食品分析技术微量元素的测定课件

第十一章 微量元素的测定 本章内容 1概述 2 有机物破坏法 3 各种元素的测定 11-1概述 食品中微量元素的测定。包括金属和非金 属两部分。在这些微量元素中，有很多是 我们生活中必不可少的。所以这些元素都 是我们必测的项目，尤其是Pb、Cu、As、 Zn、Cd、Hg。 根据元素茬食品中含量的高低，可将其 分为以下四类: 大量元素 包括碳、氢、氧、氮。 常量元素 包括钾、钠、钙、镁、铁、硫 、磷等元素 。 微量元素 包括锰、锌、铜、钼、锂、铝 、铬、镍、硅、氟、氯、碘等元素 。 痕量元素 包括汞、铅、银、镉、硒、铍 、砷等元素 根据食品中各种成分元素进入人体后 的作用，可将其分为以下三大类: 营养元素 包括碳、氢、氧、氮四种元素 ，是供给人体能量和修补机体组织的主 要原料。 必需元素 包括钾、钠、钙，磷、镁、铁 、碘、铜、锰、锌、钴、镍、钒、硅、 氟、氯等元素 。 有害元素 包括汞、铅、铬、镉、砷等 元素 。 11-2有机物破坏法 食品中重金属的分析和其他分析一样， 关键在于如何将重金属从其他干扰其测 定的物质中分离出来。一般是用湿法灰 化或干法灰化的手段将食品中的有机物 破坏、除去，至于湿法或干法的选择， 要以不致丢失所要分析的对象为原则。 常用于有机物破坏的方法有两种 1. 湿化法（湿法破坏）主要用硫酸来破坏 有机物 2. 消化法 HNO3-H2SO4消化法 H2SO4-H2O2消化法 H2SO4-HCLO4消化法 3.灰化法（干法灰化），将样品灰化。用 灰分来测定这些元素。 干法灰化又分 1.直接灰化法（用于含Cu 、Pb、Zn样品中的有机物破坏） 2.Ca(OH)2法（用于含砷有机样品的破坏 ） 3.NaOH法（适用于含锡样品的有机物破 坏） 一、直接灰化法 固体样5g500马福炉灰白色冷却 加1:1 HCL 2ml水浴加热至干加水 定容到50ml的容量瓶中 液体样 25ml蒸发皿水溶至干入马 福炉同上 Ca(OH)2法 (含砷样) 称5g样+5g Ca(OH)2于蒸发皿加少量 水均匀保温炭化500马福炉灰 白色冷却加6N HCL溶解定容50ml NaOH法 (含锡样品) 称样5g +10% NaOH 3ml蒸发皿水溶 蒸干低温600灰化为灰白色冷却 加5ml水蒸干加10ml浓HCL溶解 10ml移入50ml容量瓶用1:1 的HCL 定容 二、湿法破坏 1HNO3-H2SO4 HNO3-H2SO4 消化法适用于含Pb、As、 Cu、Zn等样品分析。 样品于K瓶加水10ml+ HNO3 15ml+ H2SO410ml K瓶溶液呈棕色时加 HNO3 2-5ml有机物完全分解不再有 棕色气体产生时迅速加热呈微黄色 冷却水5ml定容50ml(作空白 ) 2.H2SO4-H2O2消化法 此法用于含Fe含脂肪高的食品的破坏： 糕点、罐头、肉制品、乳制品等。 样品+10ml H2SO4低温至黑色糊稠状 升温加3%的H2O2 2ml溶液呈透明 液体加热10分钟冷却定容50ml(作 空白) 3.H2SO4-HCLO4消化法 适用于含Sn、Fe 有机物的破坏 样品+10ml H2SO4低温至黑色糊稠状 升温滴加HCLO4 2ml至溶液呈透 明液体加热20分钟冷却加10ml水 定容50ml 湿法破坏和干法破坏的优缺点 湿法破坏 干 法破坏 化时间快 消化时间很慢 需温度低，挥发少，时间短 要求温度高,挥发快 ，时间长对样品性不敏感 对样品有选择性 较多的监视（需人看管） 不需监视 试剂空白大 试剂空白小 不能处理大量样品 能处理大量样品 11-3各种元素的测定方法 一、铅的测定 铅用于制造蓄电池，另外 也用于制造四乙醛 ，铅用于汽油的防冻 剂，铅还可以用于印刷、油漆、陶瓷、 农药及塑料等工业这样就给工业带来了 铅的污染，它很容易被水作物，农作物 吸收积累，从而污染食品，其次是工厂 的设备和器皿，表面涂优铅的器皿也容 易污染食品，铅不是人体必须的，铅通 过食品，消化道进入人体，积累则会产 生铅中毒。 