奶粉中三聚氰胺检测方案

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1132中国卫生检验杂志2011年5月第21卷第5 期 Chinese Journal of Health Laboratory Technology， May 2011； Vol 21No 5 近红外光谱快速筛查奶粉中三聚氰胺定性模型研究 钱枫，肖海龙，付永强，周新奇 (1.杭州市质量技术监督检测院，杭州 310029；2：聚光科技有限公司，杭州 310011) [摘要] 目的：基于红外光谱技术建立奶粉中三聚氰胺的快速定性识别模型。方法：分别配制了不同三聚氰胺含量的奶粉样品，采用红外光谱扫描，分析特征波长区域，建立二阶识别模型。结果：三聚氰胺阴性和阳性奶粉样品在一阶导数光谱图中波长1100 nm~1200 nm 及1380 nm~1480 nm这2个区域有明显的区别，根据三聚氰胺含有与否，分别建立阴性和阳性2种模型，样品预测结果表明这2种模型的正确率均在95%以上，最低识别限可达2.5 mg/kg。结论：所建立的定性模型可用于奶粉中微量三聚氰胺的定性识别，适合于大量样品的快速初筛。 [关键词] 近红外光谱；奶粉；三聚氰胺 [中图分类号] 0657.33 [文献标识码] A [文章编号] 1004-8685(2011)05-1132-03 Study on qualitative model based on NIRS for rapid screening of melamine in milk pow-der QIAN Fen'， XIAO Hai-long'， FU Yong-qiang， ZHOU Xin-qi’ (1. Hangzhou Institute of Calibration and Testing for Quality and Technical Supervision， Hangzhou 310018， China； 2. FocusedPhotonics Inc， Hangzhou 310052， China) [Abstract] Objective： A qualitative model for rapid screening of melamine in milk powder based on NIRS was established.Methods： Milk powder samples with different content melamine were prepared， and then were scanned by NIRS. 2nd OrderModel was established according to Spectrum pretreatment and wavelength choice. Resuts： There were distinct spectrum differ-ences between positive and negative sample in the range of 1100 nm~1200 nm and 1380 nm~1480 nm， And positive model andnegative model were established for samples containing melamine or not， respectively. The accuracy of two model were over 95% ，the detection limit was about 2.5 mg/kg. Conclusion： The qualitative models established could discern milligram melamine inmilk powder， and be used for rapid screening of numerous samples. [Key words] NIRS； Milk powder； Melamine 近年来，随着光学技术、计算机技术的发展及化学计量学方法的应用，近红外光谱分析技术迅速发展起来。近红外是利用光谱方法分析物质的成分和结构，可部分替代常规的化学分析。与常规的化学方法相比，近红外光谱法分析速度快、操作便捷、多参数测量、环保节能等优点。在农产品品质检验中得到了充分的应用，特别是水果内部品质的无损检测"，现逐步应用到加工食品的成分分析中。 