食品安全快速分析仪的研制及其应用

1、食品安全快速分析仪的研制及其应用 食品中亚硝酸盐的现场快速测定王兴华 马隽 谢菲 于爱民收稿日期：基金资助： 吉林省科技发展计划重大项目“多参数食品安全现场快速分析仪产业化”资助（20040309）作者简介： 王兴华，男，博士研究生，主要从事现场和便携式仪器研究（吉林大学化学学院分析科学系；长春吉大·小天鹅仪器有限公司 长春 130012）E-mail: jx69摘 要 研制出了一种用于农产品和食品中甲醛、吊白块、亚硝酸盐、硝酸盐、二氧化硫现场快速检测的车载式仪器，开发出配套的化学试剂盒和食品现场快速前处理设备。该仪器每个检测项目的分析时间控制在30分钟以内。该仪器主要用于质检和市场

2、管理部门的现场流动检测。关键词 食品安全；现场；快速分析仪中图分类号 TH744.4Development and Application of the Fast Food Security AnalyzerIn Situ Analysis of Nitrite content in FoodWang Xinghua, Ma Jun, Xie Fei, Yu Aimin(Department of Analytical Chemistry, School of Chemistry, Jilin University; Changchun Jilin University - Little Sw

3、an 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 th

4、e 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 suc

5、h 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近年来，向农产品和食品中过量加入食品添加剂和掺伪（如甲醛、吊白块、亚硝酸盐、硝酸盐和二氧化硫等）的案件常有发生1-4。对于如何检测这些添加剂和化学品，国家已经制定并公布了一些标准方法5。但是这些国家标准方法大都只能在实验室中完成，难以应用于现场快速定量检测。采用国标

6、方法实现快速检测，必须解决现场快速样品前处理装置、便携式光度计及与其相匹配的一次性化学试剂盒三个难题。吉林大学分析化学系与长春吉大·小天鹅仪器有限公司合作开发出的食品安全性快速分析仪及其相关的快速样品前处理设备和化学试剂盒，可以用于现场定量测定食品中甲醛、吊白块、亚硝酸盐、硝酸盐和二氧化硫五种化学品的含量，检测每一种化学品的时间只需30分钟，检测结果与国标法的检测结果对比无显著性差异。该仪器具有省时、省力和低成本等优点，适用于质检和市场管理部门的现场流动检测6。1 实验部分1.1 仪器GDYQ-501MA五合一食品安全分析仪GDYQ-702S食品检测·快速恒温加热仪GDYQ

7、-703S食品检测·快速蒸馏提取仪GDYQ-704S食品检测·快速粉碎仪GDYQ-705S食品检测·快速超声提取仪GDYQ-706S食品检测·快速分离仪GDYQ-707S食品检测·快速恒温水浴锅1.2 试剂所用试剂均按国家标准方法配制，分为甲醛试剂盒、吊白块试剂盒、亚硝酸盐试剂盒、硝酸盐试剂盒和二氧化硫试剂盒。2 结果与讨论2.1 仪器的基本原理食品安全快速分析仪是通过被测物质在可见光区吸收光谱的特性以及光吸收定律对被测物质进行定性鉴别和定量测定。具体步骤是将前处理后的样品与化学试剂相互作用形成有色化合物，该有色化合物的吸光度与被测物质的浓度呈

8、比例关系，通过测量该有色化合物的吸光度可计算出被测样品的含量。2.2 仪器的结构仪器由光源/单色器、比色池、微处理器、检测器、多参数传感器、信号控制与放大系统、恒温加热器、可充电电源、分析结果显示系统及相应的化学试剂盒构成（见图1）。光源/单色器比色池检测器可充电电源微处理器传感器恒温加热器信号控制与放大系统分析结果显示系统图1 食品安全快速分析仪结构框图仪器各个部件简单介绍如下：(1) 光源/单色器光源/单色器采用超高亮发光二极管(LED)。为了保障光源/单色器的高稳定性、较长的使用寿命和仪器的便携式现场检测性能，本项目采用了全固态光源/单色器技术和光源稳光技术。我们采用超高亮发光二极管和稳