目前测定铅的方法有 a.双硫腙比色法测定铅、锌、铜、汞 b.原子吸收分光光度法 c.离子选择电极测铅 d.极普法测铅 一）双硫腙比色法测定铅、锌 、铜、汞 原理：双硫腙与某些金属离子形成 络合物容于氯仿，四氯化碳等有机物溶 剂中，在一定的平H值下，双硫腙可与不 同的金属离子呈现出不同的颜色，在加 入掩蔽剂和其他消除干扰的试剂后调节 平H.-.时铅离子可与双硫腙形 成双硫腙铅，可被三氯甲烷萃取出来， 根据三氯甲烷呈现颜色与标准比色， 540mm测定 双硫腙可与许多金属元素反应，在周期 表中可与多种金属反应，所以我们 就应该排除干扰离子，否则会影响测定 效果。 排除干扰离子的方法有 调溶液的平H值（最理想的方法） 改变金属离子的价数 加入掩蔽剂使干扰元素不与双硫腙反 应，使干扰离子生成稳定的络合物 二Ca的测定 Ca是人体中的重要元素之一，Ca参与整 个生长，发育过程并各种有机物结合在 一起，体内Ca总量存在于骨骼组 织及牙齿内。婴儿，儿童，妊娠期的妇 女及哺乳期的母亲都需要大量的钙。因 此，测定食品中的钙具有非常重要的营 养学意义。 Ca的测定法 a.KMnO4滴定法 b.乙二胺四乙酸滴 定法 这两种方法比较简单，测定速度也快， 是常用的方法。这两种方法处理样品是 这样的：采用H2SO4-HCLO4破坏法进行消 化。 EDTA测定步骤： 准确吸收消化液5ml加水20ml用2N NaOH中和用水稀释50ml加氢化 钾滴，NaOH 2mlCa指示剂g用 EDTA标液滴定至兰色，同时做空白。 三As的测定 As为非金属元素，砷化物毒性很强，最 常见的砷化合物有三氧化二砷（俗称砒 霜或白霜），三氧化二砷为白色，无味 无嗅的粉末。若含量不纯三氧化二砷为 橘红色，俗称砒霜。砷的分布很广，如 天然颜料、矿石、土壤、食盐、水、动 植物体内。 砷的中毒有以下三种类型：（1）胃肠型 ：中毒后-小时即出现症状，快者几 十分钟即可出现。开始咽喉有灼烧感觉 、口渴、流涎、恶心，接着出现腹痛、 呕吐，同时出现腹泻、小便稀少、心慌 、眩晕、休克。 （2）神经型：头痛、头晕、抽搐、知 觉丧失、出现昏迷状态，最后因呼吸麻 痹及心血管中枢麻痹而死亡 （3）混合型：具有胃肠型和神经型的症 状，对于慢性中毒为面色苍白、黄疸、 消化不良、发炎、落发、眩晕、头痛、 烦躁不安、兴奋、运动发生障碍等。 砷的中毒很强，服用.-. 克可引起及性中毒，服用.-.克 可以致死。 As的测定方法目前有 .古蔡氏砷斑法 .二乙基二硫代氨醛甲酸银比色法(DDC -Ag) 3.二乙基二硫代氨基甲酸银测定砷器发 生比色法 .原子吸收光度法 古蔡氏砷斑法 .原理，在酸性条件下，用氯化亚锡将 五价的砷还原为三价砷，在利用锌和酸 反应产生原子态氢，而将三价砷还原为 砷化氢。当砷化氢气体碰到溴化汞试纸 时，根据不同的砷量而产生有黄色至黄 褐色的砷斑，斑点颜色的深浅与砷的含 量成正比，可根据颜色的深浅比色定量 ，同时在测定的过程中用醋酸铅试纸和 棉花去生成的砷化氢气体，从而去除干 扰。 反应式如下： As2O5 +2SnCL2+4HCLAs2O3+2SnCL2+2H2O As2O3+6Zn+12HCL2AsH3+3H2O+6ZnCl 2 AsH3+6HBrAs(HgBr)3+3HBr（ 黄色） 2 As(HgBr)3+ AsH33AsH(HgBr)2（黄 褐色） AsH(HgBr)2+ AsH33HBr+As2Hg3(棕色 ) 2.