食品中矿物质的测定课件

,第七章 食品中矿物质的测定,一、概述（组成、存在、分类） 二、样品的处理与制备 三、微量元素的测定方法,一、矿物质概述,1.定义： 食物或机体灰分中那些为人体生理功能所必需的无机元素称为矿物质(无机盐). 2.组成元素：除C、H、O、N以外的 3.存在：有机物和无机盐,4.分类 必需元素 非必需元素 有毒元素,一、矿物质概述,微量元素,4.分类 大量元素或常量元素：含量0.01% （每天至少需要100mg ），（Ca、Mg、K、Na、P、S、Cl）占总灰分80%； 微量元素或痕量元素：含量0.01%， （Fe、Co、Ni、Zn、Cr、Mo、Al、Si、Se、Sn、I、F）。,一、矿物质概述,一、矿物质概述,北京部分农产品含砷量过高 可能导致中毒！ 04年网上报道。,2.微量元素与有毒元素合称限量元素。 3.这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥的使用、加工、制造、运输等带入；容器本身不纯，金属带入铅、锌；罐头中酸性锡的溶出；铜器带入过量铜；另外，还有呼吸、皮肤。 日本,前几年流行含金食物，内含银、铜等杂质。 饮水、食品、茶叶、烟草、化妆品等都可能被污染，环境污染已成为世界问题。,13,13,二、样品的处理与制备,将元素从有机物中游离出来，或将有机物质破坏。 1.干法消化 2.湿法消化,将样品在一定温度下灼烧，有机物质变成水和二氧化碳，无机元素留在灰分中。 适用于含Fe、Cu、Pb、Zn 的样品 样品5g 低温炭化 高温灰化（500，6-8h) 2mL（1：1）HCl或HNO3水浴蒸干加水定容50mL。,1.干法消化,2.湿法消化,2.湿法消化, HN03H2S04消化法 适用于含Pb、As、Cu、Sn元素的测定，先加 HNO3 10 ml，再加H2SO4 10 ml，补加HN03 用混合酸（4：1）。,2.湿法消化, H2S04H202消化法 适用于含Fe和含脂肪高的食品； 先加 H2SO4 10 ml，冷却再加2 ml 30% H2O2 ，滴加 H2O2 。,高压消解罐消化,在聚四氟乙烯内罐中加入样品和消化液，放入密封罐内，旋转不锈钢外套，放入恒温烘箱，120-150保持3-4h,微波消解器消化,将微波与聚四氟乙烯压力罐结合起来，被加热物质里外一起加热，瞬间可达高温。微波穿透力强，加热均匀，对难溶样品的分解尤为有效，且消化时间短，仅3-5 min。,一种新的样品处理技术微波密闭消解,高压消解,+,微波快速加热,样品和溶剂放在密闭容器里进行微波加热，产生高压。消解速度是传统方法的10-100倍，消解完全彻底，回收率高，易挥发元素损失少，环境污染少，操作简便等优点。,微波密闭消解仪器 实际消解速度： 食品样品 10 分钟（2.5 MPa) 化妆品 12 分钟（3 MPa) 药、保健品 10 分钟（2.0 MPa) 冶金类样品 20 分钟（2.5 MPa),1.比色测定,三、微量元素的测定方法,铜：铜试剂比色法 （黄色络合物） 锌：双硫腙比色法 （红色） 铁：硫氰酸盐比色法 （血红色） 铬：二苯胺基脲比色法 （紫色） 锰：过硫酸铵比色法 （紫红色）,三、微量元素的测定方法,三、微量元素的测定方法,2.容量滴定,三、微量元素的测定方法,3.重量法 磷：喹钼柠酮法（淡黄色沉淀）,待测元素原子化产生基态原子,光源发出待测元素特征的共振线,根据基态原子吸收共振线的程度来测定含量。 原子吸收仪由三部分组成： 原子化系统 光源系统 检测系统,三、微量元素的测定方法,4.原子吸收光谱法,图3 原子吸收分光光度计示意图,光源,原子化系统,分光 系统,检测显 示系统,原子吸收光谱仪主要部件,根据物质产生的原子蒸气中待测元素的基态原子对光源特征辐射谱线的吸收符合朗伯-比尔定律进行定量的分析方法。