9、流技术使光源稳定，通过稳流控制使LED发光后某一时刻采集入射光，使每次测量时的入射光强度保持一致。这种稳流技术不但可使光源稳定，而且能耗低，延长了仪器光源和电池使用寿命。（2）比色池比色池是仪器核心部件之一。圆柱型比色池虽然在现场操作简单，但与传统的方形比色皿相比，更容易产生散射光，而且比色瓶位置的不同和玻璃材质的差异，均会使吸光度测量精度下降。解决这一问题的方法是采用比色瓶自动锁定技术将比色瓶精确定位，使每次测量时，光线都从比色瓶表面的同一点上通过，从而保证测量精度。（3）检测器检测器采用光频转换技术的TSL系列集成光电传感器。与传统检测器相比，它不但具有能耗低、体积小、重量轻、可靠性高、动

10、态线性范围宽等特点，而且不需要信号放大和A/D转换系统，可将接收到的光信号直接变为频率输出传送给微处理器。但在技术上必须解决光源、比色瓶和检测器三者之间的距离和位置优化问题，同时要兼顾光源强度、比色管和检测器三者之间的互适性。（4）传感器传感器包括样品前处理温度控制传感器、环境温度传感器和环境湿度传感器，其作用是在线控制样品前处理的温度，实时显示温度和湿度。为了保证仪器的测量精度，这些传感器大都采用国外的定型产品。（5）微处理器微处理器包括控制系统和显示系统两部分。控制系统是将电信号进一步放大并进行控制操作。本仪器用单片机作为控制系统，显示系统是利用液晶将测量结果显示出来。本仪器选用低功耗、抗

11、干扰能力强、测量准确、性能稳定、体积小、重量轻的51系列单片机为核心。在硬件电路的设计中选用现代新技术和新器件，力求性能可靠、稳定、简洁。微处理器及周边硬件的原理框图如图2所示：恒温加热器环境温度传感器环境湿度传感器光源驱动电路光传感器信号处理液晶显示键盘单片机图2 微处理器及周边硬件原理框图控制软件用C语言和汇编语言编写以满足数学计算和精确定时的需要。软件原理框图如图3所示：YNNYYN开 始初始化键操作ZERO=0测量空白显 示定 时时间到关 机计算C值测量样品图3 软件原理框图（6）化学试剂盒本仪器主要应用于现场甲醛、吊白块、亚硝酸盐、硝酸盐和二氧化硫的快速定量检测，因此必须配备相应的化

12、学试剂盒。化学试剂盒必须具备符合国家标准方法、保存时间长、显色速度快、操作简单、携带方便和用后无二次污染等特点。在化学试剂盒中加入稀释剂和稳定剂，试剂全部为一次性使用，包装用的塑料管可回收，使用后的废液通过仪器配置的内装活性炭的滤布过滤器后排放，由于食品安全快速测定仪所用的显色液总体积为5毫升，为国标法的1/5，所以试剂用量小，有利于回收和废液处理。2.3 仪器特点1) 采用国家最新颁布的标准方法，仪器无可动部件，检测时间从国标方法的34小时缩短为30分钟。2) 适应于实验室或现场液体样品和固体样品的定量测定。3) 采用单片机控制，具有测量、设置、记录、保存、打印、和光谱数据统计处理功能。采用

13、RS-232/USB接口与PC机实现通讯，联机和帮助等功能，自动化程度高。4) 显色试剂一次性使用，保质期为一年。样品和试剂用量少，减少了二次污染。5) 屏幕中文显示，人机交互式操作，体积小、重量轻、携带方便。2.4 技术指标1) 测定下限l 硝酸盐1.0 mg/kgl 甲醛5.0 mg/kgl 二氧化硫10.0 mg/kgl 亚硝酸盐5.0 mg/kgl 吊白块50.0 mg/kg2) 测定范围：l 硝酸盐0.0300.0 mg/kgl 甲醛0.0500.0 mg/kgl 二氧化硫0.02000.0 mg/kgl 亚硝酸盐0.0200.0 mg/kgl 吊白块0.02500.0 mg/kg3

14、) 测量精度：5%4) 工作环境温度：5405) 电源：220V，50Hz6) 重量：7.5kg7) 尺寸：390×260×200mm2.5 应用领域GDYQ501MA 五合一食品安全分析仪广泛应用于农产品、日常食品、海产品及其制品中硝酸盐、甲醛、二氧化硫、亚硝酸盐和吊白块含量的快速定量测定。3 仪器的应用食品中亚硝酸盐的测定3.1 所需试剂亚硝酸盐试剂（一）：红色塑料管亚硝酸盐试剂（二）：棕色塑料管亚硝酸盐试剂（三）：黑色塑料管亚硝酸盐试剂（四）：白色大号塑料管亚硝酸盐试剂（五）：棕色大号塑料管所有亚硝酸盐试剂均需避光、低温（冰箱4左右）保存。3.2 操作步骤3.2.1

