王興華 馬雋 謝菲 于愛民*

（吉林大學(xué)化學(xué)學(xué)院分析科學(xué)系；長春吉大·小天鵝儀器有限公司  長春  130012）

: jx69@mail.jl.cn

 

摘  要  研制出了一種用于農(nóng)產(chǎn)品和食品中甲醛、吊白塊、亞硝酸鹽、硝酸鹽、二氧化硫現(xiàn)場快速檢測的車載式儀器，開發(fā)出配套的化學(xué)試劑盒和食品現(xiàn)場快速前處理設(shè)備。該儀器每個檢測項目的分析時間控制在30分鐘以內(nèi)。該儀器主要用于質(zhì)檢和市場管理部門的現(xiàn)場流動檢測。

關(guān)鍵詞  食品安全；現(xiàn)場；快速分析儀

 

Wang Xinghua, Ma Jun, Xie Fei, Yu Aimin

（Department of Analytical Chemistry, School of Chemistry, Jilin University; Changchun Jilin University - Little Swan Instruments Co. Ltd.   Changchun, 130023 P. R. China）

Abstract  The GDYQ-501MA fast food security analyzer was developed. The relevant small reagent package and the in situ food sample preparation equipments were developed also. This portable instrument can be placed in a car and used to determine the content of several noxious chemicals in food, including formaldehyde, formaldehyde sodium sulfoxylate, nitrate and sulfur dioxide. With this instrument, the analysis of each noxious chemicals’ content in food sample can be completed in 30 minutes. This instrument is designed for the departments such as the quality control department and the market management department, in which food sample were analysed frequently.

Key words  food security; in situ; fast analyzer       

 

近年來，向農(nóng)產(chǎn)品和食品中過量加入食品添加劑和摻偽（如甲醛、吊白塊、亞硝酸鹽、硝酸鹽和二氧化硫等）的案件常有發(fā)生^[1-4]。對于如何檢測這些添加劑和化學(xué)品，國家已經(jīng)制定并公布了一些標(biāo)準(zhǔn)方法^[5]。但是這些國家標(biāo)準(zhǔn)方法大都只能在實驗室中完成，難以應(yīng)用于現(xiàn)場快速定量檢測。采用國標(biāo)方法實現(xiàn)快速檢測，必須解決現(xiàn)場快速樣品前處理裝置、便攜式光度計及與其相匹配的一次性化學(xué)試劑盒三個難題。吉林大學(xué)分析化學(xué)系與長春吉大·小天鵝儀器有限公司合作開發(fā)出的食品安全性快速分析儀及其相關(guān)的快速樣品前處理設(shè)備和化學(xué)試劑盒，可以用于現(xiàn)場定量測定食品中甲醛、吊白塊、亞硝酸鹽、硝酸鹽和二氧化硫五種化學(xué)品的含量，檢測每一種化學(xué)品的時間只需30分鐘，檢測結(jié)果與國標(biāo)法的檢測結(jié)果對比無顯著性差異。該儀器具有省時、省力和低成本等優(yōu)點，適用于質(zhì)檢和市場管理部門的現(xiàn)場流動檢測^[6]。

GDYQ-501MA五合一食品安全分析儀

GDYQ-702S食品檢測·快速恒溫加熱儀

GDYQ-703S食品檢測·快速蒸餾提取儀

GDYQ-704S食品檢測·快速粉碎儀

GDYQ-705S食品檢測·快速超聲提取儀

GDYQ-706S食品檢測·快速分離儀

GDYQ-707S食品檢測·快速恒溫水浴鍋

所用試劑均按國家標(biāo)準(zhǔn)方法配制，分為甲醛試劑盒、吊白塊試劑盒、亞硝酸鹽試劑盒、硝酸鹽試劑盒和二氧化硫試劑盒。

食品安全快速分析儀是通過被測物質(zhì)在可見光區(qū)吸收光譜的特性以及光吸收定律對被測物質(zhì)進(jìn)行定性鑒別和定量測定。具體步驟是將前處理后的樣品與化學(xué)試劑相互作用形成有色化合物，該有色化合物的吸光度與被測物質(zhì)的濃度呈比例關(guān)系，通過測量該有色化合物的吸光度可計算出被測樣品的含量。