,图1 基态原子对光的吸收,图7 雾化室工作原理,5.另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。 （极谱法光学分析的一种，让电流通过溶液，然后增加电压，由电流变化情况来进行定量、定性分析。如：小型极谱仪，可用来自动监测自来水中限量元素的含量，实验操作全都自动化，每隔12min记录一次水样中Cu、Pb、Cd、Zn的含量,（一）食品中铜的测定方法,（一）食品中铜的测定方法,GB/T5009.131996 （铜试剂比色法） 1 原理： 在碱性溶液中Cu2+与二乙基二硫代氨基甲酸钠（简称铜试剂）作用生成黄色配合物，溶于CCl4，在440nm波长处比色。可加EDTA和柠檬酸铵掩蔽。,2.测定要素,条件：碱性溶液pH为 9.0-9.2 用麝香草酚蓝指示剂，11氨水调节 显色剂：二乙基二硫代氨基甲酸钠 有机溶剂抽提：CCl4 掩蔽剂：EDTA和柠檬酸 排除Fe、Co、Ni的干扰 测定吸光度： 440 nm波长处,食品中铜的测定方法,3.测定步骤,样品处理 标准曲线的绘制 样品分析 操作: 样品消化、定容 取样品消化液和铜标准溶液 加入掩蔽剂 调节溶液pH 加入显色剂和CCl4 在440nm波长处测定吸光度,食品中铜的测定方法,4.结果计算,式中 C从标准曲线上查出铜的含量（微克） m样品的质量(g) V测定时所取试液的体积(m1) V。样品处理后定容的体积(m1),食品中铜的测定方法,锌的功能: 酶的组成成分 参加构成胰岛素和前列腺素 促进性器官发育和维持正常的性机能 保扩皮肤、骨骼和牙齿 维护免疫功能 维持味觉的正常功能,（二）食品中锌的测定方法,污染源和危害： 锌用在电镀、造纸、机械和自来水的制造等工业中应用，镀锌厂的废水，采用镀锌铁的容器包装食品，特别是酸性饮料，易沾有锌。 金属锌本身无害。 锌化合物可引起急性肠炎、肾损害，特别是氯化锌3-5g可导致死亡。,原子吸收分光光度法（国标中第一法）,方法,用二硫腙提取1次,（二）食品中锌的测定方法,GB 5009.142003(双硫腙比色法) 1.原理：在pH4.55.0时，锌与双硫腙作用生成紫红色配合物, 它能溶于氯仿、四氯化碳等有机溶剂。可用硫代硫酸钠和盐酸羟胺掩蔽干扰离子。,2.测定要素,pH条件：4.55.0 显色剂：双硫腙 有机溶剂萃取：氯仿、四氯化碳 掩蔽剂：硫代硫酸钠和盐酸羟胺 Pb、Cd、Cu、Hg、Fe等离子 测定吸光度 530nm波长处,食品中锌的测定方法,（三）食品中铁的测定方法,食品中铁的测定方法,原理 ：在酸性条件下，Fe3+与CNS-作用，生成血红色硫氰酸铁配合物，溶液颜色深浅与铁含量成正比，可以比色测定。,1.硫氰酸盐比色法,测定要素: pH条件：酸性 显色剂：硫氰酸钾(20%) 氧化剂：过硫酸钾(2%) 测定吸光度: 485nm波长处,食品中铁的测定方法,1.硫氰酸盐比色法,2.邻菲罗啉比色法,邻菲罗啉与Fe2+作用，生成稳定的橙红色配合物 显色之前应预先用盐酸羟胺或对苯二酚还原Fe3+ pH条件: pH =5 显色剂：邻菲罗啉 还原剂：盐酸羟胺或对苯二酚 测定吸光度 510 nm 波长处,食品中铁的测定方法,（四）钙的测定,钙的测定,原理：Ca2+与C2O42-作用，生成CaC2O4 沉淀，用硫酸溶解后生成草酸，用高锰酸钾标准溶液滴定草酸，从而间接测定钙的含量。,1.高锰酸钾法,结果计算,式中: C KMn04浓度(mo1/L) V2KMn04的体积(m1) V 0样品处理后定容体积(m1) V1 测定时所取试液的体积(m1) M 钙的摩尔质量的5/2 m 样品的质量(g),钙的测定,1.高锰酸钾法,2.EDTA滴定法,原理: 在pH10时，Ca2+与EDTA定量作用，生成稳定的EDTACa配合物，选用钙指示剂(简称NN)可以直接滴定。