一种碘盐半定量检测试剂的试验研究与应用

杨丽梅,何 劲,王绒雪

(云南省盐业有限公司,云南 昆明 650220)

1 前言

碘是人体必需的微量元素,是机体合成甲状腺激素的主要原料之一,也是维持机体正常甲状腺功能和形态的重要影响因素之一,在机体合成、释放甲状腺激素过程中起到非常关键的调节作用。碘摄入不足时会引起碘缺乏疾病。目前,国家为消除碘缺乏病,采用全民食盐加碘的政策,以对人体补充所需的微量碘,最大限度地预防碘缺乏病的发生。

根据《食品安全国家标准食用盐碘含量》(GB26878-2011)中规定允许在食盐中加入的碘强化剂为:碘酸钾、碘化钾和海藻碘,加碘盐中碘含量的平均水平(以碘元素计)在20 mg/kg～30 mg/kg。实验室定量测定含上述碘强化剂的碘盐中碘含量方法相对复杂、耗时,而且只有专业人员才能完成。

目前,国内虽然有一些快速分析的半定量检测试剂和方法[1-3],但存在有的试剂只能检测添加碘酸钾的食盐,有的试剂有效期短,有的操作不够方便等问题。尤其是云南省盐业有限公司(以下简称“公司”)从2015年起大量生产海藻碘盐后,市场监管及营销工作人员发现在使用某盐业产品质量监督站研制的半定量测碘液时,发现海藻碘盐不显色,无法判断是否含碘。为此公司在相关文献报道的基础上,经过反复摸索,通过采取在酸性环境下同时加入还原剂“硫酸肼”和氧化剂“硫酸铜”,并利用淀粉作为专属指示剂与碘单质反应显色的特性,研制出了一种新的通用型半定量碘含量快速检测试剂,经实验证明该试剂既可以检测含碘酸钾的碘盐,又可以检测含碘化钾和海藻碘的碘盐,而且通过显色后颜色的深浅可以初步判断该碘盐中碘的含量是否合格。同时针对淀粉容易失效、保存期短的问题,添加了磺基水扬酸作为淀粉的稳定剂,延长了该快速检测试剂的使用期,保质期可以达到1 a以上。

2 实验部分

2.1 实验原理

碘盐检测试剂,依据氧化还原反应及碘遇淀粉显蓝色的原理设计,在弱酸性条件下,硫酸肼(又名硫酸联氨)作为还原剂与添加碘酸钾的碘盐进行反应析出游离碘;再者,硫酸铜作为氧化剂与添加碘化钾或海藻碘的碘盐进行反应释放出单质碘。反应式分别为:

(1)

2Cu2++4I-→2CuI↓+I2

(2)

析出的I2生成I-,I-与I2结合为I3-,I3-使淀粉显蓝色,I3-浓度与生成蓝色的深浅有关,根据蓝色的深浅可作不同添加剂加碘食盐的半定量分析。同时加入磺基水杨酸作为稳定剂,延长半定量检测试剂使用时间。

2.2 试剂配方

试剂溶液配制比例。淀粉(0.5%～1%)+磷酸0.8%～1.5%+硫酸铜(0.2%～0.3%)+硫酸肼0.15%+磺基水杨酸(0.5%～1%)。

步骤。称取0.5 g～1 g的淀粉溶于100 mL蒸馏水中,加热煮沸冷却后,分别加入0.2 g～0.3 g的硫酸铜、0.15 g～0.2 g的硫酸肼、0.5 mL～1 mL 85%的浓磷酸混匀,再加入1 g的磺基水杨酸。

2.3 半定量标准比色卡制备

(1)分别配制含碘酸钾、碘化钾和海藻碘含碘量(以I-计)每千克0 mg、10 mg、20 mg、30 mg、40 mg、50 mg的试验用盐样各1 kg备用。

(2)将上述制备的不同盐样做定量分析检测,并做好分析结果记录。

(3)将(1)制备的不同盐样品5 g～10 g分别置于白色瓷板上,并用2.2制备的检测试剂滴1滴～2滴于盐中,待20 s显色稳定后。根据(1)配制含量和(2)实际测定结果对应瓷板上盐样所显蓝色由浅至深制作检测试剂标准比色卡。

