《食品限量元素》PPT课件.ppt

第十二章 食品限量元素的测定 概述 存在于食物中的各种元素： 从营养的角度，可分为必需元素、非必需元素和有害元素三类。 从元素存在的化学形式，可分为有机元素和矿物质（无机盐）元素 对矿物质元素而言，按人体对其需要量，可分为常量元素和微量元素 常量元素：每日膳食需要量在100mg以上的，如钙、磷、镁、钾、钠、 氯、硫。 微量元素：在代谢上同样重要，但含量相对较少。按照1990年 FAO/WHO国际组织专家委员会的新定义，微量元素按照其生物学 作用分为：（1）人体必需微量元素，共有8种：碘、锌、硒、铁、 铜、钼、铬、钴。（2）可能必需的元素共有5种：锰、硅、硼、钒 、镍。（3）具有潜在毒性，但低剂量时可能是人体必需的元素7种 ：氟、铅、镉、汞、砷、铝和锡。 微量元素的特点： （1）在机体组织中的作用浓度很低，往往以ppm 或ppb的含量来描述。 （2）有限量标准，如人体对硒的每日安全摄入量 为50200g。 （3）功能受化学形式影响：如Cr6+ 有害，而 Cr3+ 有益。 限量元素：按食品卫生的要求有一定限量规定的 元素，包括：必需微量元素及有害元元素。 表131食物中几种元素的限量卫生标准 元素食品品种指标（mg/Kg） 汞 GB2762-1994 粮食（成品粮） 薯类（土豆、白薯）蔬菜、水果、牛乳 肉、蛋（去壳） 鱼、其他水产品 0.02 0.01 0.05 0.3其中甲基汞0.2 砷（以As计） GB149351994 粮食 海水鱼（鲜重计） 贝类、甲壳类、其他海类产品 0.7 0.5 1.0 铅（以Ph计） GB149351994 粮食 豆类 蔬菜、水果、蛋类 肉类、鱼虾类 食盐、味精、酱油、食醋、酱腌菜 0.4 0.8 0.2 0.5 1.0 镉（以Cd计） GB152011994 大米 面粉 蔬菜、杂粮（玉米、小米、高梁、薯类）蛋 水果 肉、鱼 0.2 0.1 0.05 0.03 0.1 铁（以Fe计） GB152001994 食用油、植物性罐头食品 果汁饮料、果酱 酱油、动物性罐头食品 啤酒 20 15 70 5 硒（以Se计） GB131051991 粮食（成品粮）、豆类及制品 肉类（畜、禽）、蛋类 鱼类 肾 奶粉 0.3 0.5 1.0 3.0 0.15 食品中限量元素的检测方法 食物中常见的矿物质约有20余种，本章着重介绍食物中常见的或食物 卫生标准规定检验的限量元素。 食品中限量元素的检测方法： 原子吸收分光光度计法 溶剂萃取比色法 荧光光度法 离子选择电极法 原子吸收分光光度法的原理 基本原理 原子吸收光谱法的基本原理是将光源辐射出的待测元素 的特征光谱通过样品的原子蒸汽时，被待测元素的基态 原子所吸收，在一定范围与条件下，入射光被吸收而减 弱的程度与样品中待测元素的含量呈正相关，由此可得 出样品中待测元素的含量。 它的基本点是“基态自由原子可以吸收特定波长的光”。 自1954年世界上第一台原子吸收分光光度计问世以来，它的研制与 应用得到了飞速发展。已广泛用于地质、冶金、环境保护、食品卫 生检测等多种部门的许多领域。由于该法具有其它方法难以比拟的 独到优点，故在最新颁布的国家标准食品卫生检测方法中，常被列 作第一法。 原子吸收分光光度计的组成系统 1.仪器的组成 原子吸收分光光度计由四个基本单元系统构成，即光源系统、原子 化系统、分光系统和检测系统。 （1）光源 光源的作用是发射待测元素的特征谱线（一般是共振线，基态到第 一激发态）。半宽小、高强度、低背景的光源是取得良好分析效果 的基础。目前最常用的光源是空心阴极灯（HCl）：空心阴极灯的 阴极由高纯待测金属制成，当在外加电源作用下惰性气体被电离， 其中阳离子飞向阴极，阴极的原子受激产生出窄而强的该元素特征 谱线，由灯头前面的石英窗射出。