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1、第六章,食品中微量元素的测定,第一节 概述,矿物质元素：食物中的元素50余种，除C、H、O、N外的其他元素称为矿物质元素。,营养学：必需元素、非必需元素、有害元素需要程度：常量元素、微量元素性质：金属元素、非金属元素,食物中各种元素对人体需要来说，分为：,常量元素,微量元素,微量元素：地球化学角度：占地球组成0.01%的60余种元素 医学角度：占人体总重量万分之一以下的元素人体必需的有铁、锌、铜、锡、锰、硒、碘、氟等14种,微量元素,进入人体的渠道（主要是食物）,必需元素,有毒元素,+,自然条件决定的,加工、包装、贮存时污染,强化营养添加到食品中的,新材料及工业三废等,食品中微量元素的检测方法
2、,(1)原子吸收分光光度法(2)原子荧光光谱法(3)分光光度计法(4)比色法(5)滴定法,影响测定结果准确定性的因素,样品的采集与处理,试剂,仪器,实验用水,溶液配制,第二节元素的提取与分离,以上这些元素都以金属有机化合物的形式存在于食品中，要测定这些元素先要做两件事：1.用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失待测成分为原则。2.破坏掉有机物后的样液中，多数情况下待测元素浓度很低，且为多种元素共存的状态，有其它元素的干扰，所以要浓缩和除去干扰。,第二节元素的提取与分离,1、破坏有机物质。,2、浓缩和分离。,测定方法,原子吸收,比色法,（一）有机物破坏法,测定食品中无机成分
3、的含量，需要在测定前破坏有机结合体，如蛋白质等。操作方法分为干法灰化和湿法消化两大类。,1.干法灰化 原理：将样品置于电炉上加热，使其中的有机物脱水、炭化、分解、氧化，再置高温炉中灼烧灰化，直至残灰为白色或灰色为止，所得残渣即为无机成分。,电炉,干法灰化方法优点,优 点,有机物分解彻底，操作简单。,灰分体积小，可处理较多的样品，可富集被测组分。,此法基本不加或加入很少的试剂，故空白值低。,干法灰化方法缺点,缺 点,坩埚有吸留作用，使测定结果和回收率降低。,因温度高易造成易挥发元素的损失。,所需时间长。,2.湿法消化,原理：样品中加入强氧化剂，并加热消煮，使样品中的有机物质完全分解、氧化，呈气态
4、逸出，待测组分转化为无机物状态存在于消化液中。常用的强氧化剂有浓硝酸、浓硫酸、高氯酸、高锰酸钾、过氧化氢等。,湿法灰化方法优点,优 点,由于加热温度低，可减少金属挥发逸散的损失。,湿法灰化方法缺点,缺 点,试剂用量大，空白值偏高,初期易产生大量泡沫外溢,产生有害气体。,浓缩、分离处理方法与后边测定方法有关。例：比色法测定，用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。原子吸收分光光度法，一般可不用特殊处理。测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。,螯合萃取原理,+,金属离子,螯合剂,金属螯合物
5、,=,观察其溶解性的变化,水相,有机相,螯合剂,金属离子,3、影响分配比值的几个因素：（1）螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。（2）pH的影响：pH 越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。要正确控制溶液的酸度,对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。例：Zn2+的最适宜pH为6.5-10。,(3)萃取溶剂的选择：溶剂是否有利于萃取的分离主要取决于它们的物理性质和化学性质。一般尽量采用惰性溶剂，避免产生副反应。根据螯合物的结构，由相似相溶原理来选：含烷基螯合物选卤代烃（CCl4、CHCl3等），含芳香基螯合物选芳香烃（苯、甲苯等）溶剂的相对密度与溶液
