一种全自动盐碘分析仪的研究与开发

何毅霖

（厦门迪分德科技有限公司，福建 厦门 361100）

0 引言

碘是合成甲状腺激素必需的微量元素，机体摄碘不足或过多都将影响甲状腺的功能，造成甲状腺损伤，导致甲状腺疾病的发生［1］。人体中的碘主要来源于食物，在食盐中加碘是现阶段最为广泛的一种补碘方式［2］。目前，全球有120 多个国家和地区实行食盐加碘政策，并得到了较好的补碘效果。加碘食盐是由碘酸钾或碘化钾按一定比例与普通食盐混合而成的，盐碘含量标准测定方法为《制盐工业通用试验方法碘的测定》（GB/T 13025.7—2012）（简称《碘的测定》）［3］。食盐含碘量的测定方法有多种，如滴定分析法、吸光光度法、荧光及化学发射光谱法、离子选择电极法、极谱法、色谱法和专用测碘仪法等［4］。国标方法《碘的测定》中采用的是容量法（滴定分析法）和光度法（专用碘量仪测定法）测定碘的含量，但国标方法中的容量法存在取样量大、手动操作复杂等问题，光度法存在溴水稳定性差、可溶性淀粉易沉淀等问题。DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪是以《碘的测定》作为基本方法，在国标基础方法上进行改进的用于检测食盐碘含量的专用分析仪器，并且申请了实用新型专利（专利号为ZL 2020 2 3023930.9）。本文阐述国标基础方法改进的技术原理，介绍分析仪的结构及软件，并进行性能测试。

1 分析方法的改进及其技术原理

1.1 分析方法的改进

本文从全自动盐碘分析仪自动化和批量化的特点考虑，以国标方法《碘的测定》中的光度法作为基础方法，从以下3个方面对国标基础方法进行改进。

（1）氧化剂。国标方法中的光度法采用溴水作为氧化剂，溴水不易保存，配制浓度存在不确定性，不利于自动化检测仪器的定量处理。国标方法中的容量法采用的是氧化剂次氯酸钠，在测定过程中比较稳定，因此用于替代光度法中的溴水，有利于仪器对氧化剂的自动化处理。

（2）显色剂。国标方法中的光度法采用可溶性淀粉作为显色剂，可溶性淀粉配制后不易保存，显色后易沉淀，影响吸光度检测的准确性和重复性。实验发现，微量碘溶于水后变为淡黄色，实验范围值内溶液的颜色与浓度呈正比［5］。因此，可以在不添加可溶性淀粉的条件下，采用光度法在380 nm 波长下直接检测淡黄色的碘含量。

（3）取样量。国标方法中光度法的取样量为1.00 g，是容量法取样量10.00 g 的1/10。固体盐样中的碘存在分布不均匀的情况，1.00 g 取样量的一致性不稳定。实验发现，大于5.00 g 的取样量可提高盐样取样的一致性，符合国家标准物质的准确度测试。

1.2 技术原理

仪器数据分析原理（含氧化处理）如下：在酸性介质中，次氯酸钠将碘离子氧化成碘酸根，然后草酸除去过剩的次氯酸钠，碘酸根氧化碘化钾析出碘单质，其过程可表示为

3ClO-+I-→IO3-+3Cl-

H2C2O4+ClO-→Cl-+2CO2+H2O

IO3-+5I-+6H+→3I3+3H2O+

利用碘的质量浓度与测得的吸光度值的对数值的线性关系计算出碘含量［3］。

DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪由自动称重系统、高精度加液计量泵、多样品位磁力搅拌装置、循环热水加热装置、三轴自动进样系统和光度计流动比色检测系统组成。该分析仪可自动实现以下流程：添加33 mL 纯水溶解盐样、1 mL 次氯酸钠溶液、2 mL草酸-磷酸溶液；使用循环热水加热氧化还原，循环冷却水冷却；加入2 mL碘化钾溶液到不同的样品管，混匀后取样导入光度计检测系统进行数据分析。

2 全自动盐碘分析仪结构及软件

全自动盐碘分析仪的设计方案图如图1所示。

图1 全自动盐碘分析仪设计方案图

2.1 自动称重系统

自动称重系统的作用是通过与称重天平联用，将盐样的称重数据自动导入全自动盐碘分析仪专用的用户软件，省去客户手动批量输入样品重量的操作，提高全自动盐碘分析仪的自动化效率。

2.2 高精度加液计量泵

高精度加液计量泵的作用是按国标要求往样品管添加定量的试剂。DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪采用的是陶瓷柱塞泵，通过柱塞杆的往复运动，吸入和排出试剂。陶瓷柱塞泵设定的吐出量为0.1 mL/r，加液速度为1～1.5 mL/min，在该加液速度下，陶瓷柱塞泵的加液精度可达±0.5%.高精度加液计量泵和电磁切换阀组整体的加液精度为±1.5%，可满足盐碘分析对不同溶剂的加液需求［6］。

