硝酸盐检测方法及基本原理.doc

硝酸盐检测方法及基础原理
1. 直接滴定碘量法
出入境检验检疫行业标准SN/T 0230.1-1993和SN/T 0230.2-1993[1]以及国际葡萄酒总局采取葡萄酒中亚硫酸盐快速试验方法[2]均属于这类方法。样品中二氧化硫包含游离态和结合态两种状态, 如需测定样品中亚硫酸盐总量, 则首先向样品中加入碱溶液破坏二氧化硫结合状态, 使之与碱反应成盐, 再加入酸溶液使二氧化硫游离, 以碘标准滴定溶液滴定, 以淀粉指示剂指示终点。如需测定葡萄酒中游离亚硫酸盐, 则样品中毋需加碱而直接酸化用碘滴定。直接滴定碘量法测定化学反应原理以下:

SO2 + 2KOH → K2SO3 + H2O （1）
K2SO3 + 2HCl → 2KCl + H2O + SO2 （2）
I2 + 2H2O + SO2 → 2HI + H2SO4 （3）

GB/T 5009.34-[3]中“蒸馏-碘量法”以蒸馏手段提取样品中二氧化硫、 经过乙酸铅溶液接收, 以碘标准滴定溶液滴定。
2. 络合反应比色法
GB/T 5009.34-[3]中“盐酸副玫瑰苯胺法”适适用于各类食品中亚硫酸盐总量测定, 其原理是利用亚硫酸盐与四氯汞钠形成稳定络合物特点, 使形成络合物与甲醛及盐酸副玫瑰苯胺作用呈紫红色显色反应, 在550 nm处测定吸光度, 与标准系列比较定量。
在此方法原理和使用基础上, 上海出入境检验检疫局张社等研究提出了三乙醇胺-副品红分光光度测定法[4]。该方法列举了碘量法与盐酸副玫瑰苯胺法缺点, 在仍然沿用络合反应比色法机理基础上, 改用三乙醇胺（TEA）替换四氯汞钠为吸收液, 在磷酸介质中采取副品红为显色剂, 测定葡萄酒、 淀粉和砂糖中亚硫酸盐总量。
日本食品卫生协会方法中“蒸馏-比色法”分为提取和测定2个步骤, 即先将样品酸化使二氧化硫游离后在氮气流拖曳下加热蒸馏使其逸出, 以氢氧化钠溶液接收, 量取一定量接收液, 加入碱性红9•甲醛混合液进行显色反应后测定吸光度。
3. 蒸馏-碱滴定法
日本食品卫生协会方法[5]、 ISO 5522-1981(E)[6]和国际葡萄酒总局常见方法[2]均使用了相同方法原理, 即“蒸馏-碱滴定法”（蒸馏装置见图1）。样品酸化后使二氧化硫呈游离态, 在氮气流拖曳下加热蒸馏使其逸出, 以过量过氧化氢溶液接收并将二氧化硫氧化为硫酸, 以氢氧化钠标准滴定溶液滴定即可推算样品中亚硫酸盐总量。如需测定葡萄酒中游离亚硫酸盐含量, 则毋需加热, 仅在常温下以氮气流拖曳使其逸出即可。考虑到水果、 蔬菜样品中可能存在挥发性有机酸情况, ISO 5522-1981(E)方法中不仅对接收液进行滴定, 更在附录中提出了对滴定法测定结果确证方法, 即经过对接收液中硫酸根离子以重量法或分光光度法加以测定, 来确定样品中蒸馏出来二氧化硫确切含量。同时要求, 滴定法与确证法相对误差不得大于5%, 不然以确证方法检测结果为准。
4. 离子色谱测定法
上海出入境检验检疫局蔡则慈、 郭德华建立离子色谱法[7]在提取样品中二氧化硫上沿用了样品酸化后以氮气流拖曳加热蒸馏方法, 蒸馏时间为40 min以期完全提取其中二氧化硫。以三乙醇胺为接收液, 蒸馏结束后定容, 选择抑制电导检测器以离子交换为原理进行测定, 以保留时间定性、 以外标法（二氧化硫标准溶液预先标定）定量。