6、差别要大、粘度小。无毒。无特殊气体、挥发性较小。,4干扰离子的消除 一种螯合剂往往同时和几种金属离子形成螯合物，控制条件可有选择地只萃取一种离子或连续萃取几种离子，使之相互分离。控制酸度 控制溶液的pH值 使用掩蔽剂 例.KCN 可掩蔽 Zn2+、Cu2+柠檬酸铵可掩蔽 Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+EDTA可以掩蔽除 Hg2+、Au2+以外许多金属离子。,常用的螯合剂,双硫腙（HDZ）,二乙基二硫代甲酸钠（NaDDTC）,丁二酮肟,与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，有时可直接比色,食品中铁的测定,邻菲罗啉光度法,原理：在pH为2-9(一般控制pH=5-6)
7、的溶液中，邻菲罗啉与 Fe2+生成稳定的橙红色配合物，其lgK稳=21.3，最大吸收波长为510nm，摩尔吸光系数为1.1104。在一定浓度范围内，Fe2+的浓度与吸光度符合比尔定律。,Fe3+与邻菲罗啉作用生成蓝色配合物，稳定性较差。样品中若有 Fe3+，应在酸性溶液中加入盐酸羟胺（还原剂）将三价铁还原为二价铁。此时测定的是总铁含量。,2、实验器材,1.仪器：分光光度计2.试剂：（1）盐酸羟胺溶液(10%)：称取10g盐酸羟胺，用水溶解并稀释至100mL（现用现配）（2）盐酸：1：1和1：9溶液；（3）乙酸钠溶液(450g/L)：称取45g乙酸钠,加水溶解并稀释至100mL；（4）0.1%邻
8、菲罗啉：称取0.10g邻菲罗啉于烧杯中，加60mL水，加热溶解(不超过80），移入100mL容量瓶中，用水稀释至刻度，摇匀；（5）铁标准贮备液(1000g/mL)（6）铁标准使用液(10g/mL),标准曲曲及样品测定,注意,1.注意加入试剂的顺序。显色时间的影响可与绘制吸收曲线同步进行。2.加入盐酸羟胺溶液后应摇匀，使Fe3+完全还原为Fe2+后再加入显色剂。,分光光度计主要部件,吸收池,比色皿,普通玻璃,石英玻璃,紫外区测量必须石英比色皿，普通玻璃有大吸收,1cm最常见,注意,拿比色皿时，不要接触透光面，应拿毛玻璃面。测定时，比色皿应先用蒸馏水洗3次，再用待测液润洗2-3次。盛好溶液的比色皿
9、，用擦镜纸轻轻擦去外壁的液体，比色皿用过后，要清洗干净，晾干放入比色皿盒中 比色皿中液体的高度应在皿高的2/3至3/4 测量时尽量使吸光度在0.2-0.7之间,cx,3.结果计算：cv1000 X=v样1000 式中：X试样中铁的含量，mg/L c根据试样的吸光度，从标准 曲线上查出的铁浓度 v样实验所取试样的体积 v定容体积,吸收曲线：每一种物质对不同波长光的吸收程度是不同的。如果我们让各种不同波长的光分别通过被测物质，分别测定物质对不同波长光的吸收程度。以波长为横坐标，吸收程度为纵坐标作图所得曲线。,原子吸收分光光度法,样品经干法灰化或湿法消化后，导入原子吸收分光光度计，经火焰原子化后，铁
10、吸收波长248.3nm的共振线，其吸收量与铁的含量成正比，与标准系列比较定量,原子吸收光谱法亦称原子吸收分光光度法,是基于蒸气相中待测元素的基态原子对其共振辐射的吸收强度来测定试样中该元素含量的一种仪器分析方法,1.组成框图,火焰原子化器,测定的简要过程：先将金属盐溶液雾化喷入火焰，由于热解离，金属元素变成原子状态。从能发射待测定金属特征谱线的锐线光源发出的辐射通过燃烧器上部的火焰，被火焰中的分析元素的基态原子部份地吸收后进入单色器，经单色器分离出强度降低的谱线，然后由检出器转换为电讯号，这个电讯号被放大后直接在指示仪表上读出，通过测定不同浓度的基态原子对特征谱线的吸收程度，决定浓度。,一、光