因为次氯酸钠的腐蚀性比较强，所以陶瓷柱塞泵需选择耐腐蚀性能较强的型号，避免实验过程中因腐蚀而出现卡泵的情况，提高检测仪器的可靠性。

2.3 多样品位磁力搅拌装置

多样品位磁力搅拌装置在加液计量泵自动加纯水溶解盐样时，可不接触实时搅拌样品，并在10 min内实现批量盐样的自动加纯水溶解。该搅拌装置已申请了实用新型专利（专利号为ZL 2021 2 2340335.6）。

2.4 循环热水加热装置

循环热水加热装置采用循环热水加热的方式，加速草酸去除过剩次氯酸钠的过程。循环热水温度保持在85 ℃以上，持续加热10 min，可确保草酸能完全除去过剩的次氯酸钠，避免过剩的次氯酸钠影响实验结果。循环水加热方式应避免在样品下方直接加热，以免与多样品磁力搅拌装置在结构布局上发生冲突。

2.5 三轴自动进样系统

三轴自动进样系统的作用是对批量样品进行搅拌和取样，系统由三轴机械臂、取样搅拌针和取样蠕动泵组成。该进样系统创新性地利用蠕动泵反转吹气泡的方式达到充分混匀样品的效果；系统的三轴机械臂实现将样品从单个处理向批量处理的扩展功能［6］。

2.6 光度计流动比色检测系统

光度计流动比色检测系统的作用是采用分光光度法对不同碘浓度的样品进行检测，得到对应的吸光度值，由此计算出对应样品的碘含量。光度计流动比色检测系统由特定的LED 光源、波长切换装置、分光器、流动比色皿、检测器、光源补偿算法组成［6］。多次实验测试证明，该系统在380 nm 波长下直接检测淡黄色的碘含量有较好的线性关系，国家质控样检测结果在标准物质参考值范围内。

2.7 自动盐碘分析仪软件

DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪有专用的用户软件，包含运行状态、标准曲线、数据显示、仪器设置等界面。运行状态界面可以对实验的运行、停止、复位、酸洗、水洗等功能进行操作，并且可以查看运行步骤和系统状态。全自动盐碘分析用户软件运行状态界面如图2 所示，其标准曲线界面如图3 所示。通过标准曲线界面可查看标曲点的吸光度和相关系数R；数据显示界面可查看实验结果、导入联用天枰的称重数据。仪器设置界面是用户权限登录界面，可进行与实验前的准备和实验后的收尾相关的操作。

图2 全自动盐碘分析仪用户软件运行状态界面

图3 全自动盐碘分析仪用户软件标准曲线界面

3 自动盐碘分析仪性能测试

使用DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪对盐样进行分析测试，操作步骤如下。

（1）实验前的准备工作：将全自动盐碘分析仪与控制电脑连线，设置好相应的参数；采用盐碘试剂盒（厦门迪分德科技有限公司生产）将进液管与相应的试剂相连；取碘酸钾标准工作液0 mg/kg、21 mg/kg、49 mg/kg到样品管，按1～3 号样品的顺序放置，从第4号开始放置待检测的实际盐样和国家质控样。

（2）一键运行：点击运行按键后，DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪控制软件会按照设定好的实验步骤自动完成样品的检测工作；检测完成后，在标准曲线界面查看碘酸钾标准工作液（标曲点）与相对应的吸光度数值，自动拟合标准曲线相关性系数R。

（3）数据查看：在数据显示界面可以查看碘酸钾标准工作液和检测实际盐样的吸光度数据；用户软件可自动计算出检测的实际盐样和国家质控样的碘浓度。

3.1 准确度测定

测试国家标准物质1［GBW10006d，（12.1±2）mg/kg］、国家标准物质2［GBW10007d，（24.7±2）mg/kg］，实验检测数据见表1。

3.2 加标回收率测定

取6 个5.00 g 的海藻盐样品，加入100 mg/L 的碘酸钾标准液1.0 mL（加标量即为10 mg/kg）进行加标回收率测定，测定结果见表2。

3.3 精密度测定

取11 个5.00 g 的海藻盐样品进行精密度测定，测定结果见表3。

表1 国家标准物质检测结果

表2 加标回收率测定结果

4 结论

DYD-42Plus 全自动盐碘分析仪采用380 nm 波长检测食盐中的碘含量时，有较好的线性关系（R=0.999 9），国家质控样检测结果在标准物质参考值范围内，加标回收率为98%～102%，精密度高（RSD≤3）。该全自动盐碘分析仪可实现食盐中碘元素的全自动化和批量化检测，检测结果稳定，可极大地降低实验室人员的工作量。该全自动盐碘分析仪用于检测食盐中的碘含量，具有广阔的应用前景。

表3 精密度测定结果