发明内容
本发明的目的在于克服已有色谱分析技术的不足,提供一种食品中特别是原料乳及其制品中三聚氰胺的检测方法及其装置。
本发明另一目的在于提供一种实现上述检测的分子印迹聚合物膜为基础的离子选择性电极。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案为:
三聚氰胺的检测方法:将待测样品经预处理去除蛋白质,所得清液以恒定流速流过一阴阳离子交换串联柱,使其去除阴阳离子干扰,而后将待测清液和pH=3-5醋酸-醋酸锂缓冲溶液移入待测试样池中,将以分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极插入其中,产生一定的电位信号,再根据采用标准加入法以三聚氰胺标准物产生的标准电位信号的标准曲线,通过电位差值得待测样品中三聚氰胺的含量。
所述待测样品预处理过程:将待测样品加入到有机溶剂乙醇中使其混合均匀,使得蛋白质变性,同时样品中的三聚氰胺进入溶剂相,而后离心,使得待测样品经预处理去除蛋白质。
所述分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极:为在离子选择性电极头上黏附聚合物敏感膜,所述为敏感膜为将聚合物基体材料、增塑剂、分子印迹聚合物颗粒和阳离子交换剂按重量份数比为20-40∶40-80∶0.2-20∶0.1-10混合,而后融入到四氢呋喃溶液中,搅拌使之成为均匀溶液,在室温下自然挥发即可。
所述聚合物基体材料为聚氯乙烯、聚丁基丙烯酸酯、聚丙烯酸丁酯、聚醚酰亚胺、橡胶或溶胶凝胶膜;增塑剂为邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、二-2-乙基己基癸酯、癸二酸二丁酯或癸二酸二辛酯;阳离子交换剂为四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠。
所述三聚氰胺的检测方法,其特征在于:所述的分子印迹聚合物颗粒是将三聚氰胺模版分子、单体甲基丙烯酸(MAA)和交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯(EGDMA)按摩尔分数比1∶3-4∶2-20混合,加入到反应溶剂中使上述物质混合均匀并超声10-30min,而后再加入偶氮二异丁腈(AIBN),存在下60-90℃热引发聚合12-24h得白色块状聚合物,将白色块状聚合物用甲醇/乙酸洗脱,而后再用热的超纯水洗脱,直到洗脱液在紫外吸收光谱中λ=235nm处无吸收峰为止,即得分子印迹聚合物。所述的反应溶剂为苯、氯仿或N,N-二甲基甲酰胺。
所述引发聚合后白色块状聚合物经研磨、筛分,取100-300目聚合物用甲醇/乙酸(8∶2,v/v)混合溶剂连续洗脱三次,每次2h,后再采用热的超纯水洗脱,所得分子印迹聚合物颗粒300-500目的作为分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极敏感膜。
三聚氰胺的检测装置:阴阳离子交换串联柱3的一端、第二流动注射装置5和待测试样容器6分别与三通阀7相连接,阴阳离子交换串联柱3的另一端通过第一流动注射装置2连接有超微孔蛋白质滤器1,第二流动注射装置5上连接有缓冲溶液池4;在待测试样容器6内插有分子印迹聚合物膜12修饰的离子选择性电极8。
离子计9分别与分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8和参比电极10相连,分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8内插有内参比电极11。
所述超微孔滤器滤膜孔径≤0.45μm。所述阴阳离子交换串联柱为阴离子交换柱在前阳离子交换柱在后,阴离子交换树柱内填充物为717强碱型离子交换树脂,阳离子交换树脂内填充物为732强酸型离子交换树脂。