11、源：作用是发射带测元素的特征谱线。要求：a）发射稳定的共振线，且为锐线；b）强度大，没有或只有很小的连续背景；c）操作方便，寿命长。最常用的是空心阴极灯（HCL）、无极放电灯（EDL）。二、原子化器：将样品中的元素转化为自由基态原子蒸汽。,空心阴极灯简图,雾化器,毛细管,助燃气,撞击球,火焰,燃烧器,扰流器,雾化室,废液,试样溶液,分光系统：分出火焰中带测元素的谱线。检测器：把光信号转换为电信号，经调制、放大处理，最后输出结果。,原子吸收分光光度计与紫外可见光度计在装置上的异同：同：均由光源、单色器、吸收池（或原子化器）、检测器和记录仪组成。异：在位置上是不同的。前者单色器放在原子化器后面是为
12、了避免火焰中非吸收光的干扰。后者单色器放在吸收池的前面。原子吸收分光光度计：光源原子化器单色器检测紫外可见光度计：光源单色器吸收池检测,食品中锌的测定,常用的锌的测定方法,双硫腙比色法,原子吸收光谱法,双硫腙比色法（一次提取）,GB/T5009.14-2003食品中锌的测定,GB 5413.21-2010食品安全国家标准婴幼儿食品和乳品中钙、铁、锌、钠、钾、镁、铜和锰的测定,GB/T 23375-2009蔬菜及其制品中铜、铁、锌、钙、镁、磷的测定,原子吸收分光光度法,1、原理 样品灰化或酸消解处理后，导入原子吸收分光光度计，经火焰原子化后，锌吸收波长213.8nm的共振线，其吸收量与锌的含量成
13、正比，与标准系列比较定量,电炉,干法灰化,湿法消化,2 仪器和试剂,(1)仪器 原子吸收分光光度计（附锌空心阴极灯）马福炉 电热板 分析天平,(2)试剂,硝酸+高氯酸（3+1）磷酸(1+10)盐酸(1+11)：量取10mL盐酸，加到适量水中，再稀释至120mL。锌的标准储备液(0.5mg/mL)或(1000g/mL)可以直接购买该元素的有证国家标准物质作为标准溶液。锌的标准使用液(100g/mL),3 操作步骤,(1)样品的处理 谷类:去除其中的杂物和尘土，必要时除去外壳，磨碎，过40目筛，混匀。称取5.0010.00g置于50mL瓷坩埚中，小火炭化至无烟后，移入马福炉中，于50025 下灰化
14、8h，取出坩埚，放冷后再加入少量混合酸，以小火加热，避免蒸干，必要时补加少许混合酸。如此反复处理，直至残渣中无炭粒。等坩埚稍冷，加10mL盐酸(1+11)溶解残渣，移入50mL容量瓶中，再用盐酸(1+11)反复洗涤坩埚，洗液也并入容量瓶中，稀释至刻度，混匀备用。取与样品处理量相同的混合酸和盐酸(1+11)，按相同的操作方法做试剂空白试验校正结果。,蔬菜、瓜果及豆类:将可食用部分洗净晾干，充分切碎或打碎后混匀。称取10.0020.009置于瓷坩埚中，加lmL磷酸(1+10)，小火炭化，然后按谷类样品的处理自“至无烟后移入马福炉中”起，依法操作。禽、蛋及水产品:将可食用部分充分混匀后，称取5.00
15、10.00g置于瓷坩埚中，小火炭化，然后按谷类样品的处理自“至无烟后移入马福炉中”起，依法操作。乳制品:样品经混匀后，量取50mL置于瓷坩埚中，加lmL磷酸(1+10)，在水浴上蒸干，再小火炭化，然后按谷类样品的处理自“至无烟后移入马福炉中”起，依法操作。,原子吸收光谱仪参考条件,测定波长：213.8nm灯 电 流：6mA狭 缝：0.38nm空气流量：10L/min乙炔流量：2.3L/min灯头高度：3mm背景校正：氘灯,标准曲线法是原子吸收光谱法最常用的方法。此法最根据被测元素的灵敏度及其在样品中的含量来配制标淮溶液系列，测出标准系列的吸光度，绘制出吸光度与浓度关系的工作曲线。测得样品溶液的