2.4 被测样品检测方法

取被检碘盐样品5 g～10 g,置于白色瓷板上,滴入配制的碘盐半定量检测试剂1滴～2滴于盐中,3 s～5 s后若显蓝色则为加碘食盐,约20 s稳定后将其所显示颜色与标准比色卡比较,即可估测出该碘盐的碘含量,若颜色介于两比色点中间时取两比色点加和的平均值。

3 结果与讨论

3.1 适宜检测剂的选择

方法一。根据文献[2]报道,按一定比例配制100 mL由淀粉溶液+硫酸联氨+浓磷酸的试剂A。分别用定量和定性(试剂A)测定添加剂为碘酸钾、碘化钾和海藻碘的盐样,结果见表1。

表1 三种不同添加剂盐样的定量和定性结果Tab.1 Quantitative and qualitative results of three different additive salt samples mg·kg-1

从表1可以看出,试剂A只针对添加碘酸钾的盐显色,碘化钾盐和海藻碘盐均不显色。因此,可以判断试剂A中的弱还原剂硫酸联氨不能与碘化钾盐或海藻碘盐中的I-发生氧化还原反应置放出碘单质。

方法二。将制备的试剂A均分成4份,分别加入氧化性物质:硫酸铜、次氯酸钠、重铬酸钾、过氧化氢,配成试剂B编号分别为B(硫酸铜)、B(次氯酸钠)、B(重铬酸钾)、B(过氧化氢)。分别用半定量法(试剂B)测定上述全定量测定的添加剂为碘酸钾、碘化钾和海藻碘的盐样,结果见表2。

从表2可以看出,在试剂A中加入硫酸铜时,添加不同的碘营养强化剂的盐均显蓝紫色,其余均不显色。因此,可以判断氧化性强的次氯酸钠、重铬酸钾、过氧化氢和试剂A的中弱还原性物质硫酸联氨发生了氧化还原反应,检测试剂的组成发生了新的变化,不能再与碘酸钾或碘化钾发生氧化还原反应置放出单质碘。

试验结果表明,以淀粉作为专属指示剂,在酸性条件下,通过筛选宜选用硫酸铜作为氧化剂、硫酸肼作为还原剂,其中硫酸铜具有氧化性,但因其氧化性弱;硫酸肼具有还原性,但其还原性弱;因此,硫酸铜与硫酸肼置于同一溶剂中时,不会发生氧化还原反应。而且该试剂既可以用于测定添加碘酸钾的盐,也可以用于添加碘化碘或海藻碘的盐。

3.2 检测剂中各物质浓度的确定

因硫酸铜是强酸弱碱盐,易发生水解,因此为了防止溶液中硫酸铜水解,影响检测效果,应控制溶液pH值3.0～4.0间,通过试验测得在新配制的不同浓度的100 mL淀粉溶液中加入85%的浓磷酸0.5 mL～1 mL测得的pH值见表3。

表3 不同浓度的淀粉溶液中加入不同体积浓磷酸的pH值测定结果Tab.3 pH Value measurement results of adding different volumes of concentrated phosphoric acid to starch solutions of different concentrations

由表3结果可以看出:新配制的不同浓度的100 mL淀粉指示剂中加入磷酸量在0.5 mL～1.0 mL可以控制pH值在3.0～4.0间,即加入浓磷酸的含量在0.8%～1.5%为宜。

由文献[1-2]知道检测剂中硫酸肼的含量在0.15%时可半定量测定添加碘酸钾的食盐碘含量。再者,根据硫酸铜和I-反应的计量式理论计算出硫酸铜的含量在0.2%～0.3%时可半定量测定添加碘化钾或海藻碘的食盐碘含量。试验定量及定性测定结果见表4、表5、表6。

表4 添加碘酸钾食盐的定量及检测剂定性结果Tab.4 Quantitative of adding potassium iodate salt and qualitative results of detection agent

表6 添加海藻碘食盐的定量及检测剂定性结果Tab.6 Quantitative of adding seaweed iodine salt and qualitative results of detection agent