检测原理:将含有一定量三聚氰胺的食品样品加入一定量的有机溶剂,使得蛋白质变性,同时样品中的三聚氰胺进入溶剂相,离心,后通过超微孔过滤装置以及阴阳离子交换串联柱去除掉蛋白质和绝大部分的阴阳离子,避免了蛋白质大分子和阴阳离子对离子选择性电极的干扰,并在一定的pH值下将其转化为三聚氰胺离子。采用离子选择性电极测定待测液中三聚氰胺的浓度,由此可知食品样品中三聚氰胺的含量。
本发明的优点在于:
1.本发明采用分子印迹技术为基础的离子选择性电极检测食品中的三聚氰胺含量,避免了使用大型色谱分析仪器,使得测试成本大大降低,并使得三聚氰胺的定量现场监测成为可能,因而本发明将在食品检验、农产品检验、生产等方面发挥巨大的作用。
2.本发明结合含自动控制的流动注射技术,易于实现分析过程的自动化、连续化,适合于大批次样品的在线动态分析监测。
3.本发明电极制备简单,易于小型化,操作简单方便,灵敏度和准确度较高。本发明电极测定对Na+离子选择性系数为-4.66(±0.05)。电极在1×10-2-5×10-6mol/L的三聚氰胺溶液中有较好的能斯特响应,斜率为51mV,检出限可达10-6mol/L。
4.由于三聚氰胺在水中呈弱碱性,但在酸性介质条件下,三聚氰胺以阳离子形式存在,本发明采用分子印迹聚合物敏感膜离子选择性电极对牛奶等食品中的残留三聚氰胺进行检测。将三聚氰胺离子选择电极和外参比电极(如甘汞电极)浸入待测含三聚氰胺的溶液,构成原电池。当三聚氰胺离子选择电极与含三聚氰胺的试液接触时,电池的电动势E随溶液中三聚氰胺离子活度变化而改变。该原电池的电动势与三聚氰胺离子活度的对数呈线性关系,遵守能斯特方程。故通过测量电极与已知浓度溶液组成的原电池电动势和电极与待测浓度溶液组成的原电池电动势,即可计算待测样品中的浓度。所用的定量方法是标准曲线法和标准加入法。本发明实验结果表明,三聚氰胺阳离子在分子印迹聚合物膜离子选择电极上具有强的电位响应信号,食品中的其它离子不干扰测定。
5.本发明建立了一套准确、可靠、灵敏度高的检测食品中三聚氰胺的方法,不添加入任何化学试剂,在室温条件下现场、快速、准确测定三聚氰胺,同时,还具有操作简单方便、灵敏度高和准确度高等优点,切适用于农业检验、生产等实践过程。
具体实施方式
实施例1
以本发明测试某品牌纯牛奶中三聚氰胺的含量为例,其现阶段牛奶中无三聚氰胺存在。其测定步骤如下:
a.分子印迹聚合物的制备:取352mg三聚氰胺标准品和948μl预先真空蒸馏过的α-甲基丙烯酸单体加入到250ml圆底烧瓶中,静置5min,再将上述混合的物质中加6.3ml交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯以及123mg引发剂偶氮二异丁腈,超声振荡10min,待混合均匀后,加入100ml经一次蒸馏的苯溶剂于以上混合物中,继续超声振荡10min,最后通氮气10min,以除去反应溶液中存在的氧气,密封。将上述反应容器移至油浴中,于75℃下反应17h,得白色固体颗粒。
将上述白色固体颗粒于玛瑙研钵中粉碎研磨,过筛,选取100-200目500mg上述白色固体颗粒将其用甲醇/乙酸(8∶2,v/v)混合溶剂连续清洗三次,每次2h;再采用50ml热超纯水连续洗涤多次,直至于紫外吸收光谱下λ=235nm处无吸收峰为止,所得颗粒经进一步研磨,粒径在300-400目的颗粒作为传感器材料,备用。