市面上可买到大约40种金属元素 的空心阴极灯。 图：空心阴极灯结构图 1阳极，2石英窗，3气体 （Ar或Ne），4空心阴极，5 玻璃封套 （2）原子化器 原子化器的作用是将样品中的元素转化为自由态原子蒸气，并处于 基态。 火焰原子化器包括雾化器、雾化室和燃烧器三个部分。样品溶液经 雾化器喷成细雾状，进入雾化室经撞击球的作用后形成稳定的小雾 滴，借助于助燃气可使溶液样品形成气溶胶，然后气溶胶与燃气混 合，点火引起燃烧，最终获得一个稳定火焰吸收层。常用的火焰有 空气乙炔和氧化亚氮（N2O）乙炔火焰。燃烧器通常为一条5 10cm的缝槽状。由于火焰原子化法的原子化程度较低，且被火 焰气体大量稀释，对于要求灵敏度较高的一些重金属含量测定，石 墨炉原子化法是理想的选择 电热原子化器（ETA）是采用电热难熔材料（石墨）作为原子化器 ，样品在其中高温熔融，可获得瞬态自由原子。 ETA的优点是自由原子滞留时间较长、加热时间短、操作简单、成 本低、抗氧化能力强、使用寿命长等。 （3）分光系统 分光系统包括单色器和外光路两部分，其核心部件为单色器，包括 入射狭缝、准直光镜色散元件、成像物镜和出口狭缝等。国内外仪 器普遍采用光栅作为色散元件。 仪器的光路系统有单光束和双光束两种类型，后者可以消除由于光 源不稳定引起的漂移，并可降低信噪比。 （4）检测器 检测系统包括检测器、放大器和读数显示器等。光电倍增管使用最 普遍，光二极管（约有60 多个光二极管）是一种新型的固体检测 器，正被一些新型仪器所采用。 铁、铜、锰、镁、锌的测定 我国国家标准规定了食物中这五种金属含量 的测定方法均采用原子吸收分光光度法（详见 GB12396-90，GB/T5009.13-1996， GB/T5009.14-1996）。样品用湿法消化（硝 酸、高氯酸4：1 混合液）制成试样溶液，按照 仪器说明书，调节仪器狭缝，空气及乙炔的流 量、灯头高度、元素空心阴极灯电流等参数至 最佳状态。 铁、铜、锰、锌、镁原子吸收分光光度法测定参数 以标准曲线法进行定量计算： X=(CC0)vf100/m1000 式中：X样品中元素的含量，mg/100g； （四）铅、镉、铬的测定（石墨炉原子化法） 由于火焰原子化法的原子化程度较低，且被火焰气体大量稀释，对 于要求灵敏度较高的一些重金属含量测定，石墨炉原子化法是理想 的选择。 样品经消解（可选用干法灰化、压力消解法、常压湿法消化、微波 消解法中的任何一种方法）后，制成供试样液，按照仪器说明书， 调节有关参数至最佳状态，以标准曲线法进行定量计算。 铅、铬、镉无火焰原子吸收法测定参数 （五）最佳条件选择 原子吸收法具有灵敏度高，选择性好的优点，但在 应用中也受到了许多因素的制约，除了仪器本身的性能 影响之外，操作条件的选择也非常重要，只有选择合适 的测定参数，使仪器处于最佳工作状态，才能得出优良 的分析结果。实际操作时，应根据仪器说明书，以及下 列条件，选择合适的测定参数。 矿物质元素的分离与浓缩 1，金属元素一般以金属有机化合物的形式存在于食品中， 2， 有机物质破坏-分离-浓缩-检测。 3，分离-浓缩 最主要的方法是金属鳌合物溶剂萃取法。 鳌合萃取原理 金属离子先与鳌合剂生成金属鳌合物，然后利用与水不相溶的有机 溶剂同试液一起振荡，金属鳌合物进入有机相，另一些组分仍留在 水相中，从而达到提取分离的目的，这个方法称为液液溶剂萃取 法。 鳌合物 当金属离子与可提供二个或二个以上配位键的络合剂起反应，生成 二个或二个以上环状结构的络合物，称为鳌合物。鳌合物的环通常 为五元环或六元环，结构比较稳定，溶于有机溶剂，而不溶于水。 