文/陳柏錫 何 剛 但 君 宋文銀 胡燕群 周 敏

（四川新希望乳業(yè)有限公司洪雅陽平分公司）

隨著我國經(jīng)濟水平的快速增長和國民購買力的普遍提高，乳制品等健康食品產(chǎn)業(yè)正在蓬勃發(fā)展，乳制品的產(chǎn)量、銷量、市場需求量和進口量均大幅上漲，與乳制品市場規(guī)模發(fā)展相伴而來的是對乳制品檢驗工作要求更加嚴格。檢驗工作朝著更快、更精、更簡的方向發(fā)展，先進的檢驗儀器是不可缺少的。憑借著檢測速度快、重復性好、樣品用量少等優(yōu)勢，乳成分分析儀成為了乳制品理化指標定量檢驗的核心儀器。在檢驗工作中，經(jīng)常需要對乳成分分析儀進行定期的維護和異常問題分析，本文以福斯FT1和FT120乳成分分析儀為例，結(jié)合實際檢驗工作中的維護方法和經(jīng)驗，詳細論述了乳成分分析儀的工作原理、結(jié)構(gòu)特點和基礎(chǔ)維護操作，以期對行業(yè)內(nèi)部的培訓和儀器維護標準提供參考。

1 乳成分分析儀核心原理

牛乳中的紅外活性物質(zhì)以及特定的官能團會吸收波長處于中紅外波段的光線，引起化學鍵的震動和吸收，產(chǎn)生吸光值。牛乳中的不同組分包含不同的特殊官能團，其吸收的波長也不相同，乳成分分析儀據(jù)此來定性的判斷牛乳中各組分。在儀器的光程不變時，根據(jù)比爾定律，在一定濃度范圍內(nèi)，牛乳中各組分的吸光值與組分濃度成正比，儀器據(jù)此來對乳成分做定量的數(shù)據(jù)輸出。

1.1 中紅外光譜與紅外區(qū)吸收

中紅外光譜是指波數(shù)在400～4 000 個/cm的光譜，紅外活性分子會吸收紅外光，從低的振動能級躍遷到高的振動能級，這些分子普遍具有特定的化學鍵和官能團，如C-O，C-H，N-H、S-H鍵等，這也是儀器對組分定性分析的理論基礎(chǔ)。

如圖1、圖2所示，牛乳成分中的乳糖分子具有大量的C-O鍵，對波長9.5 μm的光線具有較好的吸收，而蛋白質(zhì)大分子中的氨基酸具有更多的N-H鍵，對波長為6.5μm的光線具有較強的吸收，在儀器輸出的光譜中，根據(jù)這些特定波長被吸收的程度來判斷對應(yīng)組分的濃度。

1.2 比爾定律

比爾-朗博定律是計算光吸收時最基礎(chǔ)的定律，因為乳成分分析儀的光程是一定的，因此，本文更多探討比爾定律。比爾定律是指在光程一定的條件下，溶液的吸光度與溶液的濃度呈正比。比爾定律模型見圖1，計算方法見圖3中的公式1、2。

圖1 乳糖的紅外吸收與官能團

圖2 蛋白質(zhì)的紅外吸收與官能團

圖3 比爾定律模型

圖4 乳成分分析儀基本結(jié)構(gòu)

公式中，P0為入射光強度，P為出射光強度，a為摩爾吸光系數(shù)，b為光程，c為溶液濃度，A為吸光值，且與a、b和c呈正比。前提是溶液必須均勻無雜質(zhì)，無氣泡，防止光線散射和雜質(zhì)吸收。

2 乳成分分析儀結(jié)構(gòu)與特點

乳成分分析儀的基本結(jié)構(gòu)主要由吸樣管、蠕動泵、熱交換器、均質(zhì)機、高壓泵、背壓閥、觀察室和清洗液調(diào)零液瓶組成（圖4）。

如圖4所示，乳成分分析儀的整體流路較為復雜，內(nèi)部走向為：樣品被進樣管吸入儀器，在蠕動泵的推動下進入電磁閥后，被送入熱交換器進行加熱。加熱后的樣品進入均質(zhì)機中均質(zhì)，均質(zhì)主要影響脂肪組分的檢測。均質(zhì)后的樣品進入在線過濾器，此時背壓閥打開，85%的樣品通過背壓閥下方管路被排出，起到清洗管路的作用，隨后背壓閥關(guān)閉，剩余的15%樣品進入觀察室被檢測，隨后進入旁路閥被排出，樣品檢測結(jié)束后，清洗液對儀器管路進行清洗，調(diào)零液會定期自動進行儀器調(diào)零，維持儀器檢測結(jié)果的重復性和準確性。