b.电极的制备:PVC颗粒、邻-硝基苯辛醚、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸的混合物共400mg,其中为30.78wt%PVC颗粒、61.56wt%邻-硝基苯辛醚,6.16wt%分子印迹聚合物颗粒和1.5wt%四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,移入到3.5ml四氢呋喃溶液中,超声、搅拌4h使之分散均匀,并在室温下自然挥发12h,即得到分子印迹聚合物敏感膜,厚度约为200μm。利用打孔器将敏感膜切割成0.6cm直径大小的均匀圆形切片,以四氢呋喃和PVC的混合液将敏感膜黏附到聚四氟乙烯管顶管。电极在使用前应以10-4mol/l三聚氰胺(醋酸-醋酸锂缓冲溶液,pH=3.7)活化24h。
c.检测装置:阴阳离子交换串联柱3的一端、第二流动注射装置5和样品收集池6分别与三通阀7相连接,阴阳离子交换串联柱3的另一端通过第一流动注射装置2连接有超微孔蛋白质滤器1,第二流动注射装置5上连接有缓冲溶液池4;在样品收集池6内插有分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8(参见图1)。所述阴阳离子交换串联柱为阴离子交换柱在前阳离子交换柱在后,阴离子交换树脂柱内填充物为717强碱型离子交换树脂(上海国药集团化学试剂有限公司),阳离子交换树脂内填充物为732强酸型离子交换树脂(上海国药集团化学试剂有限公司)。
电极:PXSJ-216L离子计9分别与分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极工作电极8和外参比电极饱和甘汞电极10相连,分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8内插有内参比电极Ag/AgCl电极11,PXSJ-216L离子计测定电位值(参见图2)。同时10-4mol/L的三聚氰胺内充液注入分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极内,并且底部黏附分子印迹聚合物敏感膜12,离子选择性电极为工作电极正极,饱和甘汞电极为参比电极为负极,正极与负极通过导线与PXSJ-216L离子计相连。
d.取10ml某品牌纯牛奶样品,加入0.37mg三聚氰胺,超声振荡10min混合均匀。加入10ml无水乙醇和10ml超纯水溶液,离心5min(转速15000rpm),后将上清液通过0.45μm微孔过滤装置滤去大分子蛋白质及其它不溶物。取下层清液经由第一流动注射装置的蠕动泵以0.2ml/min的流速将清液连续泵入阴阳离子交换树脂串联柱,离子交换柱出口与三通样品收集池相连;同时缓冲溶液池内的20ml醋酸-醋酸锂缓冲溶液(pH=3.7)由第二流动注射装置的蠕动泵将缓冲液泵入通过三通相连的样品收集池中,使其与待测样品混合,并通过样品收集池内插入的电极测试,即产生一定的样品电位信号,由计算机记录。
f.标准工作曲线的绘制:以分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极为工作电极、饱和甘汞电极为外参比电极,PXSJ-216L离子计测定电位值。将分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极插入分别盛有30mLpH=3.7乙醇/醋酸-醋酸锂缓冲溶液和不同浓度的三聚氰胺溶液的测量池中(三聚氰胺浓度分别为10-2,10-3,10-4,10-5,5×10-5,10-6mol/L),电极在不同浓度的三聚氰胺溶液中产生不同的电位降,以电位差对浓度做出标准工作曲线(参见图3)。
g.采用多重标准加入法将10-3mol/l三聚氰胺/醋酸-醋酸锂标准溶液加入测量池中,即得一系列不同三聚氰胺浓度下(1.8×10-5,3.6×10-5,5.4×10-5,7.2×10-5,9.0×10-5mol/L)的电位值,以10E/S对标准溶液的加入浓度绘制曲线(其中E为不同加入浓度下的电位差,S为标准工作曲线的斜率),根据曲线的截距可计算得原奶液中三聚氰胺的浓度(参见图4)。