目前，三聚氰胺的检测方法主要为液相色谱或液相质谱“法，也有不少论文对近红外光谱法快速测定液体奶中三聚氰胺进行了讨论5-7，并建立了一些定量测定模型，但对奶粉中三聚氰胺近红外测定法暂未见报道。红外光谱测定的原理决定了其主要用于定性测定或对主要的成分进行测定。对于国家标准规定的奶粉中三聚氰胺含量不得超过2.5 mg/kg这个限量，近红外难以准确测定，但定性筛查值得探讨。我们在奶粉中人为添加不同浓度的三聚氰胺，采用近红外对不含三聚氰胺奶粉样品和含一定浓度三聚氰胺的奶粉样品分别建 ( [作者简介] 钱枫(1964-)，男，高级工程师，主要从事质量安全方面的研究工作。 ) 立模型，进行预测，取得较好的效果，现报道如下。 1材料与方法 1.1 仪器设备与软件 SupNIR -2700 近红外分析仪为聚光科技公司产品，波长范围1000 nm~1800 nm，光谱分辨率10nm，检测器：InGaAs，扫描速率：2 ms~2000 ms，光路系统为单光束、旋转式动态扫描。分析软件为 rimp 测量、化学计量学软件。 1.2 样品 8种不同品牌的婴幼儿奶粉购自于市场，分别为安婴儿、贝因美、多美滋、美素力、雀巢、惠氏、旭贝尔、雅培。经实验室采用国标( GB/T22388-2008)检测，均未检出三聚氰胺。将这些样品人为添加三聚氰胺标准样品，添加浓度为2.5 mg/kg~2000 mg/kg之间，每份试样200 g，试样总数为160份。 1.3 光谱采集 开机并打开光源，预热 NIR 仪器 30 min。 预热完成后进行仪器自检并对仪器进行调整，检查仪器的波长准确性，吸光度噪声水平。要求波长准确性小于0.2nm，吸光度噪声水平要求在1E-4之内。将试样分别装入装样盘中，用刮尺将装 样盘中的样本刮平，放置到检测位置采集光谱，采样旋转方式扫描样本。光谱采集参数设置为10平均，旋转速度为2S/转。同一样品平行测量3次，取平均值做为结果数据。 2 结果 2.1 红外吸收光谱和一阶导数光谱 分别精密称取一定量的三聚氰胺和奶粉，配成2.5 mg/kg、16 mg/kg、80 mg/kg、400 mg/kg 和2000 mg/kg 的掺假奶粉。采用2700扫描其光谱，结果表明，在1000到1800波长范围内，掺杂了不同量三聚氰胺的奶粉吸收光谱基本一致，不能有效地加以区分判断。所得的光谱数据如图1所示。 图1 掺杂不同浓度三聚氰胺奶粉样品的近红外光谱图 为形成可直观分辨图谱，对三聚氰胺及掺三聚氰胺的奶粉样品原始光谱进行了 SG 多项式2次1阶求导，得出的光谱图如下(图2)。 图2 掺三聚氰胺奶粉样品的原始吸光谱(左)和一阶导数光谱图(右) 从图中可知：参入了少量的三聚氰胺，奶粉光谱肉眼看不出差别，但是和纯品的三聚氰胺光谱存在显著差异。掺假奶粉和三聚氰胺原始吸收光谱和一阶导数光谱均存在较大差异。表明有可能使用 NIR 能对掺三聚氰胺的奶粉进行辨别。在一阶导数光谱图中选择波长1100 nm~1200 nm 及1380 nm~1480 nm 这2个区间进行局部放大，得到图如下(图3)。 左：1100 nm~1200 nm，右：1380 nm ~1480 nm 图3 掺三聚氰胺奶粉样品的一阶导数光谱放大图 从图3可知：没有掺三聚氰胺的奶粉(0 ppm)与掺加了三 聚氰胺的奶粉(2.5 ppm~2000 ppm) 存在肉眼可见的差别，而且光谱与三聚氰胺光谱存在较大差别，说明可使用 NIR 对三聚氰胺进行检测的可能。 2.2 建立定性模型 对没有掺杂和掺杂的奶粉分别建立定性模型，分别命名为阴性模型和阳性模型。建模方法为 SIMCA，光谱预处理采用13点2次平滑一阶导均值中心化，建模波段为1000 nm ~1799 nm，取4个主因子，没有掺杂奶粉建模(阴性模型)F值=1.92686，掺杂奶粉建模(阳性模型)F值=2.20994，建立定性模型后，对试样进行预测分析。采用正确率(预测准确样品数/总样品数×100%)评价模型。 2.3 定性模型预测 选用8种不同品牌的婴幼儿奶粉，分别为：安婴儿、贝因美、多美滋、美素力、雀巢、惠氏、旭贝尔、雅培，每个品牌样品不添加三聚氰胺的样品数为10个，添加2.5mg/kg、16 mg/kg、80mg/kg、400 mg/kg 和2000 mg/kg 三聚氰胺的样品数分别为3个样品，每个品牌的奶粉25个样品，预测的样品数共计200个。采用上述2种模型对样本进行预测，从预测结果可知，阴性模型有7个预测不准确，其中4个为三聚氰胺添加量2.5 mg/kg的样品(多美滋和美素力各2个)，3个为添加量80 mg/kg的样品(均为惠氏)；而阳性模型预测结果有9个预测不正确，均为未添加三聚氰胺的样品，其中多美滋有7个，美素力有2个。