亲水性的原理： 依据破坏或形成氢键的能力， （离子含氧基团含氮基团含硫基团烃类） 金属鳌合物溶剂萃取法提取与分离元素 溶剂萃取比色法具有较高的灵敏度和选择性 ，设备简单，至今仍被选作国标法中金属离子 含量测定的第二法或第三法（如铅、铜、锌、 镉、汞等）。 缺点是工作量大，耗用试剂、溶剂较多。 砷斑法测定砷的原理及步骤 砷斑法（古蔡氏法） 1.原理 样品经强酸消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然 后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，再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。 AsH3+3HgBr2As(HgBr)3+3HBr 2As(HgBr)3+AsH33AsH(HgBr)2（黄褐色） As(HgBr)3+AsH33HBr+As2Hg3（棕色） 2. 步骤 (消化-还原-氢化-显色) 消化 样品用过氯酸硝酸法消化或硝酸硫酸法消化。 称取样品5克置250ml凯氏烧瓶中,加水10ml过氯酸硝酸混合液20ml 用小火加热至反应不缓合时，停火，放冷后自瓶壁缓缓加入硫酸 10ml，继续加热，并不断补充过氯酸硝酸混合物，每次1ml，直到 有机物完全破坏，溶液澄明无色加水25ml煮沸放冷 加草酸铵饱和液15ml、水20ml煮沸放冷加100ml容量瓶 中。 样品也可用灰化法处理，加氧化镁和硝酸镁助灰化。 测测定 取消化液20ml，加5ml 碘化钾钾溶液（ 150g/l），5 滴酸性氯氯化亚锡亚锡溶液及 5ml 盐盐酸（样样品如用湿法消化，则则要减 去样样品中硫酸毫升数），再加适量水至 35ml。于测砷瓶中加10颗锌粒，立即 塞上预先装有乙酸铅棉花及溴化汞试纸 的测砷管（如图135），于25放置 1h，取出溴化汞试纸，将样品及试剂 空白与标准砷斑比较。同时做空白。 标准砷斑的制备 精确吸取三氧化二砷标准液（1mg/1ml)0.5、1.0 、2.0、3.0、4.0、5.0ml，分别置于测砷瓶中，各加入 KI液5ml、酸性氯化亚锡溶液5滴及盐酸5ml，加水至 35ml，以下操作同上。同时作试剂空白。 计计算 砷含量（mg/kg, AS2O3) X=m1m01000/m2V2/V11000 式中：x样品中砷的含量，mg/kg 或mg/L； m1测定用样品消化液中砷的质量，ug； m0试剂空白液中砷的质量，ug； m2样品质量（体积），g(mL)； V1样品消化液的总体积，mL； V2测定用样品消化液的体积，mL。 5讨论 （1）H2S 对本法有干扰，遇溴化汞试纸亦会产生色斑。乙酸铅棉 花应松紧合适，能顺利透过气体又能除尽H2S。 （2）锑、磷等都能使溴化汞试纸显色，鉴别方法是采用氨蒸熏黄 色斑，如果先变黑再褪去为砷，不变时为磷，变黑时为锑。 （3）同一批测定用的溴化汞试纸的纸质必须一致，否则因疏密不 同而影响色斑深度。制作时应避免手接触到纸，晾干后贮于棕色试 剂瓶内。 （4）硝酸硫酸法或硝酸过氯酸法在破坏有机质时，注意不要无加 硫酸，因为加硫酸样品即脱水碳化，使破坏处理困难。 （5）试剂常有微量砷，因此必须用同量试剂以同样操作进行空白 试验，以校正测定结果。 （6）本法可以检测无机砷和有机砷化合物。 （7）三氧化二砷有剧毒，使用时必须谨慎，切勿用嘴吸取。 （8）本法选自GB/T5009.11-1996 中的第二法，最低检出浓度为 0.25mg/kg。 银盐法 1.