2.1 進樣管

進樣管吸樣時，偏心電機帶動取樣管震動，為了保證管路內(nèi)部清潔，進樣管吸管處會設(shè)置吸管過濾器，以保持內(nèi)部清潔，但當乳制品中含有大顆粒物質(zhì)時，如谷粒、水果顆粒等，會堵塞過濾器，導致進樣管無法吸入樣品，在泵中出現(xiàn)空氣。一般情況下，應(yīng)避免檢測存在100.0 μm以上顆粒的樣品，應(yīng)定期清洗吸管前端的過濾器，保持清潔。另外，應(yīng)避免檢測變質(zhì)酸敗的樣品，因為酸敗變質(zhì)的樣品也會由于凝塊黏膩等原因堵塞過濾器，甚至污染管道?？拷M樣管的是金屬材質(zhì)的傳感器，用來判斷進樣管下方是否有充足的樣品，在檢測樣品時需注意要用手搬動進樣管上方的偏心電機，調(diào)節(jié)進樣管位置，切不可用待測樣品容器直接推擠進樣管和傳感器，以免損傷儀器。

2.2 熱交換器

熱交換器內(nèi)部通道狹窄，以保證樣品能夠被快速加熱，但這也會導致內(nèi)部容易堵塞，因此，上文提到的進樣前過濾和樣品的選擇尤為重要。熱交換器的作用是將即將進入均質(zhì)機的樣品進行預熱，升溫至40 ℃，理論上檢測樣品無需預熱也可以滿足檢測的要求，但實際檢測中，進樣前應(yīng)至少將樣品加熱至5 ℃以上，太低的溫度會損壞熱交換器。樣品進樣時溫度不得高于55 ℃，連續(xù)檢測高溫樣品會使后續(xù)的光學系統(tǒng)過熱，導致檢測結(jié)果異常。

2.3 均質(zhì)器與高壓泵

均質(zhì)器為兩級均質(zhì)器，擁有一級壓力和二級壓力，一級壓力較高，可以達到200 bar。一級均質(zhì)的目的是將樣品中的較大脂肪球打散，二級均質(zhì)壓力是為了防止分散的脂肪球重新聚合。經(jīng)過兩級均質(zhì)的樣品質(zhì)地更加均勻，使檢測結(jié)果更加準確。均質(zhì)器所需壓力由高壓泵提供，事實上樣品被吸入的壓力也是由前段的蠕動泵和高壓泵提供的，蠕動泵為高壓泵的前置升壓泵。高壓泵的機械結(jié)構(gòu)是上端的泵頭與下方的電機進行拼接，內(nèi)置油封。在拆檢或更換部件時應(yīng)注意油封泄露，內(nèi)部封閉的金屬構(gòu)件如果有水和空氣進入會導致生銹，所以維修后應(yīng)及時除水并進行油封。

2.4 觀察室與在線過濾器

樣品從均質(zhì)器流入觀察室之前，先流經(jīng)在線過濾器，在線過濾器位于觀察室下側(cè)，其過濾網(wǎng)為42 目，經(jīng)過在線過濾器的樣品中有85%通過旁路閥進入廢液管中，這一步的目的是徹底將前一次測量的樣品清出管路，起到潤洗管路的作用。剩下15%的樣品經(jīng)過在線過濾器過濾后，直接進入觀察室，觀察室內(nèi)也有二次過濾網(wǎng)，參數(shù)為50 目，進入觀察室中的樣品被檢測后，通過背壓閥排出管路。樣品從進樣開始先后經(jīng)過了樣品管的過濾、在線過濾器過濾和觀察室內(nèi)部過濾，但依然存在少量污染物污染觀察室，當檢測結(jié)果發(fā)生變化或調(diào)零偏差較大時，觀察室可能被污染，應(yīng)及時送檢清洗。觀察室鏡片含有氟化鈣，應(yīng)避免使用次氯酸鈉等溶液進行清洗，以免腐蝕鏡片。

2.5 清洗液與調(diào)零液

儀器在檢測完一個樣品后會自動進行清洗，一段時間后會進行調(diào)零以保證檢測結(jié)果的準確性。由于清洗液和調(diào)零液會沖洗儀器整個管路，所以兩者配制要使用超純水，減少溶劑中的雜質(zhì)，使用時要注意不要將清洗液和調(diào)零液位置放反。根據(jù)檢測樣品的不同，可以選擇多種清洗液，比如檢測的樣品多為滅菌乳或巴氏殺菌乳等高蛋白樣品時，可使用含蛋白酶的清洗劑，測試樣品中多為植物蛋白飲料、豆奶時，選擇纖維素酶的清洗劑。