两种模型预测情况见表1. 表1 定性模型预测情况 添加量 样品数 阴性模型 阳性模型 (mg/kg) (个) 符合数(个)正确率(%) 符合数(个)正确率(%) 0 80 80 100 71 88.8 2.5 24 20 83.3 24 100 16 24 24 24 24 100 80 24 21 87.5 24 100 400 24 24 100 24 100 2000 24 24 100 24 100 共计 200 193 96.5 191 95.5 3 讨论 近红外技术是20世纪70年代后发展起来的一种新的快速定性定量分析技术，其主要特点就是无需复杂的前处理即可通过对光谱信息的分析提取出物质的特征信息，因此特别适合用于快速鉴别物质的品质。但对于微量物质的定量预测，近红外光谱模型效果尚欠佳。本文对近红外技术判断奶粉中是否含有三聚氰胺的快速定性鉴别方法进行了研究，分析了光谱的吸收情况，发现了光吸收差异较大的2个波长范围，在此基础上进一步建立了2种模型。其中阴性模型预测的正确度为96.5%，误判的样品4个为三聚氰胺含量2.5 ppm的样品，3个为含量为80ppm 样品；的阳性模型的正确的为95.5%，误判的9个样品均为未添加三聚氰胺的样品，未出现假阴性结果，说明该模型控制力较强，更适合于奶粉中微量三聚氰胺的初筛。从产品类型来看，这2种模型的误判率样品 11006.5X-22358.9，r=0.9997，以连续测定10次接近空白浓度的溶液计算得本方法检出限为1 ug/ml，最低检出浓度为0.2 mg/m(以采样体积6L计)。样品分离色谱图见图1。 图11MMA色谱图 2.2 精密度试验 取高、中、低三个浓度在4d内做6次重复测定，得到方法的日间精密度结果如表1。 表1 MMA样品日间精密度结果(pg/ml) 样品数 浓度 x±S RSD(%) 4 17 17.8±0.719 4.03 4 106 108.7±4.284 3.94 573 578.6±11.14 1.92 2.3 准确度试验 在本底浓度为 50 ug/ml的配制样品中分别加入低、中、高3种不同浓度的MMA标准液，分别测回收率。回收率在98.2%~108.5%。见表2。 表2 MMA 的回收率结果(ug/ml) 本底值 加入量 测定次数 x±s 回收率(%) 50 17 3 72.7±2.5 108.5 50 106 3 162.7±2.5 104.3 50 573 3 612±10.6 98.2 2.4 解吸效率试验 取18支炭管分三组，每组6支，分别加入17 ug/ ml、 (上接第1133页) 集中在3个的品牌，即多美滋、美素力和惠氏，可能与这3个产品的水分或蛋白含量相关，真正原因还有待进一步的研究。 ( [参考文献] ) ( [1]杨春梅，李宁，赵学珏，等.用于果蔬内部品质无损检测的 NIRS技术新进展井.激光与红外，2009，39(11)：1137-1141. ) ( []李水芳，张欣，单杨，等.近红外光谱检测蜂蜜中可溶性固形物含量和水分的应用研究[J].光谱学与光谱分析，2010，9：2377- 2380. ) ( 3]黄艳红，丁健桦，邱昌福，等.液相微萃取-高效液相色谱法测定乳制品中的三聚 氰 胺叨.食品科学，2010，2：161-164. ) 106 pg/ml、573 pg/ml即低、中、高三个浓度标准液8 pl、5 pl、2pl，放置过夜，然后按样品处理方法处理分析，同时做空白对照，计算解吸效率。低、中、高浓度的解吸效率分别为83.71%、90.54%、91.22%。 2.5 样品稳定性试验 取30支炭管分5组，每组6支，分别制成含量约为100 mg/m的样品管，立即分析6个，其余分别在1d、3d、5 d、7d后分析，每次分析6个，与当天分析的结果比较，计算存放时间造成的样品下降率。样品在4℃下保存，MMA含量在5 d后下降达到8.9%。说明样品最好在4℃保存时在6d内测定完。 结论 目前，国标所用的直接进样法虽然更灵敏，但是要求样品尽快测定，且样品气不便于运送，采用溶剂解吸法则解决了样品的保存难问题，而且与大多数毒物的采样方式接轨，更便于日常工作中一份样品同时测定多种毒物④。实验表明：溶剂解吸法测 MMA 其线性宽灵敏度高、采样简便、精密度好，达到了工作场所空气中有毒物质检测的要求，适用于职业卫生监测的日常工作，减轻采样及实验室测定的压力· ( [参考文献] ) ( [1]中华人民共和国卫生部. 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