DOC《用均匀设计优化食品中碘的碱灰化-砷铈催化分光光度法测定...》

用均匀设计优化食品中碘的碱灰化-砷铈催化分光光度法测定条件 郭百锁 贾清珍 陈红云 温新平 程晓天 张向东 李秉政 王永平 任艳婷 韩凌凌 基金项目:2009年山西省卫生厅科技攻关计划项目(200923) 作者单位:041000 山西省地方病防治研究所克甲病研究室 作者简介:郭百锁(1970-),男,山西省临汾市人,副主任医师,从事碘缺乏病的防治研究工作,Email:guobaisuo_sxlf@163.

com 【摘要】 目的 用均匀设计法优化食品中碘的碱灰化-砷铈催化分光光度法测定条件. 方法 根据现行食品中碘的碱灰化测定法,用均匀设计U*8(84)表安排实验条件(碳酸钾和硫酸锌混合液、氯酸钾和氯化钠混合液,灰化温度,灰化时间),测定大豆中的碘含量,并计算回收率,建立回收率和各测定条件的数学模型,计算测定条件的最优组合,最后使用该组合平行3次测定大豆中的碘含量,进行验证. 结果 测定条件的最优组合为:碳酸钾、硫酸锌混合液1.5 ml、氯酸钾、氯化钠混合液1.5 ml,灰化温度550 ℃,灰化时间4.5 h.3次大豆碘含量测定的平均回收率为101.6%. 结论 测定条件的最优组合应用于大豆中碘的测定,结果满意. 【关键词】均匀设计;

食品中碘;

测定;

碱灰化;

砷铈催化;

分光光度法 Application of uniform design to optimize the experimental conditions of determination iodine in foods by alkaline ashing C As3+-Ce4+ catalytic spectrophotometric method. Guo Bai-suo,Jia Qing-zhen,Chen Hong-yun,Wen Xin-ping,Cheng Xiao-tian,Zhang Xiang-dong,Li Bing-zheng,Wang Yong-ping,Ren Yan-ting,Han Ling-ling. Shanxi Institute for prevention and treatment of endemic disease, Linfen 041000,China [Abstract] Objective Application of uniform design to optimize the experimental conditions of determination iodine in foods by alkaline ashing C As3+CCe4+ catalytic spectrophotometric method. Methods According to the current iodine in foods determination of alkali ashing method,The uniform design table U*8 (84) for the experimental conditions was arranged (K2CO3CZnSO4 mixed solution, KClO3-NaCl mixed solution, ashing temperature, ashing time), iodine content in soybean was determined, and the recovery rate was calculated. the mathematical model of recovery rate and the various test conditions was formed. the optimal combination assay conditions were calculated. As the verification, this combination method was repeated determination of iodine content in soybean

3 times. Results The optimal combination of determination conditions was:K2CO3CZnSO4 mixed solution 1.5 ml and KClO3-NaCl mixed solution 1.5 ml,ashing temperature of 550℃,ashing time 4.5h . determination of recovery rate best. The average recovery rate of determination of iodine content in soybean was 101.6% for the

3 time.. Conclusions The determination conditions optimal combination was used in determination of iodine content, with satisfactory results. [Key words] Uniform design;

Iodine in food;

Determination;

Alkaline ashing;

Arsenic cerium catalysis;

Spectrophotometric method 根据我国《食盐加碘消除碘缺乏危害管理条例》,凡是需要添加盐的食品都必须使用碘盐,所以目前市场上食品及半成品中含有一定量的碘.随着我国社会经济的发展,人们的碘摄入已经不仅仅来源于直接食用碘盐,而是综合性摄入.因此,对食品中碘含量的监测是必要的[1]. 在食品中碘含量的测定过程中,食物样品的灰化环节,碘元素很容易丢失,并且不易控制.均匀设计方法是一种有效的多因素、多水平试验设计方法,相对于正交设计具有试验点分布均匀和试验次数少成本低的优点[2],尤其适合于各因素之间有交互作用的情况.均匀设计方法在药学研究上十分广泛,主要用于处方筛选、工艺条件优化等[3].本文首次在食品中碘的测定方法中,利用均匀设计,以回收率作为目标值,探察混合助剂的剂量、炭化温度、灰化温度、灰化时间和它们之间的交互作用,从而选择出测定条件的最优组合, 作为对现行食物中碘的砷铈催化分光光度法(WS302-2008)的优化.

1 材料与方法 1.1仪器和试剂 仪器:电热高温灰化炉(武汉元素科技 陶瓷纤维马弗炉,可控温1000℃);

超级恒温水浴箱(Huber?GmbH公司polystat cc型,30℃ ( 0.2℃);

数显分光光度计(岛津UV-2450,1cm比色杯);

瓷坩埚(30ml);

电热控温干燥箱(北京恒星牌);

秒表;

试管(15 mm*150mm);

可调电炉;

水银玻璃温度计(量程0~500℃). 试剂:碳酸钾(分析纯,天津科密欧化学国际有限公司)、氯化钠(优级纯,北京化工厂)混合溶液;

硫酸锌(分析纯,天津科密欧化学国际有限公司)、氯酸钾(分析纯,焦作维联精细化工)混合溶液;

硫酸(优级纯,洛阳市曲家屯化学试剂厂)溶液[2.5mol/L] ;

亚砷酸(三氧化二砷,分析纯,湖南水口山二厂化学试剂厂)溶液[0.054mol/L] ;

硫酸铈铵(分析纯,天津科密欧化学国际有限公司)溶液[0.015 mol/L] ;

氢氧化钠(分析纯,洛阳市曲家屯化学试剂厂)溶液[0.2%];