,钙的测定,排除其它金属离子的干扰,pH=12 此时Mg2+沉淀为Mg(OH)2 用KCN或Na2S掩蔽少量Zn、Cu、Co、Ni 用柠檬酸钠掩蔽Fe,钙的测定,2.EDTA滴定法,功能缺乏症： 是合成甲状腺素作用的原料 缺碘出现甲状腺肿大,(五)食品中碘的测定,(五)食品中碘的测定,碘,碘化物,容于氯仿呈粉红色,比色法,KOH灰化,重铬酸钾+硫酸,滴定法,补充：加碘食盐中碘的定性测定,混合指示剂：硫酸（1+3）4滴 0.5%亚硝酸钠溶液8滴 0.5%淀粉溶液20ml 临用时混合配制 原理: 在酸性条件下碘化钾氧化而释放出为原来样品中6倍的游离碘,补充：加碘食盐中碘的定性测定,混合指示剂：硫酸（1+3）4滴 0.5%亚硝酸钠溶液8滴 0.5%淀粉溶液20ml 临用时混合配制 原理: 在酸性条件下碘化钾氧化而释放出为原来样品中6倍的游离碘,四、几种重金属离子含量的测定,重金属 比重 d 5 的金属 一、双硫腙比色法测 Pb、Zn、Cd、Hg的含量,GB/T 5009.122003 食品中铅铅的测定 1.石墨炉原子吸收光谱法（国标中第一方法，测定含量 0.01% 痕量铅） 2.氢化物原子荧光光谱法 3.火焰原子吸收光谱法 4.二硫腙比色法 5.单扫描极谱法,1.铅的测定（Pb）,铅用于选矿、冶炼、电镀等工业，制四乙基铅加到汽油中，提高辛烷值，提高“号”，增加抗爆震能力。但由于环境污染，现国家已禁用。改用无水乙醇汽油。反应缶涂有铅的涂层、陶瓷、搪瓷的釉药。 食品缶头马口铁焊锡中铅含量达4060%，有时会溶于食品中形成污染。会引起中毒。含铅“松花蛋”。,离地面1m处空气铅浓度是1.5m处的16倍，儿童受害，2000年8月调查北京、广州城市儿童铅高率达80 %左右。验头发。 铅能与许多有机试剂生成带有颜色的化合物，常用来比色测定的是双硫腙。 （1）双硫腙法 原理：在碱性（pH值在9左右）溶剂中，Pb2+ 双硫腙形成红色络合物，溶于氯仿或CCl4中，红色深浅与铅离子浓度成正比，比色测定。 测定前要加盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵来掩蔽铁、铜、锡、镉等离子。,测定步骤： （1）用铅标准溶液（1g/ml）标定双硫腙溶液，铅标准溶液：用HNO3来溶解Pb(NO3)2 双硫腙溶液：0.001 %（溶于CCl4 ）。 （2）测定样品：粉碎、消化、定容（用蒸馏水）、测定，再根据所用双硫腙量计算样品中铅含量。 注意： 双硫腙法用氰化钾作掩蔽剂，不要任意增加浓度和用量以免干扰铅的测定。,氰化钾，剧毒，不能用手接触，必须在溶液调至碱性再加入。废的氰化钾溶液应加NaOH和FeSO4(亚铁)，使其变成亚铁氰化钾再倒掉。 如果样品中含Ca、Mg的磷酸盐时，不要加柠檬酸铵，避免生成沉淀带走使铅损失。 样品中含锡量150 mg时，要设法让其变成溴化锡，而蒸发除去，以免产生偏锡酸而使铅丢失。 测铅要用硬质玻璃皿，提前用1-10 % HNO3浸泡，再用水冲洗干净。,GB 5009.152003镉的测定（Cd) 镉用于治金、电镀、颜料、原子工业、农药等，生活用水，因使用镀锌、塑料管中镉的污染经消化道、呼吸道进入人体，损害人的肾、肝，易引起“骨痛病”。 国标有四种方法：,GB 5009.152003镉的测定（Cd),第一法：石墨炉原子吸收光谱法 原理：酸性溶液中，镉离子与碘离子形成络合物，并经4-甲基戊酮-2萃取分离，导入原子吸收仪中，原子化后，吸收228.8 nm 共振线，与标准系列比较定量。 镉标准溶液：用金属镉溶于HCl中加 HNO3 + H2O稀释。,第二法：原子吸收分光光度法 （碘化钾4-甲基戊酮2 法） （双硫腙乙酸乙酯法） 原理：样品经消化处理后，在pH6左右的溶液中，镉离子与双硫腙形成络合物，并经碘化钾 4-甲基戊酮 2或乙酸乙酯萃取分离，导入原子吸收仪中。