15、样品处理1) 水溶性固体样品（如食盐）准确称取1.00克均匀样品后，置于20毫升提取瓶中，加水溶解稀释至10毫升刻度线处备用。2) 其它固体样品（如肉罐头、熏肉、火腿、香肠、灌肠、鱼类、肉类等）将适量的样品移入搅碎机容器内，按照说明书安装好，搅碎1分钟样品呈均浆状。准确称取1.00克样品，置于20毫升提取瓶中，加水稀释至10毫升刻线处，加入亚硝酸盐试剂（四）一支，取一小片pH试纸，用搅拌针蘸一滴样品溶液滴在pH试纸上，试纸变为绿色或蓝黑色（pH8）。否则，继续滴加亚硝酸盐试剂（四）直至溶液使pH试纸变为蓝黑色。用搅拌针搅拌混匀后加入亚硝酸盐试剂（五）一支，再用搅拌针搅拌混匀。将样品提取瓶放入仪

16、器上的（60±2）加热器2（四孔）中加热提取10分钟（在提取的过程当中，用搅拌针搅拌12次），取出静置冷却至室温，用注射器取样品上清液，再用针头式过滤器过滤后备用。针头式过滤器使用方法：将塑料连接管安装在注射器针头位置，吸取待过滤 溶液约10毫升，取下塑料连接管，安装上针头式过滤器（预先在过滤器上安好滤膜，滤膜一次性使用，过滤器洗净后可重复使用），将待测溶液过滤至一支干净并且干燥过的比色瓶中备用（过滤时要弃去初滤液约2毫升左右）。3) 液体样品（如矿泉水等）准确移取1.00毫升液体样品（需要设置液体样品的密度），置于20毫升比色瓶中，加水稀释至10毫升刻度线备用（若溶液不澄清，可用针

17、头式过滤器过滤后使用，过滤方法与固体样品相同）。3.2.2 亚硝酸盐测定根据所测定样品的处理过程和测量方法，首先进行测量前的设置。进入“设置”项目选择“亚硝酸盐”，按键，再选择到“设置”，设置各项所需参数。3.2.2.1 样品：用5.00毫升移液器准确移取待测溶液1.00毫升置于干燥过的白色刻度线比色瓶B中，加水稀释至5毫升刻度线处，加入亚硝酸盐试剂（一）、（二）、（三）各一支后，盖上比色瓶定位器摇匀。3.2.2.2 试剂空白：加水至干燥过的蓝色刻度线比色瓶B的5毫升刻度线处，再加入亚硝酸盐试剂（一）、（二）、（三）各一支后，盖上比色瓶定位器摇匀。（样品与试剂空白同时操作）将空白及样品比色瓶放

18、入GDYQ-702S食品检测·快速恒温加热仪（35±2）中加热显色3分钟。恒温加热倒计时3分钟结束后会发出提示音，取出比色瓶，立即测量。3.2.2.3 测量操作1) 旋紧比色瓶定位器，擦净白色刻度线比色瓶B和蓝色刻度线比色瓶B的外壁，将试剂空白比色瓶B（蓝色刻度线）放入比色瓶槽中锁定。2) 进入“测量”项目选择“亚硝酸盐”，然后选择“空白”，按键，仪器显示“空白测量完毕”。3) 取下试剂空白比色瓶B（蓝色刻度线），将样品比色瓶B（白色刻度线）放入比色槽中锁定，选择“样品”，按键，仪器显示值即为样品中亚硝酸盐含量。4 样品的测定对20余种肉制品中的亚硝酸盐含量进行了测定，并与国标法进行了对比分析，结果见表1。表1 快速法与国标法对比结果样品编号样品及规格GDYQ-501MA五合一食品安全分析仪（快速法）mg/kg国标法（GB/T5009.33-1996）mg/kg1鸡肉肠3.563.882牛肉肠（100g）6.678.603牛肉红肠26.526.34欧式火腿29.629.45香腿串23.824.06金火腿15.115.07里脊香肠21.323