方法： 样品的处理 准确称取 样品5g于10g瓷坩埚中加氧化镁粉2g 加10%硝酸镁10ml于水浴蒸干小火上 炭化后移入550灼烧到灰白色冷却 后加10ml浓HCL溶解残渣移入100ml 容量瓶定容 样品分析 取七个100ml的三角瓶编号 编号 1 2 3 4 5 6 7 砷液1mg/ml 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 20ml（标液） 20%碘化钾 5ml 40%SnCL2 2ml 浓HCL 15ml 15ml 15ml 15ml 15ml 15ml 13ml 加水 总体积达 45ml 放置10分钟后，加入锌粒5g迅速装上溴 化汞试纸，醋酸 铅棉花和滤纸的测砷管。25-30避光处 放45分钟，取出试纸，将样 品与标准色斑比色比较，求出样品溶液 中的含砷量。 3.计算：砷（mg/kg） =c/w*1000 C-相当于砷的标准量(mg)；w-测定 时样液相当于样品的重量(g) 注意事项： （1）吸收溶液的量可按样品中含砷量而 定，最后总体积达45ml即可。 （2）样品色斑相当于砷的量应扣除空白 液的色斑相当于砷的量。 （3）试剂空白只允许呈现极浅的淡黄色 （一般不显色）砷斑，如空白显色应找 出原因。 （4）对试剂的要求纯度高，必须是无砷 Zn粒，一级盐酸。 （5）装入醋酸铅棉花时不要太紧和太松， 松紧要合适。 （6）加入锌粒时，加完一个，立即盖上醋 酸铅棉花溴化汞试纸的玻璃管。 （7）As2O3为剧毒注意安全，勿用嘴吸。 4.讨论：加醋酸铅棉花的目的？ Pb(AC)2+H2SPbS（黑色） 除去硫化氢的 干扰。 思考题 常见食品中限量元素的含量范围及其测定意义 。 测定食品中无限量元素时为什么需要分离和浓 缩？螯合溶剂萃取分离的原理是什么？ 介绍双硫腙的性质及其与金属离子的反应。 砷的测定主要有那些方法，砷斑法的基本原理 是什么？ 第七章 蛋白质与氨基酸的测定 第一节概述 第二节各种食品中蛋白质含量及测定意义 第三节蛋白质换算系数 第四节蛋白质的测定方法 食品分析食品分析 第一节 概 述 pro是食品的重要组成之一，也 是重要的营养物质，一个食品的营养 高低，主要看蛋白质的高低。pro除 了保证食品的营养价值外，在决定食 品的色、香、味及结构等特征上也起 着重要的作用。 第七章第七章 蛋白质与氨基酸的测定蛋白质与氨基酸的测定 一、pro组成与分类 1、组成pro是复杂的含氮有机化合物 ，它的溶液是典型的胶体分散体系，由 两性氨基酸通过肽键结合在一起的大分 子化合物，它主要含的元素是C 、H、 O、N、S、P另外还有一些微量元素Fe 、Zn、I、Cu、Mn。对于不同的pro， 它的组成和结构不同，但从分析数据可 以得到近似的pro的元素组成百分比。 第一节第一节 概概 述述 元素CHONSP 百分比% 507231603 03 一般来说，pro的平均含氮量为 100/160，所以在用凯氏定氮法定量pro 时，将测得的总氮%乘上pro的换称参数 K=6.25即为该物质的pro含量。 注意：当测定的样品其含氮的系数与上 面100/16相差较大时，采用6.25将会引起显 著的偏差。 第一节第一节 概概 述述 一、pro组成与分类 2 氨基酸的组成 上面我们已讲了pro是由氨基酸组 成的高分子化合物，目前各种氨基酸 已达175种以上，但是构成pro的氨基 酸主要是其中的20种，氨基酸是由脂 肪酸碳链上的氢原子（NH2）所置换而 得到的。 