原理 样品经消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后 与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，通过用乙酸铅溶液浸泡的 棉花去除硫化氢的干扰，然后与溶于三乙醇胺三氯甲烷的二乙 基二硫代氨基甲酸银(AgDDC)作用，生成棕红色胶态银，比色定量 。 反应式如下： H3AsO4+2KI+2HCl=H3AsO3+I2+2KCl+H2O H3AsO4+SnCl2+2HCl=H3AsO3+SnCl4+H2O H3AsO3+3Zn+6HCl=AsH3+3ZnCl2+3H2O 砷化氢被Ag-DDC 溶液吸收，并且在有机碱（三乙醇胺）存在下 ，生成棕红色胶态银： AsH3+6Ag(DDC)=6Ag+As(DDC)3+3HDDC NR3+HDDC=(NR3H)(DDC) 2测定步骤 样品用硫酸高氯酸硝酸法消化或硝酸硫酸法 消化，消化液加适量水煮沸，除尽残余的硝酸后定容至 50mL 或100mL，控制定容后的溶液每10mL 相当于1g 样品。 样品也可用灰化法处理，加氧化镁和硝酸镁助灰化 ，残渣用6mol/L 盐酸溶解后定容，控制定容后的溶液 每10mL 相当于1g 样品。 吸取0.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL 砷标 准液（相当0，2，4，6，8，10ug 砷），分别 置于150mL 锥形瓶中，加水至40mL，再加盐 酸5ml、碘化钾溶液2ml及8滴氯化亚锡溶液， 并静置15分钟以上。以下步骤同样品测定。分 别测其吸光度绘制曲线。 吸取一定量的硝酸高氯酸硫酸或硝酸硫 酸消化后的定容液（相当于5g 样品）及同量的 试剂空白液，分别置于150mL 锥形瓶中，补加 硫酸至总量为5mL，加水至50mL。 对于干法消化的定容溶液（相当于5g 样品）， 试剂空白液以及砷标准系列溶液，分别置于 150mL 锥形瓶中，加水至43.5mL，再加6.5mL 浓盐酸。 于样品消化液、试剂空白 液各加5ml盐酸、5ml 碘化钾 溶液150g/L，8滴氯化亚锡溶 液，混匀，静置15min。各加 入3g 锌粒，立即分别塞上装 有乙酸铅棉花的导气管，并使 管尖端插入盛有4mLAgDDC 溶液的离心管液面下(如图13 4)，在常温下反应45min后 ，取下离心管，加氯仿补足至 4mL，用20mm 比色杯，以二 乙基二氨基甲酸银-马钱子碱 -氯仿溶液作对照，于波长 520nm 处测吸光度，绘制标 准曲线。 3计算 X=m1m01000/m2V2/V11000 式中：x样品中砷的含量，mg/kg 或mg/L； m1测定用样品消化液中砷的质量，ug； m0试剂空白液中砷的质量，ug； m2样品质量（体积），g(mL)； V1样品消化液的总体积，mL； V2测定用样品消化液的体积，mL。 4讨论 （1）砷化氢的吸收液由AgDDC、有机碱和溶剂组成， 原先的方法是将AgDDC 溶于吡啶中，吡啶既是溶剂又 是有机碱，它具有沸点高、灵敏度和重现性好、配置方 便等优点，不少标准方法仍推荐使用。但由于毒性及恶 臭的原因，也有许多改良的报导，例如用生物碱（如马 钱子碱、奎宁、麻黄素等）或其他有机碱（三乙胺、三 乙醇胺等）的氯仿溶液作为吸收液。 （2）酸的用量对结果有影响，还受锌粒的规格、大小 的影响，锌粒也不宜太细，以免反应太激烈。 （3）反应温度最好在25左右为宜，防止反应过激或 过缓。 （4）氯化亚锡除起还原作用，可将As5+还原为As3+， 并还原反应中生成的碘外，还可在锌粒表面沉积锡层， 抑制氢气的生成速度，以及抑制某些元素的干扰，如锑 的干扰等。 （5）本法选自GB/T5009.111996 中的第一法。