CN114486964A - 一种基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法。包括如下步骤:所述X射线光源对待测样品进行照射并产生散射波,该散射波相互干涉在特定方向产生强x射线衍射,该强x射线含有待测样品的特征信息,通过能量探测器将含有该样品特征信息的强x射线收集,通过仪器测量记录系统得到待测样品的衍射图谱数据;所述衍射仪探测器对强衍射x射线信号进行分析处理,得到待测样品的检测结果。本发明简单快速,对待测样品无损无污染,大大简化了三聚氰胺的检测步骤,降低了监测成本;去除了奶粉、淀粉、豆奶粉等食品和乳制品基质材料的干扰,稳定准确的鉴别三聚氰胺及其类似物的掺杂。
Description
技术领域
本发明涉及食品成分分析检测技术领域,属于高蛋白含量乳质食品检测领域,具体涉及一种基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法。
背景技术
高蛋白食品中添加三聚氰胺造成蛋白质含量较高的假象,引发婴幼儿肾结石及公众身体健康危害,造成严重的食品安全事故;自2008年至今,类似事件不断发生,引起各国的高度重视和关注,触发社会对乳制品安全的担忧。三聚氰胺,分子式为C3H6N6,是一种三嗪类含氮杂环有机化合物,是白色单斜晶体,几乎无味,微溶于水,可溶于甲醇、甲醛、乙酸、热乙二醇、甘油、吡啶等。三聚氰酸(氰尿酸),化学式C3H3N3O3,是白色结晶;三聚氰酸二酰胺和三聚氰酸一酰胺是难溶于水的无色针状晶体。
X-射线衍射是人类用来研究物质微观结构的首要方法。X射线衍射的应用范围非常广泛,现已渗透到物理、化学、地球科学、材料科学以及各种工程技术科学中,成为一种重要的实验方法和结构分析手段,具有无损试样的优点。
XRD物相分析是利用x射线照射材料,材料内部存在的规则排列的原子间距离与入射X射线波长有相同的数量级,不同原子散射的x射线相互干涉,在某些特殊的方向产生强x射线衍射,衍射线在空间分布的方位和强度,与材料的晶体结构密切相关。作为高精密光谱分析仪器,越来越多的被应用到药品、食品、医疗器械等领域中。
豆奶(soy milk)作为我国传统的植物蛋白饮料,不仅富含蛋白质,脂肪,钙、磷、铁等矿物质和维生素等营养成分,还含有异黄酮、皂甙等生物活性物质,消化率高达95%,可被人体充分利用,也能适合乳糖不耐受症、心血管疾病以及糖尿病患者饮用。其中,蛋白质含量的高低直接决定乳制品的营养价值,是衡量乳制品品质的重要标准。当采用常规的凯氏定氮法测食品中的蛋白含量时,也不能将蛋白质中的氮含量与非蛋白质中氮含量进行有效的区分。不法商家利用其漏洞将三聚氰胺等含氮量极高的有害化合物作为添加剂加入,造成粗蛋白高的假象欺骗消费者,酿成惨剧。检测豆奶中三聚氰胺的含量能有效管控豆奶的品质,而针对豆奶中三聚氰胺的检测鲜有报道。目前针对乳制品中三聚氰胺现行有效的国家标注2项(GB/T22388和GB/T22400-2008),以及部分行业标准和地方标准,涉及的检验方法包括液相色谱法、质谱法、免疫学方法、近红外线吸收法、拉曼光谱法、传感器、电化学等,方法很多且大部分具有较高的灵敏度。但是,检验过程中也会存在一系列问题:包括样品预处理繁琐,分析效率低,不利于实现快速检测和筛查;有机溶剂的使用造成检测成本以及污水处理成本的提升;检测结果不稳定导致出现误检的假阴性和假阳性等。同时,上述各类检测方法不能对三聚氰胺及其类似物同时进行检测区别,也不能检测结合态的三聚氰胺,从而影响了检测结果的准确性。
奶粉及高蛋白食品中添加三聚氰胺造成蛋白质含量较高的假象,引发婴幼儿肾结石及公众身体健康危害,造成严重的食品安全事故;自2008年至今,类似事件不断发生,引起各国的高度重视和关注,触发社会对乳制品安全的担忧。三聚氰胺的定性定量检测可以通过:气相色谱法、超高效液相色谱-电喷雾串联质谱法、离子色谱法、高效液相色谱及气质联用和液质联用等,方法众多且具有较高的检测精度。但是目前这些检测方法存在一系列问题,检测过程操作复杂,样品前处理时间长,不利于实现快速检测和筛查,检测检验成本高。市场严格监管的形势下,出现掺杂三聚氰胺类似物或叠氮化合物规避三聚氰胺掺杂的现象。上述各类检测方法不能对三聚氰胺及其类似物同时进行检测,也不能检测结合态的三聚氰胺,从而影响了检测结果的准确性,不能适应食品安全检测监管严峻形势的发展。因此,迫切需要发展高效快捷的检测方法,为食品安全监测提供技术支撑和数据支持。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足,提供一种基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法。
本发明技术方案如下。
应用于高蛋白质含量食品、饮品原料、动物饲料等中三聚氰胺及类似物的快检方法。
一种基于x射线衍射系统三聚氰胺及其类似物的快速检测:包括x-射线光源、超能探测器及衍射仪主体;衍射仪的最大管压:45~60kV;最大管流:45~60mA,测角仪扫描范围:0°~150°,最小可控步长:0.0001度,探测器计数矩阵:256×256pixcel,FWHM=0.028;
包括如下步骤:所述X射线光源对待测样品进行照射并产生散射波,该散射波相互干涉在特定方向产生强x射线衍射,该强x射线含有待测样品的特征信息,通过能量探测器将含有该样品特征信息的强x射线收集,通过仪器测量记录系统得到待测样品的衍射图谱数据;所述衍射仪探测器对强衍射x射线信号进行分析处理,得到待测样品的检测结果。