三、 各类检验方法优缺点及适用范围
1. 直接滴定碘量法[1][2]
该方法系50年代引进前苏联方法, 原理简单、 检测快速。但原上海进出口商品检验局在对出口土特产品中二氧化硫长久检测中发觉该方法存在以下缺点:
⑴ 对于出口脱水蒜、 姜制品而言, 因为样品中成份复杂、 挥发性芳香物质多, 所以标准碘溶液滴定至终点出现蓝色极不稳定, 稍瞬即逝, 不可能如方法所述“保持30 s不消失”, 从而给终点判定带来极大困难;
⑵ 对部分种类样品有假阴性问题。1997年, 原上海进出口商品检验局接收委托, 与日本海关就南通口岸出口输日盐渍藕中检出二氧化硫超出日方要求30 mg/kg限量被扣一事进行技术交流, 并前后采取SN方法（直接滴定碘量法）、 GB方法（盐酸副玫瑰苯胺法）和日本食品卫生协会方法（蒸馏-碱滴定法）对原始样品进行复验, 由此而发觉直接滴定碘量法对该样品中亚硫酸盐无法检出假阴性问题, 造成在以后进出口把关中弃用该方法。但从实践来看, 直接滴定碘量法仍然适适用于脱水香葱等部分脱水蔬菜中亚硫酸盐测定。
2. 络合反应比色法
2.1 盐酸副玫瑰苯胺法[3]
该方法系国家标准方法, 其中亚硫酸盐与四氯汞钠能形成稳定络合物, 使测定过程中不至于因人为操作熟练程度不一样而导入误差。该方法缺点在于:
⑴ 因为显色反应原理本身缺点, 可能存在干扰物质产生假阳性问题;
⑵ 方法操作步骤繁复;
⑶ 包含到有毒试剂（四氯汞钠）使用和精制（盐酸副玫瑰苯胺）:
⑷ 在上述出口盐渍藕技术交流中, 盐酸副玫瑰苯胺法测定结果显著过低而不为日方所认可, 所以对该方法适用范围须谨慎界定。
2.2 三乙醇胺-副品红分光光度法[4]
该方法以三乙醇胺替换有毒试剂四氯汞钠加入到样品中进行提取, 过滤后定容在磷酸介质中用副品红显色测定葡萄酒、 砂糖、 淀粉中亚硫酸盐总量, 含有令人满意正确度和灵敏度: 当样品中二氧化硫含量水平为0～25 μg/mL时吸光度与之呈线性关系, 相关系数0.9983～0.9998, 最低检出限0.10 μg, 样品加标回收率98.4～111.2%。然而, 因为样品提取溶液直接参与比色, 所以对白色淀粉、 砂糖乃至白葡萄酒均为适用, 但红色、 玫瑰红色葡萄酒则对比色产生干扰, 而且因为红葡萄酒产地与种类繁多, 使得因酒色而造成吸光度偏差无规律可循。
2.3 蒸馏-比色法[5]
经过蒸馏方法提取样品中二氧化硫, 与接收液中氢氧化钠反应得到亚硫酸钠, 与碱性红9•甲醛显色, 在580 nm下测定吸光度, 与标准系列比较定量。该方法灵敏度高, 适适用于对蒸馏-碱滴定法难以检出（浓度为0.01 mol/L标准碱溶液消耗量小于0.1 mL）样品中亚硫酸盐测定。因为测定对象含量低, 所以对排除影响原因要求也对应提升, 方法中用到双甲酮就是为了消除亚硝酸显色干扰; 对试剂要求也较苛刻, 如双甲酮必需以高效液相色谱纯乙醇为溶剂, 且需用时新配。
3. 蒸馏-碱滴定法
该方法判定滴定终点所依据原理是酸碱中和反应, 原理简单, 抵达滴定终点、 pH值产生突跃时混合指示剂变色灵敏, 使终点轻易判定。该方法最大优点在于适用范围广泛, 可对各类食品、 土特产品进行检测; 蒸馏所用样品量能够灵活掌握。应用该类方法缺点是:
⑴ 需要根据方法要求尺寸制作一套专门全玻璃蒸馏装置, 而且有部件比较轻易损耗;
⑵ 因为是定时加热, 所以加热装置必需能够独立、 均衡供热（经试验, 以1000 W以上电炉加热较理想）。
日本食品卫生协会蒸馏-碱滴定法[5]属于快速测定方法, 取样量少、 蒸馏时间短, 溶液沸腾后继续蒸馏10～15 min后即可对接收液以标准碱溶液滴定。伴随样品不一样, 取样量可从1至10 g不等, 检测低限可达5 mg/kg以下。
ISO 5522-1981（E）方法[6]即使指明适用范围是水果蔬菜, 但完全能够推广应用到食品领域。ISO比日本方法有以下方面改善:
⑴ 取样量为10～100 g, 可所以而避免样品中亚硫酸盐分布不均而造成检测结果反复性差;
⑵ 采取2个接收瓶。从蒸馏装置导出热氮气流（含有二氧化硫、 水蒸汽等）通入接收瓶A后, 尾气继续通入接收瓶 B。蒸馏结束后, A、 B两瓶接收液合并后滴定;
⑶ 蒸馏时间为溶液沸腾后保持30 min, 确保样品中亚硫酸盐提取完全;
⑷ 依据碱滴定法检测结果高低, 可分别采取重量法或浊度比色法（又可分为分光光度法和酸度测定法）进行确证, 以确保测定结果真实反应样品中亚硫酸根离子含量。因为样品量大, 其测定低限可达1 mg/kg以下。
国际葡萄酒总局常见方法[2]与日本食品卫生协会方法基础一致, 经试验, 适适用于红、 白葡萄酒以及香槟酒、 啤酒中游离二氧化硫和亚硫酸盐总量测定。在测定中应注意是, 香槟酒、 啤酒瓶开启后应轻轻振摇并放置一段时间, 使试样中二氧化碳气体逸去, 在放置过程中不能将样品加热或在阳光下曝晒而加紧二氧化碳逸去速度以避免样品中二氧化硫损失。因为取样量通常固定在25 mL, 所以测定低限可达1 mg/kg。
4. 离子色谱法[7]
经过色谱分离手段和保留时间定性, 能够有效避免假阳性问题, 而毋须再做相对繁琐确证试验。在二氧化硫含量水平在0.5～40 μg/mL范围内含有良好线性, 相关系数为0.9982; 对砂糖、 葡萄酒添加水平在10～100 mg/Kg时回收率为86.4～93.4%, 测定低限为5 mg/Kg。但因为需要专门离子色谱仪, 所以本方法代价昂贵、 难以推广。

四、 出入境检验检疫把关中亚硫酸盐测定方法选择
1. 以日本食品卫生协会方法（蒸馏-碱滴定法）为快速检测方法
尽管上述直接滴定碘量法、 络合反应比色法等都分别适适用于部分商品, 但从出入境检验检疫部门试验室实际工作便利角度考虑, 还是提议采取对各类食品、 土特产品普遍适用日本食品卫生协会方法（蒸馏-碱滴定法）为进出口把关常见方法为宜。上海出入境检验检疫局试验室采取该方法对进出口葡萄酒（含香槟酒）、 啤酒、 淀粉及面粉、 糖类（含白砂糖、 乳糖、 葡萄糖、 麦芽糖浆）、 麦精、 焦糖色素、 龙虾片、 蜜饯、 红枣、 脱水蔬菜（包含大蒜、 姜、 干葫芦条、 食用菌）、 盐渍蔬菜（蘑菇）、 腌咸菜等样品进行了检测。检测结果完全能够根据GB 2760-、 国外要求或协议要求进行合格是否判定。换而言之, 该方法“溶液沸腾后连续蒸馏10～15 min”足以反应样品中亚硫酸盐基础含量水平。

二、 亚硝酸盐测定
原理