16、吸光度后，在工作曲线上可查出样品溶液中被测元素的浓度。,样品测定,将标准系列溶液以浓度从低到高的顺序分别导入火焰原子化器进行测定，记录其对应的吸光度值。以标准系列溶液锌的浓度为横坐标，对应的吸光值为纵坐标，绘制标准曲线(或计算直线回归方程)。将处理后的样液、试剂空白溶液分别导入火焰原子化器中进行测定，记录其对应的吸光度值，与标准系列比较定量（或代入回归方程求出锌的含量）。,4 结果计算,式中：X样品中锌的含量，mg/kg(或mg/L)；m1测定用样品液中锌的容量,g/mL；m2试剂空白溶液中锌的含量,g/mL；m样品的质量(或体积)，g(或mL)；V样品处理液的总体积，mL。,双硫腙比色法,试
17、样经消化后，在pH4.5-5.0,Zn2+与双硫腙生成紫红色络合物，此络合物溶于CCl4，其它金属离子靠加入硫代硫酸钠掩蔽。,螯合萃取原理,+,金属离子,螯合剂,金属螯合物,=,观察其溶解性的变化,水相,有机相,螯合剂,金属离子,Zn,双硫腙,Hg、CuCd,Zn-双硫腙,Hg、CuCd,双硫腙,掩蔽剂,双硫腙,二硫棕比色法测金属元素的条件：,食品中钙的测定,GB/T 5009.92-2003 食品中钙的测定,原子吸收分光光度计法,滴定法（EDTA法）,原子吸收分光光度法,1、原理 样品灰化或酸消解处理后，导入原子吸收分光光度计，经火焰原子化后，钙吸收波长422.7nm的共振线，其吸收量与钙的
18、含量成正比，与标准系列比较定量,滴定法（EDTA法）,原理 钙与氨羧络合剂能定量地形成金属络合剂，其稳定性较钙与指示剂所形成的配合物为强。在适当的pH范围内，以氨羧络合剂EDTA(乙二胺四乙酸二钠)滴定，在达到当量点时，EDTA就自指示剂络合物中夺取钙离子，使溶液呈现游离指示剂的颜色(终点)。根据EDTA配合剂用量，可计算钙的含量。,酒红色,纯蓝色,试剂,氰化钾或氰化钠溶液(1)柠檬酸钠溶液(0.05 mol/L)2mol/L氢氧化钠溶液盐酸溶液（1+4）0.1%钙指示剂酒精溶液钙标准溶液（0.1mg/mL)0.01mol/L1EDTA溶液,3 操作步骤,(1)样品的处理 称取35g置于瓷坩埚
19、（事先经高温灼烧至恒重）中，小火炭化至无烟后，移入马福炉中，于550下灰化24h，冷却干燥，反复灼烧至恒重为止。加入5mL盐酸（1+4），置水浴上蒸干，再加入5mL盐酸（1+4），移入25mL容量瓶中，用热的去离子水多次洗涤灰化容器，洗涤水也并入容量瓶中，冷却后用去离子水定容。,(2)准确吸取钙标准溶液10mL于100mL三角瓶中，加水10mL，用2mol/L的Na0H调至中性，加入1KCN 1滴，0.05 mol/L柠檬酸钠 2mL，2 mol/L NaOH 2 mL，钙指示剂5滴，用EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色为终点。记录EDTA的用量V(mL)。按下式计算每毫升EDTA溶液相
20、当于钙的毫克数T。T=0.1*10/V,(3)测定：准确吸取样液5 mL(根据钙含量而定)，注入100mL三角瓶中，加水15ml_，用2 mol/L 的NaOH溶液调至中性加入1KCN l滴，0.05molL柠檬酸钠溶液2 mL、2molL的NaOH溶液2mL、钙指示剂5滴，用EDTA溶液滴定至溶液由酒红色变为纯蓝色，记录EDTA标准溶液的用量。用蒸馏水做空白试验。,4 结果计算,式中：X样品中钙的含量，mg/100g TEDTA滴定度，mg V滴定样品时消耗EDTA体积 V0滴定空白时消耗EDTA体积 样品的稀释倍数 m样品的质量，g。,5 说明及注意事项,(1)样品处理要防止污染，所用器皿
21、均应使用塑料或玻璃制品，使用的试管器皿均应在使用前泡酸，并用去离子水冲洗干净，干燥后使用。(2)加指示剂后，不要等太久，最好加后立即。(3)本反应中Zn，Co，Cu，Ni等会发生干扰，可加入KCN或Na2S掩蔽，Fe3+可用柠檬酸钠掩蔽。(4)滴定时的pH为1214。,食品中铜的测定,GB 5009.132003食品中铜的测定,第一法是原子吸收光谱法第二法：二乙胺基二硫代甲酸钠法,原子吸收光谱法,原子吸收分光光度法,火焰原子化法,石墨炉原子化法,二乙胺基二硫代甲酸钠法,4、砷、硒的测定,一、砷的测定 GB5009.112003,（一）银盐法1、原理：样品消化后，让所含AS5+ASH3，再与二乙
