胡守江，张 妮，庄 毅

(上海市质量监督检验技术研究院，上海 200233)

总有机碳(Total Organic Carbon，TOC)分析仪，是通过测定水体中有机碳的含量来表征水体中有机物质的总量，是评价水质污染程度必不可少的即时在线检测手段之一，近年来被广泛应用于制药、化工、食品饮料、电子及半导体等行业的工艺用水水质检测和废水处理、雨水监测等环保领域的水质监测[1-7]。TOC分析仪在长时间使用后，催化床会钝化导致设备灵敏度下降。为了得到可信度高的测量值，必须按照国家校准规范定期对仪器进行校准，使仪器的各项性能指标符合相应的要求。《中国药典2020年版 四部通则0682制药用水中总有机碳测定法》，要求将1,4-对苯醌(1,4-Benzoquinone)作为难氧化的有机物，蔗糖作为易氧化的有机物，各制备成含碳浓度为0.50 mg/L的标准溶液，在TOC分析仪上分别测定相应的响应值，以考察所采用技术的氧化能力和仪器的系统适用性。溶液含量的准确度会直接影响用水系统适用性试验的结果，但是药典中并没有明确具体的溶液配置过程和测定方法。许多应用公司在配置上述低浓度溶液的过程中，由于方法不统一、人员技术参差不齐、制备过程不受管控等原因，导致配制的溶液不确定度大，无法正常使用；另外没有针对性的检测方法作为参考，则无法精确地对对照溶液的浓度值进行验证和定值，无法保证检验结果的准确性和溯源性。

目前用于蔗糖检测的方法包括近红外光谱法、液相色谱法、毛细管电泳法、离子色谱法等。近红外光谱分析用作定量分析时误差较大，灵敏度较低，在图谱解析方面主要靠经验，所以很少用于定量分析。国家标准对糖类的检测主要采用高效液相色谱法，GB 5009.8-2016《食品安全国家标准 食品中果糖、葡萄糖、蔗糖、麦芽糖、乳糖的测定》第一法和GB 5413.5-2010《食品安全国家标准 婴幼儿食品和乳品中乳糖、蔗糖的测定》第一法中就规定了使用液相色谱-示差检测器(或蒸发光散射检测器)测定食品中蔗糖的方法。但受检测器的影响，液相色谱法对糖类的分析灵敏度相对较低，蔗糖在GB 5009.8-2016中的检出限为0.2 g/100 g，在GB 5413.5-2010中的检出限为0.3 g/100 g，无法满足本项目的检测要求。毛细管电泳法具有灵敏度高、反应迅速、样品使用量少等优点。但是毛细管电泳法重复性差、设备普及率低等，不适合方法的推广和普及。

离子色谱法是高效液相色谱法的一种。根据分离机理的不同，可将离子色谱分为三种：离子交换色谱、离子排斥色谱、离子对色谱。离子色谱法具有测定准确、反应迅速、操作简便等优点，越来越多的用于糖的测定。糖测定中主要用到离子色谱中的金电极-脉冲安培检测器。在该检测器中糖在电极表面被氧化产生电信号从而达到测定的目的。如张磊等[8]采用离子色谱法分离检测水果和饮品中的蔗糖、葡萄糖和果糖，结果表明，在1.0～50.0 mg/L范围内离子色谱法分别呈良好的线性，检出限分别为0.085 mg/L、0.126 mg/L和1.072 mg/L，相对标准偏差为2.90%～6.09%，回收率为83.4%～126.6%。如杨晓敏[9]采用离子色谱-脉冲安培检测法测定乳制品中的半乳糖、葡萄糖、果糖、蔗糖和乳糖，结果表明这五种糖在0.1～20.0 mg/kg浓度范围内有良好线性，检出限分别为0.18、0.75、2.3、1.5、3.0 mg/kg。如梁文辉等[10]采用离子色谱法测定蓝藻细胞培养液中的蔗糖和甘油葡糖苷，这两种物质在0.1～50.0 mg/L范围内具有良好的线性，蔗糖的检出限为0.15 mg/L，测定结果的相对标准偏差小于2%。

本研究针对蔗糖的特性，采用离子色谱法，优化色谱条件，测定制备好的低浓度蔗糖溶液，以确定对照品溶液的量值，保证标准物质的量值溯源性。

1 实 验

1.1 标准品与试剂

蔗糖(纯度99.7%)，配制供试品溶液，TOC分析仪系统适用性试验用，中国计量科学研究院；蔗糖(纯度99.97%)，配制标准溶液，离子色谱仪上给供试品溶液定值用，Dr.E公司；50%氢氧化钠溶液(色谱纯)，Merck公司；三水乙酸钠(分析纯)，国药公司；超纯水(电阻率为18.2 MΩ·cm)，自制。

1.2 仪器与设备

离子色谱仪(配有三元及以上梯度泵，脉冲安培检测器，Au工作电极)，美国赛默飞世尔科技公司；Sievers 500RL总有机碳分析仪，美国GE公司；Milli-Q Reference超纯水机，德国Merck公司；MS104S电子天平(分辨率0.1 mg)，瑞士梅特勒-托利多公司。