最 低检出浓度为0.2mg/kg。 其它方法 无火焰原子吸收分光光度法是一个较新的测砷方法，它 具有操作简便，灵敏度高（最低检测量为0.005ug）的 优点。其原理是：食品中的砷经硫酸、硝酸消化为五价 砷，用碘化钾抗坏血酸使As5+还原为As3，再经硼 氢化钾溶液还原为砷化氢，随即被氮气导入石英原子化 器中被原子化，然后在光路中测定砷原子对砷空心阴极 灯发射的193.7nm 谱线的吸收，用标准曲线法测定含量 。 二硫腙比色法测定金属元素的方法要点 原理: 样品消化液中金属离子可用鳌合溶剂萃取法进行提取与 分离的原理。如果选择合适的鳌合剂，控制一定的萃取 条件（如适当的pH值和掩蔽剂,有机溶剂），所生成的 金属鳌合物是有颜色的，则可以吸取有机相直接进行比 色测定，这个方法称为溶剂萃取比色法。 二硫腙 二硫腙腙（Dithizone）的性质质: 1)溶解特性:二硫腙腙（Dithizone），蓝蓝黑色结结晶粉末， 可溶于CHCl3及CCl4中；不溶于水，又不溶于酸，微溶 于乙醇，可溶于氨碱性水溶液。 2) 易氧化: 二硫腙腙在有氧化剂剂（例如Fe3+、Cu2+等） 存在，日光照射下易氧化为为二苯硫卡巴二腙腙,此氧化物不 溶于酸性或碱性水溶液，但溶于CHCl3或CCl4中，呈黄 色至棕色,不与金属起鳌鳌合反应应。市售的二硫腙腙中常含有 此化合物，故使用时时必需精制纯纯化。另外, 为为了防止样样 品中的Fe3 或Cu2+氧化二硫腙腙，应应在水溶液中加入 还还原剂盐剂盐酸羟羟胺。 二硫腙比色法测定金属元素的方法要点 3) 二硫腙与金属离子的反应 二硫腙含有活泼的H，能以一元酸或二元酸的形式与 金属离子反应。大多数金属离子与二硫腙的反应生成单 取代二硫腙盐。只有在碱性溶液中或二硫腙用量不足时 才可能生成二取代二硫腙盐。 4) 二硫腙盐腙盐的萃取性能: 主要决定于水相中的pH值值和 二硫腙试剂腙试剂的浓浓度。稳稳定性较较高的二硫腙盐腙盐，如Pt，Pd ，Au，Ag，Hg，Cu等的二硫腙盐腙盐，可从强酸性溶液中 萃取；Bi、Zn、In、Sn等的二硫腙盐则腙盐则可以从微酸性溶 液中萃取；而Co、Ni、Pb和Cd等的二硫腙盐腙盐只能从中 性或碱性溶液中萃取。 二硫腙比色法测定金属元素的方法要点 5)选择选择性: 二硫腙腙可与许许多金属离子起反应应，故其选择选择 性不高，但可以通过过控制pH值值和应应用掩蔽剂剂来提高它的 选择选择性。常用的掩蔽剂剂有：EDTA，硫氰氰化物，氰氰化物 ，柠柠檬酸盐盐和酒石酸盐盐等。 6) 比色特性: 二硫腙腙与不同的金属离子所生成的金属鳌鳌 合物颜颜色从紫红红色到橙黄色不等，当有机相(如氯氯仿, 四 氯氯化碳)中过过量的二硫腙腙很少时进时进行比色测测定，近似于单单 色法；一般的情况下有机相中都有过过量的二硫腙腙，此时时 的比色测测定称为为混色法，故要求二硫腙腙使用液的浓浓度都 很低，一般在0.0010.0005（W/V）。 二硫腙比色法测定金属元素的方法要点 铅含量的测定 （1）原理 样品经消化后，在pH8.59 时，铅离子与二硫 腙生成红色络合物，可被CHCl3 等有机溶剂萃 取，颜色的深浅与铅离子浓度成正比。加入盐 酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵等，防止铁、铜、 锌等离子干扰，与标准系列比较定量。 （2）测定步骤 称取适量样品，用硝酸硫酸法消化，或灰 化后用硝酸溶液溶解，定容至50mL，吸取 10.0mL 消化液和同量的试剂空白溶液，分别置 于12.5mL 分液漏斗中，各加水至20mL。 吸取0.00，0.10，0.20，0.30，0.40， 0.50mL 铅标准使用液（相当0