22、基二硫代氨基甲酸银（AgDDTC）作用，在有机碱（三乙醇胺）存在下，生成棕红色胶态银，进行比色测定。在生成AsH3过程中，有H2S，会干扰测定，可用浸泡过醋酸铅的棉花来排除H2S的干扰。,左边为AsH3发生器，里边放：样品消化液、HCl、KI、氯化亚锡,Zn粒。横管中有Pb(AC)2吸收H2S。右边为AgDDC吸收管。,（二）、砷斑法（古蔡氏法）,原理：1、消化样品 2、同银盐法 As5+AsH3 3、与溴化汞试纸生成黄色至橙色的色 斑，与标准砷斑比较定量。,1、锑、磷等都能使溴化汞试纸显色2、同一批测定用的溴化汞试纸的纸质必须一致。3、As2O3剧毒，AsH3及HgBr2极毒。,鉴别方法采用
23、氨熏蒸黄色斑,黑,黄色斑,褪色,砷,不变,磷,黑,锑,2、装置如图3、操作：用标准AS2O3液，让溴化汞试纸成一系列不同颜色的标准色斑，为保存时间长一些，可用油画颜料画出标准色斑，在暗处保存。,二、硒的测定,硒化氢，H2Se是无色气体，具有令人厌恶的臭味。水溶液是酸。Se化合价有2、4、6。硒酸H2SeO4属于强酸，它的性质与H2SO4相似。不易挥发，它的盐硒酸盐，很像硫酸盐。硒的一切化合物都有毒。ADI值50200g。硒是与S共存的非金属。应用于电讯器材、半导体和玻璃制造等，所以硒的污染来自半导休工业和冶金工业等排出的三废。,硒是动物生长中必需的微量元素之一，起调节氧化还原反应速度，强化某些
24、酶系的活性，调节VA、C、E、K 在体内的吸收和消耗。硒被科学家称之为人体微量元素中的“抗癌之王”科学界研究发现，血硒水平的高低与癌的发生息息相关。增强免疫力：有机硒能清除体内自由基，排除体内毒素、抗氧化、能有效的抑制过氧化脂质的产生，防止血凝块，清除胆固醇，增强人体免疫功能。,防止糖尿病：硒是构成谷胱甘肽过氧化物酶的活性成分，它能防止胰岛细胞氧化破坏，使其功能正常，促进糖份代谢、降低血糖和尿糖，改善糖尿病患者的症状。防止白内障：硒可保护视网膜，增强玻璃体的光洁度，提高视力，有防止白内障的作用。,防止心脑血管疾病：硒是维持心脏正常功能的重要元素，对心脏肌体有保护和修复的作用。人体血硒水平的降低
25、，会导致体内清除自由基的功能减退，造成有害物质沉积增多，血压升高、血管壁变厚、血管弹性降低、血流速度变慢，送氧功能下降，从而诱发心脑血管疾病的发病率升高，然而科学补硒对预防心脑血管疾病、高血压、动脉硬化等都有较好的作用。,防止克山病、大骨节病、关节炎：缺硒是克山病、大骨节病、两种地方性疾病的主要病因，补硒能防止骨髓端病变，促进修复，而在蛋白质合成中促进二硫键对抗金属元素解毒。对这两种地方性疾病和关节炎患者都有很好的预防和治疗作用。解毒、排毒：硒与金属的结合力很强，能抵抗镉对肾、生殖腺和中枢神经的毒害。硒与体内的汞、锡、铊、铅等重金属结合，形成金属硒蛋白复合而解毒、排毒。防治肝病、保护肝脏：,食
26、物中5ppm引起中毒，但一般膳食中Se含量既能满足又很安全。（一）二氨基萘荧光光度法样品消化 Se4+酸性下与2，3-二氨基萘绿色荧光物质 环己烷萃取比较定量本法最低检测量为0.005 g硒。（二）3，3二氨基联苯胺比色法 最低检测量为1 g硒。,1.什么是矿物质元素？如何分类？2.双硫腙的性质、测定金属元素的条件如何？3.简述原子吸收分光光度法的基本原理。说明原子吸收分光光度计由哪四大部分组成？各自作用如何？4.原子化方法有哪几种？简单介绍一下。5.金属螯合剂有什么特点？常用的有哪些？6.影响分配比值的因素有哪些？7.测定金属元素为何注重提取与分离？8.萃取剂如何选择？最常用的萃取剂是什么？为什么？9.哪些元素不能采用干法灰化?汞、铅、砷、碘、硒不能采用干法灰化，因高温灼烧时易挥发损失。,第六章 重点,