儀器由光源/單色器、比色池、微處理器、檢測器、多參數(shù)傳感器、信號控制與放大系統(tǒng)、恒溫加熱器、可充電電源、分析結(jié)果顯示系統(tǒng)及相應(yīng)的化學(xué)試劑盒構(gòu)成（見圖1）。

 

 

 

 

 

 

 

 

圖1 食品安全快速分析儀結(jié)構(gòu)框圖

儀器各個部件簡單介紹如下：

（1）   光源/單色器

光源/單色器采用超高亮發(fā)光二極管（LED）。為了保障光源/單色器的高穩(wěn)定性、較長的使用壽命和儀器的便攜式現(xiàn)場檢測性能，本項目采用了全固態(tài)光源/單色器技術(shù)和光源穩(wěn)光技術(shù)。

我們采用超高亮發(fā)光二極管和穩(wěn)流技術(shù)使光源穩(wěn)定，通過穩(wěn)流控制使LED發(fā)光后某一時刻采集入射光，使每次測量時的入射光強度保持一致。這種穩(wěn)流技術(shù)不但可使光源穩(wěn)定，而且能耗低，延長了儀器光源和電池使用壽命。

（2）比色池

比色池是儀器核心部件之一。圓柱型比色池雖然在現(xiàn)場操作簡單，但與傳統(tǒng)的方形比色皿相比，更容易產(chǎn)生散射光，而且比色瓶位置的不同和玻璃材質(zhì)的差異，均會使吸光度測量精度下降。解決這一問題的方法是采用比色瓶自動鎖定技術(shù)將比色瓶定位，使每次測量時，光線都從比色瓶表面的同一點上通過，從而保證測量精度。

（3）檢測器

檢測器采用光頻轉(zhuǎn)換技術(shù)的TSL系列集成光電傳感器。與傳統(tǒng)檢測器相比，它不但具有能耗低、體積小、重量輕、可靠性高、動態(tài)線性范圍寬等特點，而且不需要信號放大和A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，可將接收到的光信號直接變?yōu)轭l率輸出傳送給微處理器。但在技術(shù)上必須解決光源、比色瓶和檢測器三者之間的距離和位置優(yōu)化問題，同時要兼顧光源強度、比色管和檢測器三者之間的互適性。

（4）傳感器

傳感器包括樣品前處理溫度控制傳感器、環(huán)境溫度傳感器和環(huán)境濕度傳感器，其作用是在線控制樣品前處理的溫度，實時顯示溫度和濕度。為了保證儀器的測量精度，這些傳感器大都采用國外的定型產(chǎn)品。

（5）微處理器

微處理器包括控制系統(tǒng)和顯示系統(tǒng)兩部分?？刂葡到y(tǒng)是將電信號進(jìn)一步放大并進(jìn)行控制操作。本儀器用單片機(jī)作為控制系統(tǒng)，顯示系統(tǒng)是利用液晶將測量結(jié)果顯示出來。本儀器選用低功耗、抗干擾能力強、測量準(zhǔn)確、性能穩(wěn)定、體積小、重量輕的51系列單片機(jī)為核心。在硬件電路的設(shè)計中選用現(xiàn)代新技術(shù)和新器件，力求性能可靠、穩(wěn)定、簡潔。微處理器及周邊硬件的原理框圖如圖2所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖2 微處理器及周邊硬件原理框圖

 

控制軟件用C語言和匯編語言編寫以滿足數(shù)學(xué)計算和定時的需要。軟件原理框圖如圖3所示：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

圖3 軟件原理框圖

 

（6）化學(xué)試劑盒

本儀器主要應(yīng)用于現(xiàn)場甲醛、吊白塊、亞硝酸鹽、硝酸鹽和二氧化硫的快速定量檢測，因此必須配備相應(yīng)的化學(xué)試劑盒?；瘜W(xué)試劑盒必須具備符合國家標(biāo)準(zhǔn)方法、保存時間長、顯色速度快、操作簡單、攜帶方便和用后無二次污染等特點。在化學(xué)試劑盒中加入稀釋劑和穩(wěn)定劑，試劑全部為一次性使用，包裝用的塑料管可回收，使用后的廢液通過儀器配置的內(nèi)裝活性炭的濾布過濾器后排放，由于食品安全快速測定儀所用的顯色液總體積為5毫升，為國標(biāo)法的1/5，所以試劑用量小，有利于回收和廢液處理。