本发明电极测定对Na+离子选择性系数为-4.66(±0.05)。电极在1×10-2-5×10-6mol/L的三聚氰胺溶液中有较好的能斯特响应,斜率为51mV,检出限可达10-6mol/L。
实施例2
取两种不同品牌的牛奶配置两个加标试样,浓度为5×10-5mol/l和2.5×10-5mol/l,依照实施例1中步骤d、f和g测定电位差,参照标准工作曲线(参见图3),采用多重标准物加入法计算出相应的浓度,测定的加标回收率110%和95%。
实施例3
以某品牌婴儿配方奶粉(0-6个月婴儿适用)测定为例。
a.分子印迹聚合物的制备:取352mg三聚氰胺标准品和948μl预先真空蒸馏过的α-甲基丙烯酸单体加入到250ml圆底烧瓶中,静置5min。后将6.3ml交联剂乙二醇二甲基丙烯酸酯以及123mg引发剂偶氮二异丁腈加入到上述混合物中,超声振荡10min。待混合均匀后,加入100ml经一次蒸馏的氯仿溶剂于以上混合物中,继续超声振荡10min。最后通氮气10min,以除去反应溶液中存在的氧气,密封。将上述反应容器移至油浴中,于60℃下反应17h,得白色固体颗粒。
将上述白色固体颗粒于玛瑙研钵中粉碎研磨,过筛。取500mg200-300目颗粒采用甲醇/乙酸(8∶2,v/v)混合溶剂连续清洗三次,每次2h;采用50ml热超纯水连续洗涤多次,直至于紫外吸收光谱下λ=235nm处无吸收峰为止。所得颗粒经进一步研磨,粒径400-500目的颗粒作为传感器材料。
b.电极的制备PVC颗粒、邻-硝基苯辛醚、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸的混合物共400mg,其中为30.78wt%PVC颗粒、61.56wt%邻-硝基苯辛醚,6.16wt%分子印迹聚合物颗粒和1.5wt%四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,移入到3.5ml四氢呋喃溶液中,超声、搅拌4h使之分散均匀,后在室温下自然挥发12h,即得到分子印迹聚合物敏感膜,厚度约为200μm。利用打孔器将敏感膜切割成0.6cm直径大小的均匀圆形切片,以四氢呋喃和PVC的混合液将敏感膜黏附到聚四氟乙烯管顶管。电极在使用前应以10-4mol/l三聚氰胺(醋酸-醋酸锂缓冲溶液,pH=3.7)活化24h。
c.检测装置:阴阳离子交换串联柱3的一端、第二流动注射装置5和样品收集池6分别与三通阀7相连接,阴阳离子交换串联柱3的另一端通过第一流动注射装置蠕动泵2连接有超微孔蛋白质滤器1,第二流动注射装置5上连接有缓冲溶液池4;在样品收集池6内插有分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8(参见图1)。
电极:PXSJ-216L离子计9分别与分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极工作电极8和外参比电极饱和甘汞电极10相连,分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极8内插有内参比电极Ag/AgCl电极11,PXSJ-216L离子计测定电位值(参见图2)。同时10-4mol/L的三聚氰胺内充液注入分子印迹聚合物修饰的离子选择性电极内,并且底部黏附分子印迹聚合物敏感膜,离子选择性电极为工作电极正极,饱和甘汞电极为参比电极为负极,正极与负极通过导线与PXSJ-216L离子计相连。