较佳的,所述X射线光源对待测样品进行照射并产生散射波,该散射波相互干涉在特定方向产生强x射线衍射,该强x射线含有待测样品的特征信息,通过能量探测器将含有该样品特征信息的强x射线收集,通过仪器测量记录系统得到待测样品的衍射图谱数据。
较佳的,所述衍射仪探测器对强衍射x射线信号进行分析处理,得到待测样品的检测结果。
本发明提供了一种基于x射线衍射分析的三聚氰胺及其类似物检测系统的用途,其特征在于用于奶粉、蛋白粉、豆奶粉、动物饲料等中除三聚氰胺添加外,同时快速检测三聚氰胺类似物的添加。
本发明基于x射线衍射系统的快速检测三聚氰胺及其类似物的技术方案,包括测试仪器、样品前处理方法、样本检测、结果比对等部分,该方案的步骤如下:
1)检查仪器状态:X射线衍射仪系统,环境湿度30%-70%,具备一定的2θ角度采集范围,步长和计步时间可调的模式,选取无重合干扰的2θ衍射峰对应的晶面作为三聚氰胺及其类似物物相鉴定的测试分析衍射晶面;
2)样品处理:根据样品状态,选择性进行干燥、研磨、混匀(过筛)等,使颗粒符合测试需求。将粉末均匀装入玻璃凹槽内,用玻璃板压紧,表面齐平,采集样品的衍射信息;
3)设置x射线衍射仪的管流、管压、光澜系统、扫描角度和扫描速率
4)将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
5)将收集到的各个衍射信号依次输入到分析软件,进行物相匹配分析;
5)以2θ衍射角17.7°、21.7°、26.2°、28°、29.8°等作为三聚氰胺的定性峰,优选26.2°,对应的衍射晶面[-3.0.1]作为三聚氰胺的物相定性特征峰,样本衍射峰与三聚氰胺PDF卡片(JCPDS:24-1923、JCPDS:00-024-1654)对应比对,即可判断食品、原料及动物饲料是否含有三聚氰胺;
6)以2θ角19.5°、19.8°、26.3°及29.8°,优选29.8°,对应的衍射晶面[2.0.2]作为三聚氰酸的物相定性特征峰峰样本衍射峰与氰尿酸PDF卡片(JCPDS:48-2117、JCPDS:00-023-1637)对应比对,即可判断食品、原料及动物饲料是否含有氰尿酸;
7)较佳的,Cu Kα辐射,管压40kV,管流40mA,光澜系统:Anti-scatter slit=1,Divergence Slit=1/2,采用θ-2θ连续扫描方式,Step size:0.0131°,Time per step:60s,扫描角度:10-60°,扫描时间12min。
本发明相对于现有技术,具有如下的优点及效果:
本发明简单快速,对待测样品无损无污染,大大简化了三聚氰胺的检测步骤,降低了监测成本;去除了奶粉、淀粉、豆奶粉等食品和乳制品基质材料的干扰,稳定准确的鉴别三聚氰胺及其类似物的掺杂;除三聚氰胺添加外,同时可以快速检测其类似物的添加,实现对奶粉质量的有效监督,防止不法厂家生产和销售劣质奶粉现象的发生。
附图说明
图1为XRD检测系统结构示意图
图2为三聚氰胺和氰尿酸的XRD谱图
图3为实施例1中儿童奶粉快速检测氰尿酸的XRD谱图;
图4为实施例2中市售增肌蛋白粉快速检测氰尿酸的XRD谱图;
图5为实施例3中儿童奶粉快速检测三聚氰胺XRD谱图;
图6为实施例4中儿童羊奶粉快速检测三聚氰胺XRD谱图;
图7为实施例5中豆奶粉样品负载三聚氰酸浓度为2mg/500mg扫描2min的X射线衍射测试谱图;
图8为实施例6中豆奶粉样品负载三聚氰胺浓度为2mg/300mg扫描6min的X射线衍射测试谱图;
图9为实施例7中豆奶粉样品负载三聚氰胺浓度为1mg/500mg扫描12min的X射线衍射测试谱图;
图10为实施例8淀粉基质(饲料)中氰尿酸的负载氰尿酸浓度为2mg/500mg的XRD测试谱图;
图11为实施例9奶粉基质(饲料)中氰尿酸的负载氰尿酸浓度为2mg/500mg的XRD测试谱图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述,但本发明的实施方式不限于此。
x射线衍射仪分析采用荷兰帕纳科锐影衍射系统,Cu Kα辐射,管压40kV,管流40mA,采用θ-2θ连续扫描方式:
实施例1
S1.选用市售儿童奶粉作为基质,称取氰尿酸2mg加入500mg奶粉中,研磨混匀,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=1,DivergenceSlit=1/2,扫描角度:10-40°,Step size:0.02°,Time per step:60s,扫描时间约5min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.奶粉样品复合氰尿酸浓度为2mg/500mg,测试图谱可见19.0°、19.8°、29.8°衍射峰,非基质奶粉所有,对应氰尿酸的强特征峰,实现快速检测奶粉掺杂三聚氰胺类似物氰尿酸。
实施例2