第一节第一节 概概 述述 一、pro组成与分类 二 pro变性 pro 受热或其它处理时，它的物理和 化学性质会发生变化，这个过程称为变性 作用，pro发生变性作用后，pro的许多性 质发生了变化，溶解度降低，发生凝结， 形成不可逆凝胶，-SH暴露在外面，引起 pro变性的因素主要是热、酸和碱，化学 试剂、重金属盐等。 第一节第一节 概概 述述 第二节 各种食品中蛋白质 的含量及测定意义 一.含量 由于食品种类很多，所以pro含量分布 是不均匀的，一般动物组织pro含量高于植 物组织，而且动物组织以肌肉内脏含量较 多于其他部分，植物是以种子含量高，豆 类含pro最高，如黄豆pro含量在40%。 第七章第七章 蛋白质与氨基酸的测定蛋白质与氨基酸的测定 二.测定意义 1. pro是组成人体的重要成分之一，人体 的一切细胞都由pro组成 2 .pro维持体内酸碱平衡 3 .pro 是食品的重要组织部分之一，也是 重要的营养物质 4 .pro 是评价食品质量高低的指标，还关 系到人体健康。 第二节第二节 各种食品中蛋白质的含量及测定意义各种食品中蛋白质的含量及测定意义 第三节 关于氮-pro换算等数 对于氮含量换算成pro含量的等 数，历来采用6.25，这个数值是以pro 平均含氮而导出的数值，但是食品中 含氮的比例，因食品种类不同，差别 是很大的，我们在测定pro时，应该是 不同的食品采用不同的换算等数，一 般手册上列出了一部分换称等数，用 时可查， 第七章第七章 蛋白质与氨基酸的测定蛋白质与氨基酸的测定 蛋=6.25，肉=6.25，牛乳=6.38 ，稻米=5.95，大麦=5.83，玉米 =6.25，小麦=5.83，麸皮=6.31，面 粉=5.70，如果手册上查不到的样品 则可用6.25，一般在写报告时要注明 采用的换算等数以何物代替。 第三节第三节 关于氮关于氮- -propro换算等数换算等数 第四节 蛋白质的测定方法 pro的测定方法分为两大类：一类是利用pro的 共性，即含氮量，肽链和折射率测定pro含量， 另一类是利用蛋白质中特定氨基酸残基、酸、 碱性基团和芳香基团测定pro含量。但是食品种 类很多，食品中pro含量又不同，特别是其他成 分，如碳水化合物，脂肪和维生素的干扰成分 很多，因此pro的测定通常利用经典的剀氏定氮 法是由样品消化成铵盐蒸馏，用标准酸液吸收 ，用标准酸或碱液滴定，由样品中含氮量计算 出pro的含量。由于食品中pro含量不同又分为 凯氏定氮常量法、半微量法和微量法，但它们 的基本原理都是一样的。 第七章第七章 蛋白质与氨基酸的测定蛋白质与氨基酸的测定 一、 凯氏定氮法 这种方法是1883年Kjeldahl发明，当时凯 氏只使用H2SO4来分解试样，来定量谷物中的 pro，他只知用H2SO4分解试样，而不能阐明 H2SO4分解有机氮化合物生成氨的反应历程，所 以只使用H2SO4分解试样，需要较长时间，后来 由Gunning加入改进，他改进的办法是在消化时 加入K2SO4使沸点上升，这样加快分解速度，因 为温度由原来硫酸沸点的380上升到400，提 高了不到67所以速度也就加快了，凯氏定氮 法至今仍在使用。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 我们在检验食品中pro时，往往只限 于测定总氮量，然后乘以pro核算等数， 得到蛋白质含量，实际上包括核酸、生物 碱、含氮类脂、叶啉和含氮色素等非蛋白 质氮化合物，故称为粗pro。