碘标准系列(碘化钾,优级纯,天津科密欧化学国际有限公司)溶液[

0、

50、

100、

200、

300、

400、500 (g/L];

去离子水(符合GB/T 6682二级水标准). 1.2试验方案设计 根据预实验结果和相关的参考文献,共考虑了对回收率结果影响较大的碱性混合助剂、炭化温度、灰化温度、灰化时间4个因素,每个因素有8个水平.碱性混合助剂的体积为两种混合溶液的等体积混合体积,体积最大设到4.5 ml,考虑到体积再大,干燥和沸腾时间过长,易造成大量飞溅,丢失碘元素;

炭化温度的测定方法:使水银玻璃温度计水银泡紧贴覆在电热丝上的石棉网,调节电炉温度,使温度计恒定指示到所需温度;

灰化温度越高,灰化越完全,但碘的丢失也越多[4],温度最高设到750 ℃.按公式: (水平数/2) +

1 = 因素数 得实验水平数 = 6,为稳妥起见,本研究对每个因素设8个水平.用均匀设计软件 UD 3.0来设计试验方案,采用U*8(84)表安排实验因素.均匀设计偏差为D = 0.2709(表示表中所列试验点均匀性评价指标,值越小表示越均匀).见表1. 1.3 测定方法 采用食物中碘的砷铈催化分光光度法,按表1设计方案的条件进行实验,对本地产大豆样品进行测定,做加标回收实验,每个试验号均做平行样,回收率取平均值.结果列于表1最后一列. 表l实验设计及结果 试验号 因素1(x1) 因素2(x2) 因素3(x3) 因素4(x4) 指标 碱性混合助剂体积(ml) 炭化温度 (℃) 灰化温度(℃) 灰化时间 (h) 回收率 (%)

1 1(1.0) 2(225) 4(550) 8(6.0) 59.6

2 2(1.5) 4(275) 8(750) 7(5.5) 65.4

3 3(2.0) 6(325) 3(500) 6(5.0) 89.9

4 4(2.5) 8(375) 7(700) 5(4.5) 90.2

5 5(3.0) 1(200) 2(450) 4(4.0) 92.5

6 6(3.5) 3(250) 6(650) 3(3.5) 98.8

7 7(4.0) 5(300) 1(400) 2(3.0) 93.6

8 8(4.5) 7(350) 5(600) 1(2.5) 89.9 1.4 实验室验证 按照食物中碘的砷铈催化分光光度法进行操作,只是碱性混合助剂取3 ml,灰化温度取550 ℃,灰化时间取4.5 h,取大豆样品进行测定,做3批加标回收实验. 1.5 统计分析 用UD 3.0均匀设计软件设计试验方案,SPSS 13.0统计软件进行多元线性回归,1stopt 1.5数学优化分析软件进行方程优化,P <

0.05为差异有统计学意义.

2 结果 2.1 多元线性回归结果: 采用SPSS 13.0统计软件对表1中数据直接进行多元线性回归,y表示回收率,x

1、x

2、x

3、x4分别为碱性混合助剂体积、炭化温度、灰化温度、灰化时间,得方程:y = 121.553 + 0.028 * x2 - 0.017 * x3 - 8.228 * x4,(F = 2.26,P >

0.05),对方程各项(常数项、x2 、x3 、x4)进行偏回归假设检验,无显著性差异,方程不成立;

考虑到灰化过程各因素与响应值(回收率)呈非线性关系或存在交互作用,于是用二项式逐步回归法处理表1数据.首先计算x

1、x

2、x3和x4的二次项(x12 、x22 、x32和x42)和交互项(x1 * x

2、x1 * x

3、x1 * x4和x3 * x4),由于炭化温度和灰化温度、炭化温度和灰化时间发生在不同时间,其交互作用可以忽略,所以不列x2 * x3和x2 * x4.然后对这12项按自后淘汰变量法进行回归分析和变量筛选,得方程:y=29.692 + 5.70 * 5x1 * x4 - 0.002 * x3 * x4,r2 = 0.929,方程拟合度好;

残差分析 F = 32.466(P <

0.01), 方程各项偏回归检验差异有显著性,方程可信. 2.2 对回归方程优化结果:用求条件极值的强约束优化法对回归方程y = 29.692 + 5.705 * x1 * x4 - 0.002 * x3 * x4进行优化,采用1stopt 1.5优化分析软件,优化算法采用麦夸特法加全局通用算法,本实验找到的最优解为:碱性混合助剂取3.19 ml(x1),灰化温度取527.9 ℃(x3),灰化时间取4.39 h(x4),取得最优回收率为103%.为了便于操作实施,实验最佳条件微调为:碱性混合助剂取3 ml,灰化温度取550 ℃,灰化时间取4.5 h. 2.3 对优化结果的实验室验证:按此条件进行验证实验,仍采用含脂量高、不易灰化的大豆做实验样品,灰化后的样品呈均匀的灰色,3批实验均未出现坩埚爆裂,平均回收率为101.6%,与理论值吻合程度好. 3讨论 均匀设计是由中国科学院应用数学研究所王元教授和方开泰教授共同提出一种新的试验设计方法,是对参与试验各个因素之间的内在关系进行数字仿真.均匀设计将试验有关因素的各水平数均匀分散在实验范围内,使每一个试验点都有更好的代表性,减少了实验次数[5],降低了试验成本,同时快速有效地得到优化结果. 碱性灰化助剂中,碳酸钾的作用为碱化样品,氯酸钾作为辅助氧化剂加速有机物的氧化,硫酸锌和氯化钠起到助灰化和膨化样品作用,减少与坩埚壁的接触,从而减少坩埚内物质与坩埚材料反应引起的碘损失.由方程y=29.692+5.705x1*x4-0.002x3*x4可以看出:在交........