,第三法：比色法 第四法：原子荧光法,汞的测定 汞多用于电气仪器及设备、电解食盐、农药等等。工业自动化越发展，汞的用量越大，环境污染就越严重。污染严重的日本、瑞典40ug/人 天摄入，其它国家10 ug/人天，FAO/WHO规定34 ug/人天。 被污染的鱼贝类是人类食物中汞的主要来源，通过食物链的富集，使鱼能蓄积在水体中的汞达数十万倍以上。鱼体中的汞主要以甲基汞的形式存在，其所占比例为鱼体总汞含量的80100%。,根据日本水俣病患者所摄入有毒鱼贝的汞浓度和估计摄取量，推算出体内100mg的蓄积量为中毒剂量。甲基汞还可通过胎盘进入胎儿体内，危害下一代。 食品一旦被汞污染，难以彻底除净，无论使用碾磨加工或用不同的烹调方法，如烘、炒、蒸或煮等都无济于事。试验表明，用冷冻、盐腌、蒸煮、油炸、干燥等方法均无法将鱼体的甲基汞去掉。据调查，吃含汞56mg/kg的粮食，半个月后，即可发生中毒，即使吃0.20.3mg/kg的含汞粮，半年左右也可发生中毒，可见控制食品中的含汞量十分重要。,汞的测定 FAO/WHO规定34 ug/人天， 中国食品汞允许量（mg/kg） 粮食 0.02 禽肉蛋 0.05 水产 0.3 牛乳 0.01 蔬菜水果 0.01 植物油 0.05,汞挥发性强，气态汞被人呼吸进入肺部，大部分进入红血球中；进入消化道；接触或皮肤吸收进入体内。 汞对中枢神经损害， 汞蒸汽中毒：兴奋亢进、易怒、健忘失眠。 汞急性中毒：恶心、呕吐、腹痛、肾损害、 死亡。 有机汞毒性更强，特别是甲基汞： 使人感官失调、视野缩小、头发损伤、各机群间共济失调。,GB 5009.172003 总汞及有机汞的测定 1. 氢化物原子荧光光谱法 （双道原子荧光光度计） 2. 冷原子吸收光谱法 3. 二硫腙比色法,（1）比色法：（1 mg/kg） 原理：双硫腙氯仿溶液与样品中汞离子在酸性条件下生成双硫腙汞，在氯仿溶液中呈橙黄色，颜色深浅与汞离子浓度成正比。 主要仪器： 消化装置：上带冷凝管的平底烧瓶。 721型分光光度计 （2）甲基汞测定： 1、薄层层析分离 2、气相色谱法,（3）测汞仪法（1 mg/kg）又叫冷原子吸收-法现有590型测汞仪 该方法是基于汞在常温下以原子态汞存在,而原子态汞又易蒸发,汞蒸气对253.7nm波长有特征吸收等特点建立起来。 样品经硫酸-过硫酸钾消化,将无机汞化合物和有机汞化合物转变成可溶性二价汞离子,然后于酸性介质中在还原剂作用下(SnCl2)将Hg2+还原为金属Hg。 Hg2+Sn2+Hg + Sn4+ 用净化空气做载气,将它带入光吸收池使光强度减弱,根据减弱强度,可以得到汞的含量。 该方法灵敏度较高,操作简便。,另：分离测定痕量汞时要注意试剂、滤纸、橡皮管上可能含有少量汞。,汞若洒在地上，应马上用吸尘器或用洗耳球吸除干净，或用脱汞剂去除。 （1）硫磺粉 （2）20%FeCl2溶液 （3）矿物油+含有粉末硫、碘的水乳浊液 （4）盐酸酸化的10%KMnO4溶液。,比色法测定锡的含量 GB 5009.162003 选用比双硫腙专用性更强的螯合剂进行测定。 （一）锡的测定 除了工业污染外，罐头食品中镀锡马口铁有时被内容物侵蚀，产生了溶锡现象，还有的因焊锡涂布不牢而溶锡，有机锡毒性很大，如锡化氢SnH4,（又叫栎皮黄素，一种天然染料）,灵敏度约为1ppm,仪器：分光光度计 490 nm处测吸光度 注意：天冷时，由于显色反应很慢，标准和样品分析溶液加入显色剂后，可在37恒温箱放置30分钟，再比色。,铬的测定 GB 5009.1585 铬用于印染、电镀、制革工业中。主要是6价铬对人体造成危害。 测定方法： 1.二苯碳酰二肼比色法： 二苯碳酰二肼（二苯胺基脲、二苯卡巴脲、二苯 偕肼） C6H5NH-NH C=O C6H5NH-NH,原理：在消化液中加KMnO4，将铬氧化成铬酸，在酸性溶液中，铬酸变为重铬酸，再遇二苯胺基脲，溶液由黄色变为紫色。 