S1.选用市售增肌蛋白粉作为基质,称取氰尿酸3mg加入1000mg蛋白粉中,研磨混匀,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=1,DivergenceSlit=1/2,扫描角度:10-40°,Step size:0.02°,Time per step:60s,扫描时间约5min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.奶粉样品负载氰尿酸浓度为3mg/1000mg,测试图谱明显可见19.74°、22.3°及29.8°衍射峰,非基质增肌蛋白粉所有,对应氰尿酸的强特征峰,实现快速检测蛋白粉掺杂三聚氰胺类似物氰尿酸。
实施例3
S1.选用市售奶粉作为基质,称取三聚氰胺1mg加入500mg奶粉中,研磨混匀,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=1,DivergenceSlit=1/2,扫描角度:15-30°,Step size:0.0065°,Time per step:120s,扫描时间约20min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.奶粉样品负载三聚氰胺浓度为1mg/500mg,测试图谱可见20.8°、26.16°衍射峰,非基质奶粉所有,对应三聚氰胺的三强特征峰,实现快速检测奶粉掺杂三聚氰胺。
实施例4
S1.选用市售婴幼儿羊奶粉作为基质,称取氰尿酸2mg加入500mg羊奶粉中,研磨混匀,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=2,DivergenceSlit=1,扫描角度:10-40°,Step size:0.01°,Time per step:60s,扫描时间约10min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.羊奶粉样品负载氰尿酸浓度为2mg/500mg,测试图谱可见26.47°、29.88°衍射峰,非基质羊奶粉所有,对应氰尿酸的三强特征峰,实现快速检测羊奶粉掺杂三聚氰胺类似物氰尿酸。
实施例5
S1.选用市售豆奶粉作为基质,称取三聚氰酸2mg加入500mg豆奶粉中,研磨混匀,过200目筛,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:发散狭缝1/2°,防散射狭缝1°,扫描角度:10°-45°,Step size:0.0131°,Time per step:10s,扫描时长:2min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.豆奶粉样品负载三聚氰酸浓度为2mg/500mg,测试图谱并获得三聚氰酸在2θ角29.8°,对应的衍射晶面[2.0.2]特征峰,非基质豆奶粉所有,实现快速定性检测豆奶粉掺杂三聚氰胺类似物三聚氰酸。
实施例6
S1.选用市售豆奶粉作为基质,称取三聚氰胺2mg加入300mg豆奶粉中,研磨混匀,过200目筛,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:发散狭缝1/2°,防散射狭缝1°,扫描角度:10°-45°,Step size:0.0131°,Time per step:30s,扫描时长:6min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.豆奶粉样品负载三聚氰胺浓度为2mg/300mg,测试图谱并获得三聚氰胺在2θ角26.2°,对应的衍射晶面[-3.0.1]特征峰,非基质豆奶粉所有,实现快速检测豆奶粉掺杂三聚氰胺。
实施例7
S1.选用市售豆奶粉作为基质,称取三聚氰胺1mg加入500mg豆奶粉中,研磨混匀,过200目筛,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:发散狭缝1/2°,防散射狭缝1°,扫描角度:10°-45°,Step size:0.0131°,Time per step:60s,扫描时长:12min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.豆奶粉样品负载三聚氰胺浓度为1mg/500mg,测试图谱并获得三聚氰胺在2θ角26.2°,对应的衍射晶面[-3.0.1]特征峰,非基质豆奶粉所有,实现快速检测豆奶粉掺杂三聚氰胺。
实施例8
S1.选用淀粉作为基质,称取氰尿酸2mg加入500mg淀粉中,研磨混匀,过200目筛,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=1,DivergenceSlit=1/2,扫描角度:15-35°,Step size:0.0065°,Time per step:60s,扫描时间约15min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.淀粉样品负载氰尿酸浓度为2mg/500mg,测试图谱明显可见19.8°、26.3°及29.8°衍射峰,非基质淀粉所有,对应氰尿酸的强特征峰,实现快速检测淀粉基质动物饲料掺杂三聚氰胺类似物氰尿酸。
实施例9
S1.选用市售动物奶粉作为基质,称取氰尿酸2mg加入500mg奶粉中,研磨混匀,过200目筛,备用;
S2.采用θ-2θ连续扫描方式,设置光澜系统:Anti-scatter slit=1,DivergenceSlit=1/2,扫描角度:15-30°,Step size:0.0065°,Time per step:60s,扫描时间约10min;