d.取135g某品牌婴幼儿配方奶粉(0-6个月适用)样品,加入80ml 50℃超纯水,配成100ml奶液。将上述奶液加入0.27mg三聚氰胺,超声振荡10min混合均匀。加入25ml无水乙醇,后将上述溶液离心5min(转速15000rpm),取上层清液经由主蠕动泵以0.2ml/min的流速将上清液连续泵入阴阳离子交换树脂串联柱,离子交换柱出口与三通样品收集池相连。同时缓冲溶液池内的20ml醋酸-醋酸锂缓冲溶液(pH=3.7)由第二流动注射装置蠕动泵将缓冲液泵入通过三通相连的样品收集池中,使其与待测样品混合,并通过样品收集池内插入的电极测试,即产生一定的样品电位信号,由计算机记录。
e.采用多重标准加入法将10-3mol/l三聚氰胺/醋酸-醋酸锂标准溶液加入测量池中,即得一系列不同三聚氰胺浓度下(1.8×10-5,3.6×10-5,5.4×10-5,7.2×10-5,9.0×10-5mol/L,由图5的横坐标可以读出)的电位值,以10E/S对标准溶液的加入浓度绘制曲线(其中E为不同加入浓度下的电位差,S为实施例1中标准工作曲线的斜率),得到工作曲线,根据曲线的截距可计算得知奶粉中三聚氰胺的浓度(参见图5)。
实施例4
本发明应用于鸡蛋样品中的三聚氰胺含量的测定。
取某品牌鸡蛋样品配置两个加标试样,依照实施例3步骤d、e,参照标准工作曲线(参见图3),采用多重标准物加入法,列出应答对每次加入量的图线,然后将所得的直线外延至零应答,以浓度横轴上的负截距表示鸡蛋样品中三聚氰胺的浓度。
实施例5
本发明应用于鸡饲料样品中的三聚氰胺含量的测定。
取某品牌鸡饲料样品以超纯水浸泡,滤去不溶物,以下层清液配置两个加标试样,依照实施例3步骤d、e,参照标准工作曲线(参见图3),采用多重标准物加入法,列出应答对每次加入量的图线,然后将所得的直线外延至零应答,以浓度横轴上的负截距表示鸡饲料样品中三聚氰胺的浓度。
实施例6
本发明应用于饼干样品中的三聚氰胺含量的测定。
取某品牌饼干样品研磨,后以热的超纯水浸泡,滤去不溶物,以下层清液配置两个加标试样,依照实施例3步骤d、e,参照标准工作曲线(参见图3),采用多重标准物加入法,列出应答对每次加入量的图线,然后将所得的直线外延至零应答,以浓度横轴上的负截距表示饼干样品中三聚氰胺的浓度。
实施例7
本发明将分子印迹聚合物膜修饰于电极表面,从而提高电极检测的灵敏度。铂电极13用作修饰电极,将分子印迹聚合物修饰于铂电极表面,并与PXSJ-216L离子计相连,Ag/AgCl电极用作参比电极,PXSJ-216L离子计通过计算机控制记录输出数据。
实施例8
所述离子选择性电极头上黏附分子印迹基的聚合物敏感膜为:聚丁基丙烯酸酯、二-2-乙基己基癸二酸酯(DOS)、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,按重量份数比为30∶60∶9∶1混合,而后融入到四氢呋喃溶液中,搅拌使之成为均匀溶液,在室温下过夜,即得到有弹性的分子印迹聚合物敏感膜。
实施例9
所述离子选择性电极头上黏附分子印迹聚合物敏感膜为:橡胶、邻-硝基苯辛醚(o-NPOE)、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,按重量份数比为30∶70∶9∶1混合,而后融入到四氢呋喃溶液中,搅拌使之成为均匀溶液,室温下放置过夜,即得到有弹性的分子印迹聚合物敏感膜。
实施例10
所述离子选择性电极头上黏附分子印迹聚合物敏感膜为:溶胶凝胶、癸二酸二辛酯、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,按重量份数比为20∶40∶18∶1混合,而后融入到四氢呋喃溶液中,搅拌使之成为均匀溶液,室温下放置过夜,即得到有弹性的分子印迹聚合物敏感膜。
实施例11
所述离子选择性电极头上黏附分子印迹聚合物敏感膜为:聚丁基丙烯酸酯、癸二酸二丁酯、分子印迹聚合物颗粒和四(3,5-二(三氟甲基)苯基)硼酸钠,按重量份数比为25∶50∶18∶2混合,而后融入到四氢呋喃溶液中,搅拌使之成为均匀溶液,室温下放置过夜,即得到有弹性的分子印迹聚合物敏感膜。