注意： 1) 用重铬酸钾溶于水制标准样液。 2) 二苯碳酸二肼用丙酮溶解,不稳定，临用时配置。 3) 此法测出的是6价铬与3价Cr的总量。 4)所用仪器不能用重铬酸钾洗液洗涤。要排除铁的干扰，可用铜铁试剂处理（二乙基硫代氨甲酸钠） 2.铬及原子吸收光谱测定,砷、硒、氟的测定,一、砷的测定 GB5009.112003 含砷农药的使用，如砷酸铅、砷酸钙、亚砷酸钠和三氧化三砷等，应用这些农药喷洒作物距收获期太近，就会残留较多的含砷农药； 砷矿的开采和熔炼、各种含砷的有色金属的熔炼、用砷化物作原料的玻璃（脱色）、皮毛（脱毛）、木材（防腐）、颜料（巴黎绿）、制药等排出的工业”三废”，常含有大量的砷。 水生生物、海洋甲壳纲动物对砷有很强的浓集能力，可浓缩水体的砷高达3300倍。在各种食品中，发现海产食品中总砷含量高，但主要是低毒的有机砷，剧毒的无机砷含量较低。,（一）我国食品卫生标准,表 4-1 中总砷允许量标准,表 4-2 食品包装材料砷允许量标准,表4-3 海产食品中无机砷允许量标准,（1）银盐法 本标准适用于各类食品中总砷的测定 原理：样品消化后， SnCl2让所含5价砷ASH3，再与二乙氨基二硫代甲酸银作用，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。,（二）标准方法（GB/T 5009。11-1996）,仪器： 左边为AsH3发生器，里边放： 样品消化液、HCl、KI、 SnCl2, Zn粒。 横管中有Pb(AC)2吸收H2S。 右边为AgDDC吸收管。,(2)氢化物原子荧光光度法（第二法）,原理 食品样品经湿消解或干灰化后，加入硫脲使五价砷还原为三价砷，再加入棚氢化钠或硼氢化钾使还原生成砷化氢，由氩气载入石英原化器中分解为原子态砷，在特制砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，其荧光强度在固定条件下与被测液中的砷浓度成正比，与标准系列比较定量。,砷的氢化和原子化机理,在酸性环境中，硫脲使五价砷还原为三价砷： AsO43- AsO33- 硼氢化钠(或钾)与酸作用生成大量新生态氢： NaBH4 + H+ + 3H2O = H3BO3 + Na+ + 8H 三价砷再被新生态氢还原为气态的砷化氢逸出： AsO33- +6H+3H+=AsH3+3H2O 砷化氢被氩气和反应中产生的氢气载入石英管炉中，受热后即分解为原子态砷，在砷灯发射光的激发下产生原子荧光： 2AsH3 = 2As + 3H2,如果样用荧光强度测试方式，则需先对标准系列的结果进行回归运算（由于测量时0管强制为0，故零点值应该输入以占据一个点位），然后根据回归方程求出试剂空白液和样品被测液的砷浓度，再按式（4-2）计算样品的砷含量： （4-2） 式中：X-样品的，mg/kg(或mg/L); c-样品被测液的浓度，ng/mL; c0-试剂空白液的浓度，ng/mL m-样品的量，g(或mL).,（三）砷斑法（古蔡氏法）,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，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。,2、图12-4 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。,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，如果是变黑再褪去为砷，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。 加：As2O3剧毒，AsH3及HgBr2极毒，要在通风橱内进行，实验后妥善处理。,硒的测定,硒化氢，