S3.取适量样品装填于样品槽内压片,将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
S4.动物奶粉样品负载氰尿酸浓度为2mg/500mg,测试图谱可见19.8°、26.3°及29.8°衍射峰,非基质奶粉所有,对应氰尿酸的强特征峰,实现快速检测动物乳制品中掺杂三聚氰胺类似物氰尿酸。
上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,包括x-射线光源、超能探测器及衍射仪主体;衍射仪的最大管压:45~60kV;最大管流:45~60mA,测角仪扫描范围:0°~150°,最小可控步长:0.0001度,探测器计数矩阵:256×256pixcel,FWHM=0.028;
包括如下步骤:所述X射线光源对待测样品进行照射并产生散射波,该散射波相互干涉在特定方向产生强x射线衍射,该强x射线含有待测样品的特征信息,通过能量探测器将含有该样品特征信息的强x射线收集,通过仪器测量记录系统得到待测样品的衍射图谱数据;所述衍射仪探测器对强衍射x射线信号进行分析处理,得到待测样品的检测结果。
2.根据权利要求1所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,所述方法用于奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料中三聚氰胺及类似物的快检。
3.根据权利要求1所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,具体方法为:
1)检查仪器状态:X射线衍射仪系统,环境湿度30%-70%,具备一定的2θ角度采集范围,步长和计步时间可调的模式,选取无重合干扰的2θ衍射峰对应的晶面作为三聚氰胺及其类似物物相鉴定的测试分析衍射晶面;
2)样品处理:根据样品状态,选择性进行干燥、研磨、混匀、过筛,使颗粒符合测试需求。将粉末均匀装入玻璃凹槽内,用玻璃板压紧,表面齐平,采集样品的衍射信息;
3)设置x射线衍射仪的管流、管压、光澜系统、扫描角度和扫描速率;
4)将样品装载至X-射线衍射仪样品台,采集样品的衍射信息;
5)将收集到的各个衍射信号依次输入到分析软件,进行物相匹配分析。
4.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,Cu Kα辐射,管压40kV,管流40mA,光澜系统:散狭缝1/2°,防散射狭缝1°,扫描角度:10°-45°,Step size:0.0131°,Time per step:60s,扫描时长:12min,扫描角度:10-60°。
5.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为17.7°~28.9°之间的物相定性特征峰,与三聚氰胺PDF卡片JCPDS:24-1923和JCPDS:00-024-1654对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰胺。
6.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为17.7°、21.7°、26.2°、28°、29.8°的物相定性特征峰,与三聚氰胺PDF卡片JCPDS:24-1923和JCPDS:00-024-1654对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰胺。
7.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为26.2°,对应的衍射晶面[-3.0.1]作为三聚氰胺的物相定性特征峰,样本衍射峰与三聚氰胺PDF卡片JCPDS:24-1923和JCPDS:00-024-1654对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰胺。
8.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为19.5°~29.8°之间的物相定性特征峰,与氰尿酸PDF卡片JCPDS:48-2117和JCPDS:00-023-1637对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰酸。
9.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为19.5°、19.8°、26.3°及29.8°的样本衍射峰与氰尿酸PDF卡片JCPDS:48-2117和JCPDS:00-023-1637对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰酸。
10.根据权利要求3所述基于x射线衍射的三聚氰胺及类似物的快检方法,其特征在于,以2θ角为29.8°,对应的衍射晶面[2.0.2]作为三聚氰酸的物相定性特征峰峰,样本衍射峰与氰尿酸PDF卡片JCPDS:48-2117和JCPDS:00-023-1637对应比对,判断奶粉、豆奶粉及其原料和动物饲料是否含有三聚氰酸。
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