1.3 溶液配制

所用水均为电阻率为18.2 MΩ·cm的超纯水。

蔗糖储备液的配制：称取蔗糖(纯度P为99.7%)约120.0 mg溶于盛有1/2超纯水的1000 mL容量瓶中，用力摇动使其溶解，然后加入超纯水至满刻度。适度摇晃该容量瓶以使溶液均匀化，蔗糖储备液中的TOC浓度(mg/L)=m×P×0.421053。

蔗糖工作液的配制：准确移取10 mL蔗糖储备液于盛有1/2超纯水的1000 mL容量瓶中，然后加入超纯水至满刻度。适度摇晃该容量瓶以使溶液均匀化，蔗糖工作液中的TOC浓度即为0.50 mg/L。

将配制好的标准溶液，灌入清洁的聚四氟乙烯(PTFE)瓶，装满后拧紧瓶盖。贴标签后，放入冷藏柜保存，此为蔗糖供试溶液。另一蔗糖标准品(纯度P为99.97%)配制同上，作为离子色谱仪上给供试品溶液定值用的标准工作溶液。

1.4 色谱条件

离子色谱法测定低浓度蔗糖溶液是通过将其在碱性淋洗液中离子化后在阴离子交换柱上进行分离，选用CarboPac PA1阴离子交换柱(4 mm×250 mm)，PA型柱填充树脂是无孔基质，主要用于非还原糖化合物的分析。

色谱条件为：使用500 mmol/L NaOH与300 mmol/L NaAc作为流动相，柱温30 ℃，流速1.0 mL/min，进样25 μL，脉冲安培检测器检测。梯度洗脱程序如表1所示。

表1 梯度洗脱程序

2 结果与讨论

2.1 色谱图

将供试溶液注入离子色谱仪中，记录色谱图。蔗糖溶液的色谱图见图1。

图1 蔗糖供试溶液的离子色谱图

2.2 重复性实验

将蔗糖供试品在离子色谱仪上重复进样6次，根据保留时间定性，记录峰面积，根据标准曲线测得蔗糖供试品的质量浓度为0.486 mg/L，RSD=0.48%(n=6)。

2.3 均匀性检验

采用模拟分层随机抽取方式[11-12]，在灌装的前期、中期和后期3个阶段，随机取少量装入10个清洁的取样瓶中，每瓶重复进样3次，进行均匀性的考察。采用单因素方差分析法进行统计处理，通过比较组间方差和组内方差来判断各组测量值之间是否存在显著性差异，统计计算结果见表2和表3。由表3检验结果可见，F值小于F0.95(9, 20)查表值，表明取样瓶间和瓶内的蔗糖浓度值在95%的置信概率下，不存在显著性差异，瓶内与瓶间在组分上是一个整体，说明样品的均匀性良好。

表2 蔗糖标准物质的均匀性检验数据表

表3 均匀性检验及统计结果

2.4 稳定性考察

按照JJF 1343-2012《标准物质定值的通用原则及统计学原理》的要求，用回归曲线法进行稳定性监测结果的判断。1个月内按照先密后疏原则[11-12]共取5次供试品按“1.4色谱条件”进样，每次重复进样3针，以考察供试溶液的稳定性。测得0天、5天、10天、20天、30天蔗糖供试品的质量浓度分别为0.487%±0.52%、0.486%±0.43%、0.487%±0.72%、0.485%±0.55%和0.488%±0.54%。以y=b1x+b0拟合线性关系，|b1|=2.36×10-5，b0=0.486，S=2.58×10-3，Sb1=1.07×10-4，t(0.95，n-2)·Sb1=2.32×10-4。|b1|

2.5 不确定度评定

(1)Uc为测定值引入的标准不确定度。蔗糖供试品的测定值是根据另一来源的标准品用离子色谱法来定量的，因此，Uc主要来源于标准溶液配制过程中引入的不确定度Ustd，供试品配制过程中引入的不确定度Usam，重复测定引入的不确定度Urep。

(2)Ubb为均匀性引入的标准不确定度。均匀性Ubb则受瓶内均匀性Ubb(N)和瓶间均匀性Ubb(J)的影响。

(3)Uts为稳定性引入的标准不确定度。

2.5.1 测定值引入的标准不确定度Uc

标准溶液配制过程中引入的不确定度Ustd：主要是受标准物质纯度p1、标准物质称量m1、容量瓶体积V1、移液管体积V2的影响。

测定值引入的标准不确定度Uc：根据不确定度的传播定律，合成标准不确定度:

=1.67×10-3mg/L

2.5.2 均匀性引入的标准不确定度Ubb

2.5.3 稳定性引入的标准不确定度Uts

根据“2.4”中的稳定性数据，y=0.0000236x+0.486，直线上的点的标准偏差S=2.58×10-3，稳定性引入的标准不确定度:

2.5.4 扩展不确定度UR

蔗糖供试品的不确定度分量见表4。

表4 蔗糖不确定度分量

3 结 论

根据TOC分析仪器对低浓度系统适用性物质的实际需要，研制了TOC分析用低浓度蔗糖溶液。经检验所制备的蔗糖溶液均匀性良好，进行了为期1个月的稳定性检验，样品量值没有发生趋势性改变，符合国家校准物质的技术要求。以0.50 mg/L作为蔗糖溶液的制备浓度，同时以不同来源的一级蔗糖标准溶液作为工作标准，经离子色谱法法检验，结果与配制值具有一致性。最终TOC分析仪系统适用实验用蔗糖溶液的定值为0.486 mg/L，扩展不确定度为0.00729 mg/L。