯度≥99.9%。

1.2仪器

Nicolet iS10傅立叶变换红外光谱仪：美国Thermo Fisher公司；AEG-220型万分之一天平：日本SHIMADZU；玛瑙研钵。

1.3红外光谱仪测定参数

IR光源，波数4 000 cm-1～650 cm-1，分辨率4 cm-1，扫描速度0.632 9 cm/s，扫描次数为32次[5]。每次采集完毕用少量无水乙醇将ZnSe晶体和ATR板清洗干净并吹干，整个过程仅需要1 min～2 min。被测物的光谱数据为8次扫描的平均值。

1.4三聚氰胺标准品的梯度制备

分别准确称取三聚氰胺与溴化钾，置于研钵中研磨混合均匀，得到梯度样品中三聚氰胺浓度分别为1.01、13.10、40.10、63.10、110.00、147.20 mg/g，在ATR附件于波数4 000 cm-1～650 cm-1扫描测定。

1.5样品测定

取一定量样品放置于ATR附件上进行扫描测定，每个样品重复测定8次。

2　结果与分析

2.1三聚氰胺和奶粉的红外谱图解析

三聚氰胺分子式为C3H6N6，其官能团有C-N，C= N，NH2以及三嗪环。结构式见图1。

三聚氰胺红外吸收光谱图见图2。

由图2可以看出，特征峰中3467cm-1和3 419 cm-1附近吸收带为NH2反对称伸缩振动；1 651 cm-1附近吸收带为NH弯曲振动；1 551 cm-1附近吸收带为三嗪环芳香族C=N伸缩振动；1 022 cm-1特征吸收峰为NH扭曲振动；814 cm-1处为三嗪环变形振动特征吸收峰。

奶粉主要由蛋白质、脂肪和糖类3大营养成分组成。奶粉的红外吸收光谱图就见图3。

图1　三聚氰胺结构式Fig.1　Structure of aucubin

图2　三聚氰胺红外光谱图Fig.2　Infrared spectrum of melamine

图3　奶粉红外光谱图Fig.3　Infrared spectrum of milk powder

由图3可知，2 924 cm-1，2 825 cm-1为脂肪中CH2烷烃的反对称与对称伸缩振动；氨基酸化合物中，要发生酸碱中和反应，生成羧酸根负离子和氨基正离子。因此，在氨基酸的红外光谱中，观测不到羧酸COOH和C=O伸缩振动谱带，只能观测到羧酸根在1 745 cm-1的反对称和对称伸缩振动谱带；1 647 cm-1特征吸收峰为氨基酸的NH2+弯曲振动；1 541 cm-1特征吸收峰为N-H弯曲振动。

由于三聚氰胺在奶粉中主要是物理混合，所以我们配比出三聚氰胺含量为1.92%的奶粉样品，并对其进行红外吸收光谱扫描见图4。

从图4可以看出，三聚氰胺含量为1.92%的奶粉样品特征吸收峰基本上涵盖了三聚氰胺和奶粉的红外特征吸收峰，区别主要体现在3 467、3 419、1 551 cm-1处为三聚氰胺的特征吸收峰，2 924、2 852、1 745 cm-1为奶粉的特征吸收峰。重复测定市售6批样品，对比样品与三聚氰胺红外光谱图，由于1 551 cm-1为三聚氰胺氮杂环C=N基团的吸收峰，奶粉在此吸收很弱，且不同浓度三聚氰胺在1 551 cm-1的吸收峰强度大小不同，因此确定1 551 cm-1为三聚氰胺的特征吸收峰，从而作为三聚氰胺的定量分析依据。

2.2三聚氰胺标准曲线的制备

根据三聚氰胺样品与KBr的比例不同，配制成浓度为1.01、13.10、40.10、63.10、110.00、147.20 mg/g的三聚氰胺-KBr系列标准品。按照1.3所述红外光谱条件分析，奶粉中三聚氰胺的吸光度与其含量符合朗伯比尔定律，以三聚氰胺浓度（mg/g）为横坐标，吸光强度为纵坐标，绘制标准曲线y=0.0407x+0.033 3，R2=0.999 2。检测限为1.01 mg/g～147.20 mg/g。