清洗液和調(diào)零液的流路與流量配置由電磁閥控制，當清洗調(diào)零效果不佳時，首先考慮清洗調(diào)零液的配制，確認無誤后，可以考慮是電磁閥內(nèi)部管路結(jié)構(gòu)出現(xiàn)了問題，如電磁閥內(nèi)部管路泄露，密封圈損壞等。

3 儀器維護與異常問題

3.1 儀器維護保養(yǎng)

檢測時需要結(jié)果的準確度和精度都要符合要求，所以要對儀器進行定期維保，使儀器保持良好的狀態(tài)。根據(jù)儀器對維護保養(yǎng)的需要和檢驗工作的具體情況，可以對不同保養(yǎng)項目進行頻次分類，如日保養(yǎng)、周保養(yǎng)、月保養(yǎng)等，并對各維保項目的操作和標準進行統(tǒng)一。

3.1.1 強力清洗

強力清洗使用的是儀器廠家提供的強力清洗液，主要成分為蛋白酶，目的是防止管路中形成奶垢等有機物殘留。當儀器長時間不使用，或連續(xù)進樣后，就要使用強力清洗浸泡管路，浸泡時間最短為2 h，過夜浸泡效果更好。強力清洗完成之后，要進行清洗、調(diào)零以及監(jiān)控樣檢測，偏差符合要求之后再進行正常的檢測。

3.1.2 吸入量及排出量檢查

影響儀器吸入量的參數(shù)眾多，比如進樣管、各級泵壓、管路清潔度等，而排出量則主要是針對觀察室流路的參數(shù)。定期檢測儀器的吸入量和排出量對保證儀器檢測結(jié)果的穩(wěn)定性具有重要的參考作用。檢測吸入量時，打開任意一個模塊，取消預沖洗，模塊中設(shè)定了吸入沖程，儀器額定的吸入量是每個沖程0.37 mL，模塊額定的吸入量為沖程數(shù)量乘以0.37 mL。取10.00 mL樣品于量筒中，放到取樣器下吸樣，吸樣結(jié)束后，觀察減少的體積與額定吸入量是否一致，并做好記錄。檢查排出量時，同樣選擇任意模塊，將廢液口靠外側(cè)接觀察室的軟管一端取下，接入量筒中，將調(diào)零液放于取樣器下吸樣，收集從軟管流出的液體，排出量理論值為吸入量的15%。檢查吸入量時，如果發(fā)生吸入量不夠的情況，主要排查蠕動泵的轉(zhuǎn)速是否過慢、蠕動泵管是否老化等問題。

3.1.3 重復性檢查

監(jiān)控樣檢測確定的是儀器檢測結(jié)果的準確度，而重復性檢測是對儀器精密度的檢驗，儀器檢測結(jié)果的重復性越好，則精密度越高。檢測重復性時，打開任意模塊，將吸樣次數(shù)調(diào)整為10 次，取200 mL奶樣進行檢測，10 次檢測的結(jié)果全部完成后，選取數(shù)據(jù)，在結(jié)果界面看到SD值，也可根據(jù)需要換算成RSD值。第一次檢測的數(shù)據(jù)可以算作沖洗管路，不參與計算，所以在實際檢驗中，可選取后9 個數(shù)據(jù)做為測試結(jié)果。一般以RSD值≤0.25%作為重復性合格的標準。如果儀器的重復性較差，首先應(yīng)考慮樣品本身是否均勻，如果樣品本身均勻無異常，則考慮儀器管路的污染，比如：膠管、過濾網(wǎng)以及觀察室的污染。另外，系統(tǒng)的流量不穩(wěn)定也會導致重復性較差。

3.1.4 監(jiān)控樣檢測

為保證測量結(jié)果是準確可靠的，要定期使用監(jiān)控樣對儀器的狀態(tài)進行檢查。監(jiān)控樣應(yīng)選取同一時間段連續(xù)生產(chǎn)的乳制品，并使用國標法對監(jiān)控樣的蛋白質(zhì)、脂肪等理化指標進行檢測并記錄，得到監(jiān)控樣各項理化指標的參考值，并對儀器的檢測值和參考值的誤差范圍做出要求。開機使用儀器前，應(yīng)先對儀器進行清洗和調(diào)零，再進行監(jiān)控樣檢測，如果監(jiān)控樣的檢測結(jié)果和國標法檢測結(jié)果誤差在規(guī)定范圍之內(nèi)，再進行正常的檢驗操作。監(jiān)控樣是普通的樣品，長期存放會發(fā)生脂肪上浮、分層甚至變質(zhì)等狀況，造成參考值波動，所以應(yīng)定期更換監(jiān)控樣品，并合理存放，建立臺賬。監(jiān)控樣品的蛋白質(zhì)、脂肪、總固體等含量應(yīng)使用國標法檢測結(jié)果作為參考依據(jù)。