1）        采用國家頒布的標(biāo)準(zhǔn)方法，儀器無可動部件，檢測時間從國標(biāo)方法的3－4小時縮短為30分鐘。

2）        適應(yīng)于實驗室或現(xiàn)場液體樣品和固體樣品的定量測定。

3）        采用單片機(jī)控制，具有測量、設(shè)置、記錄、保存、打印、和光譜數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理功能。采用RS-232/USB接口與PC機(jī)實現(xiàn)通訊，聯(lián)機(jī)和幫助等功能，自動化程度高。

4）        顯色試劑一次性使用，保質(zhì)期為一年。樣品和試劑用量少，減少了二次污染。

5）        屏幕中文顯示，人機(jī)交互式操作，體積小、重量輕、攜帶方便。

1）        測定下限

l        硝酸鹽         1.0 mg/kg

l        甲醛             5.0 mg/kg

l        二氧化硫     10.0 mg/kg

l        亞硝酸鹽     5.0 mg/kg

l        吊白塊         50.0 mg/kg

2）        測定范圍：

l        硝酸鹽                 0.0～300.0 mg/kg

l        甲醛                     0.0～500.0 mg/kg

l        二氧化硫             0.0～2000.0 mg/kg

l        亞硝酸鹽             0.0～200.0 mg/kg

l        吊白塊                 0.0～2500.0 mg/kg

3）        測量精度：5%

4）        工作環(huán)境溫度：5～40℃

5）        電源：220V，50Hz

6）        重量：7.5kg

7）        尺寸：390×260×200mm

GDYQ——501MA 五合一食品安全分析儀廣泛應(yīng)用于農(nóng)產(chǎn)品、日常食品、海產(chǎn)品及其制品中硝酸鹽、甲醛、二氧化硫、亞硝酸鹽和吊白塊含量的快速定量測定。

亞硝酸鹽試劑（一）：紅色塑料管

亞硝酸鹽試劑（二）：棕色塑料管

亞硝酸鹽試劑（三）：黑色塑料管

亞硝酸鹽試劑（四）：白色大號塑料管

亞硝酸鹽試劑（五）：棕色大號塑料管

所有亞硝酸鹽試劑均需避光、低溫（冰箱4℃左右）保存。

3.2.1 樣品處理

1）        水溶性固體樣品（如食鹽） 準(zhǔn)確稱取1.00克均勻樣品后，置于20毫升提取瓶中，加水溶解稀釋至10毫升刻度線處備用。

2）        其它固體樣品（如肉罐頭、熏肉、火腿、香腸、灌腸、魚類、肉類等）  將適量的樣品移入攪碎機(jī)容器內(nèi)，按照說明書安裝好，攪碎1分鐘樣品呈均漿狀。準(zhǔn)確稱取1.00克樣品，置于20毫升提取瓶中，加水稀釋至10毫升刻線處，加入亞硝酸鹽試劑（四）一支，取一小片pH試紙，用攪拌針蘸一滴樣品溶液滴在pH試紙上，試紙變?yōu)榫G色或藍(lán)黑色（pH≥8）。否則，繼續(xù)滴加亞硝酸鹽試劑（四）直至溶液使pH試紙變?yōu)樗{(lán)黑色。用攪拌針攪拌混勻后加入亞硝酸鹽試劑（五）一支，再用攪拌針攪拌混勻。

將樣品提取瓶放入儀器上的（60±2℃）加熱器2（四孔）中加熱提取10分鐘（在提取的過程當(dāng)中，用攪拌針攪拌1～2次），取出靜置冷卻至室溫，用注射器取樣品上清液，再用針頭式過濾器過濾后備用。