2.3精密度试验

取含有1.92%三聚氰胺的奶粉样品如1.3条件进行测定，RSD为3.48%。

2.4重现性试验

取掺有1.92%的三聚氰胺奶粉样品如1.3条件进行红外光谱测定，其RSD为3.29%。

2.5奶粉样品的测定

由于奶源和生产工艺不同，奶粉的营养品质有所区别，各奶粉红外光谱有所差异，特别是蛋白质、糖类和油脂类特征吸收强度相对变化比较明显。将6种奶粉1 551 cm-1处测得吸光强度代入回归方程进行测定，6种奶粉中三聚氰胺含量均未检出。

2.6回收率试验

图4　1.92%三聚氰胺奶粉红外光谱图Fig.4　Infrared spectrum of 1.92%melamine

准确称取上述未检出三聚氰胺含量的奶粉一定量，分别加入定量三聚氰胺对照品，研磨混合均匀，于ATR晶体板上如1.3进行测定，将测得吸光值代入回归方程计算三聚氰胺加标回收率，结果见表1。

表1　加标回收率试验结果Table 1　The recovery determination results

3　结论

三聚氰胺和奶粉红外光谱差异明显，掺三聚氰胺的奶粉与纯奶粉的红外光谱差异主要集中在氮杂环特征吸收，且在波数1 551 cm-1处三聚氰胺的浓度与吸光强度呈线性正相关，相关系数高达0.999 2，且最低检测限为1.01 mg/g。因此，可以利用该特征吸收对奶粉中三聚氰胺进行定性定量分析。

用红外光谱法测定奶粉中三聚氰胺含量，与国标[6]中的高效液相色谱法相比较，该法不仅精度高、重复性好、样品预处理简单，且可实现三聚氰胺的快速无损检测，提高奶粉的质量监控能力。

参考文献：

[1]田高友,鲁长波,袁洪福.液体奶和奶粉中三聚氰胺含量红外光谱分析方法研究[J].现代科学仪器,2009(5):86-91

[2]张露,薛龙,刘木华,等.利用可见-近红外光谱术无损检测牛奶中的三聚氰胺[J].中国农机化,2012(2):124-127

[3]刘小莉,贾刚,王康宁,等.应用傅利叶近红外光谱定性、定量检测鱼粉中掺杂三聚氰胺的研究[J].动物营养学报,2010,22(3):741-749

[4]张恒,高曼侠,许兆棠,等.非线性建模红外光谱法测定三聚氰胺的研究[J].安徽农业科学,2011,39(1):583-584

[5]余丽娟,郑建明,朱文雷.傅里叶变换红外光谱法测定白酒中乙醇含量[J].广州化工,2011,39(4):112-113

[6]全国食品安全应急标准化工作组,全国质量监管重点产品检验方法标准化技术委员会.GB/T 22388-2008原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法[S].北京:中国标准出版社,2008

DOI：10.3969/j.issn.1005-6521.2015.18.037

收稿日期：2014-04-25

基金项目：湖南省教育厅高校产业化培育项目（11CY015和12CY014）；湖南省教育厅项目（13C758）；吉首大学林产化工工程湖南省重点实验室开放项目（JDLC201208）；吉首大学校级科研项目资助（Jd12040）

作者简介：彭胜（1984—），女（汉），助教，硕士，研究方向：天然产物研究与开发。

*通信作者：彭密军，女，教授，博士，研究方向：天然产物研究与开发。

Quantitative Determination of Melamine of Milk Powder by Infrared Spectroscopy

PENG Sheng，WANG Zhi-hong，ZHENG Yang，SHI Li-juan，PENG Mi-jun*
（Key Laboratory of Hunan Forest Products and Chemical Industry Engineering，Hunan Engineering Laboratory for Eucommia ulmoides Oliv.，Jishou University，Zhangjiajie 427000，Hunan，China）

Abstract：The aim was to develop a model of quantitative analysis of melamine content of milk powder by infrared spectroscopy and provide theoretical basis for the nondestructive detection of melamine.Linear model was respectively set up by taking an absorption peak of 1 550 cm-1as characteristic absorption peak.The correlation coefficient of linear model was 0.999 2 and the recovery was 98.89%.Its advantages include low analytic limitation，high accuracy and excellent stability.It was feasible to determine melamine content of milk powder by using the linear model quantitatively.

Key words：infrared spectroscopy；melamine；quantitative analysis