3.1.5 標準化

觀察室鏡片含有氟化鈣成分，長期大量的檢測樣品會對觀察室造成輕微磨損，造成觀察室尺寸發(fā)生改變，導致光譜偏移。普通的定標調(diào)整斜率和截距很難恢復正常的檢驗條件，此時需要對儀器進行標準化，除此之外，在大修之后，定標之前也要對儀器進行標準化。標準化時，將平衡液放置于進樣器下方，在軟件上執(zhí)行標準化命令即可。標準化時還要觀察儀器的A值，當A值小于設(shè)定值時，就不能再進行標準化，而需要對觀察室進行更換。

4 常見異常問題

儀器檢測時會偶爾發(fā)生一些異常問題，這些問題的產(chǎn)生有可能來源于檢驗方法或?qū)嶒炇噎h(huán)境，也有可能與人員操作或儀器自身狀態(tài)有關(guān)，可采取“人、機、料、法、環(huán)”五因素法逐一排查原因，予以解決。

4.1 監(jiān)控樣檢測值與參考值偏差過大

當儀器檢測監(jiān)控樣的數(shù)值與參考值偏差較大時，首先要分析儀器的重復性是否符合要求，若是因重復性不良而造成的結(jié)果偏差，則考慮可能是管路的臨時污染，可強力清洗并進行調(diào)零后再次進行監(jiān)控樣檢測；如果儀器重復性符合要求，則要考慮可能是監(jiān)控樣品的問題，可以再次用國標法對監(jiān)控樣品進行檢測，更新參考值，或更換監(jiān)控樣品后再次檢測。

4.2 樣品檢測重復性較差

檢測結(jié)果的重復性不好，通常是管路臨時污染造成的，應(yīng)對管路進行強力清洗和調(diào)零后，再次檢查儀器重復性；若重復性依舊不佳，則要考慮儀器的重要參數(shù)，如熱交換器參數(shù)、奶封是否滲漏等，必要時可檢查觀察室是否被污染，觀察室的污染不僅會影響結(jié)果的重復性，還會影響檢測結(jié)果的準確度。

4.3 泵的警報處理與分析

儀器警報中泵的警報發(fā)生概率最高， 當儀器顯示H-pumpoverload（高泵壓電流高）時，說明高壓泵的電流太大導致泵無法正常運轉(zhuǎn)，這種情況很有可能是電極損壞造成的，應(yīng)立即停止使用，防止燒壞主板，并將信息反饋給相關(guān)技術(shù)人員。如果儀器顯示H-pumpempty（高壓泵電流低）或者H-pumpstroketimeout（高壓泵柱塞行程超時），有可能是由于泵的管路中存在空氣，進樣的樣品不滿足要求，如有雜質(zhì)，黏度過大，堵塞進樣口，導致吸樣量不足，空氣進入，此時應(yīng)進行排氣操作并檢查樣品是否滿足進樣要求。

4.4 調(diào)零偏差較大

調(diào)零時，希望儀器自動檢測5 次的結(jié)果一致性好且絕對值＜0.03，但有時會出現(xiàn)檢測結(jié)果的一致性不好或某項指標調(diào)零的絕對值偏差較大的情況。此時，建議根據(jù)具體的情況進行如下的分析。

4.4.1 調(diào)零5 次檢測結(jié)果一致性較好，但絕對值偏差＞0.05時

這類情況很有可能是因為管路臨時污染導致的，而儀器硬件正常，可以通過對管路的清洗來使得調(diào)零的絕對值降低，使其符合要求。

4.4.2 調(diào)零5 次檢測結(jié)果一致性較好，絕對值偏差為0.03～0.05

可以暫時使用軟件自帶的接受調(diào)零來接受校正，但需要在檢驗工作中加大調(diào)零的頻次，如將每小時調(diào)零1 次改為30 min1 次，以便及時清除儀器內(nèi)部的臨時污染。

4.4.3 調(diào)零5 次檢測結(jié)果的一致性不佳

很有可能是硬件方面的問題，可首先對儀器硬件進行檢查，將調(diào)零5 次檢測的重復性穩(wěn)定之后，再按照上述方法進行調(diào)整。

5 小結(jié)

在實際的檢驗工作中，儀器出現(xiàn)異常情況和問題十分常見，降低異常問題和故障發(fā)生的頻次可以大大提高工作效率，這需要檢驗人員對儀器進行日常維保和學習掌握基礎(chǔ)技能，并了解儀器運行的原理，以便在遇到故障時擁有正確的解決思路。各乳品企業(yè)應(yīng)針對上述內(nèi)容對員工進行定期的培訓，并對儀器維保的規(guī)范操作和頻次做相應(yīng)要求，關(guān)注儀器狀態(tài)，以提高檢測的效率和準確度。