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 凯氏定氮法试验仪器图凯氏定氮法试验仪器图 1、 凯氏常量定氮法： 不论常量、半微量以及微量定氮 法它们的原理都是一样的，首先第一 个步骤是消化： （1）消化：样品与硫酸一起加热消化， 硫酸使有机物脱水。并破坏有机物， 使有机物中的C、H氧化为CO2和H2O蒸汽 逸出，而pro则分解氮，则与硫酸结合 成硫酸铵，留在酸性溶液中。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 在消化过程中添加硫酸钾可以提高温度加快 有机物分解，它与硫酸反应生成硫酸氢钾，可 提高反应温度，一般纯硫酸加热沸点330，而 添加硫酸钾后，温度可达400，加速了整个反 应过程。此外，也可以加入硫酸钠，氢化钾盐 类来提高沸点。其理由随着消化过程硫酸的不 断地被分解，水分的逸出而使硫酸钾的浓度增 大，沸点增加。加速了有机的分解。但硫酸钾 加入量不能太大，否则温度太高，生成的硫酸 氢铵也会分解，放出氨而造成损失。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： （1 1）消化：）消化： 为了加速反应过程，还加入硫酸铜， 氧化汞或硒粉作为催化剂以及加入少量过 氧化氢，次氯酸钾作为氧化剂。但为了防 止污染通常使用硫酸铜。 所以有机物全部消化后，出现硫酸铜 的兰绿色，它具有催化功能，还可以作为 碱性反应指示剂。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： （1 1）消化：）消化： （2）蒸馏：样液中的硫酸铵在碱性条件 下释放出氨，在这操作中，一是加入氢 氧化钠溶液要过量，二是要防止样液中 氨气逸出。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： （3）吸收与滴定： 蒸馏过程中放出的氨可用一定量 的标准硫酸或标准盐酸溶液进行氨的吸收 ，然后再用标准氢氧化钠溶液反滴定过剩 的硫酸或盐酸溶液，从而计算出总氮量。 半微量或微量定氮通常用硼酸溶液吸 收后，再用标准盐酸直接滴定，硼酸呈微 弱酸性，用酸滴定不影响指示剂变色反应 ，它有吸收氨的作用。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： 操作步骤 准确称取样品中0.50-2.00g于500ml凯 氏瓶中加10g无水K2SO4加0.5gCuSO4加 20ml H2SO4在通风橱中先以小火加热，待泡 沫消失后，加大火力，消化至透明无黑粒后 ，将瓶子摇动一下使瓶壁炭粒溶于硫酸中 继续消化30分钟至到样液呈绿色状态，停 止消化，冷却加200ml水连接蒸馏装置 用硼酸作吸收液在K氏瓶中加波动珠数粒和 80ml50% NaOH立即接好定氮球加热至 到K氏瓶内残液减少到三分之一时，取出用水 冲洗用0.1N HCl滴定。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： 计算： 总氮量%= - 100 0.014-氮的毫克当量数 pro%=总氮%K 乳制品K=6.38（N=15.7%） 小麦粉K=5.79（ N=17.6%） 动物胶K=5.6（N=18.0%） 冰蛋K=6.7（N=14.8% ） 大豆制品K=6.0（16.7%） K=6.25则（N=16%） K -换称等数 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 1、 凯氏常量定氮法： N（V2-V1）0.014 WW 各种试剂的作用 （1）浓H2SO4： A：脱水使有机物炭化，然后有机物炭 