針頭式過濾器使用方法：將塑料連接管安裝在注射器針頭位置，吸取待過濾 溶液約10毫升，取下塑料連接管，安裝上針頭式過濾器（預(yù)先在過濾器上安好濾膜，濾膜一次性使用，過濾器洗凈后可重復(fù)使用），將待測溶液過濾至一支干凈并且干燥過的比色瓶中備用（過濾時要棄去初濾液約2毫升左右）。

3）        液體樣品（如礦泉水等）     準(zhǔn)確移取1.00毫升液體樣品（需要設(shè)置液體樣品的密度），置于20毫升比色瓶中，加水稀釋至10毫升刻度線備用（若溶液不澄清，可用針頭式過濾器過濾后使用，過濾方法與固體樣品相同）。

3.2.2 亞硝酸鹽測定

根據(jù)所測定樣品的處理過程和測量方法，首先進(jìn)行測量前的設(shè)置。進(jìn)入“設(shè)置”項目選擇“亞硝酸鹽”，按 鍵，再選擇到“設(shè)置”，設(shè)置各項所需參數(shù)。

3.2.2.1 樣品：用5.00毫升移液器準(zhǔn)確移取待測溶液1.00毫升置于干燥過的白色刻度線比色瓶B中，加水稀釋至5毫升刻度線處，加入亞硝酸鹽試劑（一）、（二）、（三）各一支后，蓋上比色瓶定位器搖勻。

3.2.2.2 試劑空白：加水至干燥過的藍(lán)色刻度線比色瓶B的5毫升刻度線處，再加入亞硝酸鹽試劑（一）、（二）、（三）各一支后，蓋上比色瓶定位器搖勻。（樣品與試劑空白同時操作）

將空白及樣品比色瓶放入GDYQ-702S食品檢測·快速恒溫加熱儀（35±2℃）中加熱顯色3分鐘。恒溫加熱3分鐘結(jié)束后會發(fā)出提示音，取出比色瓶，立即測量。

3.2.2.3 測量操作

1）        旋緊比色瓶定位器，擦凈白色刻度線比色瓶B和藍(lán)色刻度線比色瓶B的外壁，將試劑空白比色瓶B（藍(lán)色刻度線）放入比色瓶槽中鎖定。

2）        進(jìn)入“測量”項目選擇“亞硝酸鹽”，然后選擇“空白”，按 鍵，儀器顯示“空白測量完畢”。

3）        取下試劑空白比色瓶B（藍(lán)色刻度線），將樣品比色瓶B（白色刻度線）放入比色槽中鎖定，選擇“樣品”，按 鍵，儀器顯示值即為樣品中亞硝酸鹽含量。

對20余種肉制品中的亞硝酸鹽含量進(jìn)行了測定，并與國標(biāo)法進(jìn)行了對比分析，結(jié)果見表1。

 

由表1中的分析結(jié)果可見，采用食品安全快速分析儀所得的檢測結(jié)果與國標(biāo)法無顯著差異。采用GDYQ-501MA五合一食品安全分析儀可在現(xiàn)場短時間（30分鐘）內(nèi)實現(xiàn)準(zhǔn)確檢測出農(nóng)產(chǎn)品和食品中甲醛、吊白塊、亞硝酸鹽、硝酸鹽和二氧化硫的含量。

 

[1] 張致新. 我國食品中亞硝酸鹽的監(jiān)測及其毒性，中國熱帶醫(yī)學(xué)，2001，1（2）：138～139

[2] 吳蘊棠，張萬起，車素萍. 天津市市售肉制品中亞硝酸鹽殘留量的調(diào)查分析，中國食品衛(wèi)生雜志，2000，12（1）：24～25

[3] 蘭成芳. 強化食品添加劑一一亞硝酸鹽的監(jiān)督監(jiān)測管理工作，Journal of Occupational Health and Damage，2002，16（2）：96

[4] 李繼紅，彭增起. 常見的幾種添加劑對肉制品功能特性的影響，肉類工業(yè)，2003，4：36～38

[5] 中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)，GB/T 5009.33-2003，食品中亞硝酸鹽與硝酸鹽的測定

[6] 長春吉大·小天鵝儀器有限公司深圳分公司. GDYQ-501MA五合一食品安全分析儀操作手冊