由表4～表6结果可以看出,检测剂中硫酸铜含量在0.2%～0.3%时根据不同的碘含量可以显出深浅不同的蓝色。试验最终筛选出的检测剂最佳浓度比例为:淀粉(0.5%～1%)+磷酸0.8%～1.5%+硫酸铜(0.2%～0.3%)+硫酸肼0.15%。

3.3 半定量检测剂测定结果的符合性

分别对某矿添加碘酸钾的低碘加碘精制盐和高碘加碘精制盐各取不同的5小袋样品进行试验,由1人进行半定量测试,另外1人进行全定量分析,结果见表7、图1。

图1 加碘精制盐结果对比Fig.1 Comparison of iodized refined salt results

表7 加碘精制盐含碘的全定量和半定量分析结果Tab.7 Full quantitative and semi quantitative analysis results of iodine content in iodized refined salt mg·kg-1

分别对某矿添加海藻液的低碘海藻碘盐和高碘海藻碘盐各取不同的5小袋样品进行试验。由1人进行半定量测试,另外1人进行全定量分析,结果见表8、图2。

图2 海藻碘盐结果对比Fig.2 Comparison results of seaweed iodized salt

表8 海藻碘盐含碘的全定量和半定量分析结果Tab.8 Full quantitative and semi quantitative analysis results of iodine content in seaweed iodized salt mg·kg-1

半定量标准比色卡设计允差为±5 mg/kg,因此全定量分析结果与半定量测试结果相差±5 mg/kg,判定结果正确。如表7、表8及图1、图2所示,添加碘酸钾的加碘精制食盐和海藻碘盐全定量分析结果和半定量测试结果最大差值为:2.8 mg/kg,在±5 mg/kg范围内,结果符合率达100%。

3.4 延长检测剂保存期的适宜试剂

3.4.1 稳定剂的筛选

在国家标准GB/T 603《化学试剂 试验方法中所用试剂及制品的制备》中规定,煮沸冷却后的淀粉使用周期为两周。而在实际工作过程中发现淀粉指示剂放置一周就开始染菌变质,溶液出现浑浊和有絮状物析出。为此通过文献查阅探究筛选出在检测剂中加入水杨酸和磺基水杨酸作为淀粉的稳定剂以便延长保质期。测试结果见表9。

表9 常温下检测剂中添加不同稳定剂性能试验结果Tab.9 Performance test results of adding different stabilizers to the detection agent at ordinary temperature

由表9结果可以看出,磺基水杨酸对检测剂起到了较好的稳定效果。

3.4.2 稳定剂浓度的确定

将磺基水杨酸按不同浓度加入到检测剂中,并在不同温度下测试检测剂的试验结果如表10、表11。

表10 常温下放置90 d后的检测剂性能试验结果Tab.10 Performance test results of the testing agent after being placed at ordinary temperature for 90 days

表11 冰箱中冷藏放置90 d后的检测剂性能试验结果Tab.11 Performance test results of the testing agent after 90 days of refrigeration in the refrigerator

由表10、表11结果可以看出,磺基水杨酸的浓度达0.7%以上时检测剂稳定性较好。

3.5 配方结果的应用情况

将最终确定的最佳半定量检测试剂分装在15 mL的聚乙烯瓶密封包装,在瓶子上贴上比色卡及使用说明书,标明了使用方法、贮藏条件、有效期、生产日期等内容。

试剂经公司营销人员试用,普遍反映解决原来使用紫罗兰碘盐半定量测碘液无法测定海藻碘盐的问题,使用携带方便、设计新颖,获得满意的结果。

4 结语

1)检测试剂与国内大部分的半定量检测试剂有本质的不同。检测试剂中既含氧化性物质,又含还原性物质,不但可以检测添加碘酸钾的食盐,还可以检测添加碘化钾或海藻碘的食盐。因此检测剂应用更广泛。

3)所需试剂为常规使用试剂,易于购买,成本低廉。

4)现场携带及使用方便,操作简单,检测快速,结果判定简单。不需要任何仪器设备,对操作人员无技术要求。

5)添加了淀粉稳定剂,保质期可以达到1 a以上。