化生成碳，碳将H2SO4还原为SO2，本身 则变为CO2 B： 氧化 C： pro与浓H2SO4生成NH3，CO2，SO2 ，H2O D： NH3与H2SO4生成硫酸铵 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 （2）CuSO4的作用（催化剂） CuSO4为红色沉淀，当C完全消化后，反应 停止，红色消失，变为兰色，即为消化达到 完全，兰色为CuSO4的颜色 （3）K2SO4的作用（提高沸点） 沸点由330提高到400加速了反应过程。 （4）硒粉和过氧化氢，氧化汞都为催化剂， 但为了防止污染通常采用硫酸铜 (5)50%NaOH的作用 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 各种试剂的作用 下面我就针对几点来说明为何影响 氨化完全和速度快的因素 （1）K氏烧瓶和取样量 如果称1g以上的样品，就需要K氏 烧瓶最小500ml，8001000ml的更好， 这样的K氏烧瓶对于缩短氨化时间，加 热的均匀性和完全氨化效果最好。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 （2）分解剂 H2SO4和K2SO4的添加量 有机无分解需要H2SO4量，H2SO4应根据有 机物种类不同而加的量就不同，如果试样含 脂类高，则加H2SO4多，为了提高分解温度， 要大量添加K2SO4，但不能太多，也不能太少 ，太少则氨化不充分。 K2SO4和H2SO4的添加比例是： 1g样品 K2SO4： H2SO4=7g：12ml 这种比例在国内外都使用，是公认的 还有一种比例： K2SO4：H2SO4=10：20ml 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 催化剂 用作催化剂的有Hg、HgO、Se，硒化合 物，CuSO4、TiO2，对Hg，HgO有毒但结果好 ，Se与CuSO4得到结果是一种，TiO2，的结 果偏低，采用不同的催化剂则消化时间不 同， HgO消化麦子为38，Se与CuSO4消化麦 子55，TiO2消化麦子70，所以在给出测定结 果时要注明催化剂的类型。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 （2 2）分解剂）分解剂 （3）热源的强度 消化时热源的强度同迅速消化和完全 氨化关系很大，即便盐类K2SO4加得多，如 果热源弱，也是没有意义的，热源过强导 致H2SO4损失，使氨回收率低，另外K氏瓶的 容量大小，颈部的粗细和长短等，也与热 源的强度有关。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 (4）氨的蒸馏和吸收及滴定 蒸馏有两种: 1 直接蒸馏（装置简便 ，准确性好）2 水蒸汽蒸馏 蒸馏加NaOH是50%，加的量为H2SO4量的 4倍，硫酸量为12ml，则NaOH为124=48ml ，而且一般高于这个理论值，即加到 5055ml，如果NaOH量加的不够就变成H2S， H2S是强酸，使颜色变红。 第四节第四节 蛋白质的测定方法蛋白质的测定方法 一、一、 凯氏定氮法凯氏定氮法 吸收液有：1、标准H2SO4 用标准碱返滴定 ，甲醛红指示剂 2 、硼酸 用HCl进行滴 定，混合指示剂 目前都用硼酸吸收液，用硼酸代替 H2SO4，这样可省略了反滴定，H2SO4是强酸 ，要求较严，而硼酸是弱酸，在滴定时， 不影响指示剂变色范围，另外硼酸为吸收 液浓度在3%以上可将氨完全吸收