食品中限量元素的测定.ppt

食品中限量元素的测定 第一节概述食物中各种元素对人体来说 分为 必需元素 非必需元素 有毒元素 人体内矿物质大约占人体重量6 其中包括常量元素 微量元素 有毒元素 一 常量元素 K Na Ca Mg P 二 微量元素 在肌体中起作用的浓度以ppm ppb计 是人体必需的 但过量又会中毒的元素 现有14种 Fe是人体血液形成不可少的 缺铁性贫血就是因缺乏铁 而多了得 血色病 Zn影响人的消化与代谢 缺Zn味觉减退 出现厌食 发育不良等 过多会得胃肠炎 取头发进行测定可知人体内Zn含量情况 2000年8月调查 北京 广州等城市儿童低锌率44 而山区儿童仅为32 4 低于正常值 1 微量元素的功能形式 化学价态 化学形势非常重要 例 铬的 6价毒性大 3价对人体有益 如Cr2O3 Cr OH 3 无机锗毒性大 有机锗毒性小 2 注意 对这些微量元素不能盲目的补 要适量 要适宜 有时有益量与有害量相差很小 三 有毒元素 1 目前未发现对人体有生理功能 且人体耐受力极小 进入体内量稍大就中毒的元素 如Hg Cd Pb As Sn Cu Cr等 这些元素在体内不易排出 有积蓄性 半衰期都很长 例 甲基汞 在体内半衰期为70天 铅 在体内半衰期为1460天 在骨骼中为10年 镉在体内半衰期为16 31年 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 食物链 水鱼鸭子人农作物食品饲料家畜肉制品 4 我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定 表13 1 表13 2为生活饮用水卫生标准 GB5749 85 联合国粮食卫生组织与世界卫生组织对有些限量元素许多比中国规定的量大 13 5 食品中限量元素的检测方法主要有 1 原子吸收分光光度法 选择性好 灵敏度高 简便 快速 可同时测定多中元素 2 比色法 设备简单 价廉 灵敏度可满足要求 13 3 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 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 以不丢失要测的成分为原则 2 破坏掉有机物后的样液中 多数情况下是待测元素浓度很低 另外还有其它元素的干扰 所以要浓缩和除去干扰 浓缩与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 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 一 螯合萃取原理 1 样品溶液 金属离子 螯合剂 金属螯合物 金属螯合物溶于有机溶剂 如果有色可进行比色测定 有机相 水 其它组成 水相2 此法为液 液溶剂萃取法 优点 较高的灵敏度 选择性 分离效果好 设备简单 操作快速 缺点 工作量较大 耗用试剂 溶剂较高 有的易挥发 易燃 有毒等 一 螯合反应与亲水性金属离子在未成螯合物之前 受水分子极性作用 以水合离子形式存在 为亲水性 难溶于有机溶剂 故不好直接用有机溶剂萃取 选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏水性的金属螯合物 然后再萃取 物质能否有亲水性 主要看其是否能与水子形成氢键 氢键 也是一种化学键 H O H O由于 O 电负性强 吸电子云能力 H与O的电子对被强烈吸到 O 一边 H外边几乎没有电子云 与另一分子中 O 带负电 产生了静电吸引 即氢键 电负性O N S Cl羰基 羟胺基肟 CO N OH CN OH 二 萃取分离的基本原理1 分配系数PD KD 萃取时 有两相互不相溶 一相为水相 一相为有机相 物质A在两相中存在量不同 在一定温度下 分配达到平衡 A在两相中活度比不再变 即PD KD为常数 PDA A有 A水浓度很低时 用浓度代替活度 KD A 有 A 水 2 分配比D C有 C水C有 溶质在有机相中聚合 络合等总浓度C水 溶质在水相中聚合 络合 水解的总浓度3 萃取百分率E 表示萃取的完全程度E 被萃取物在有机相中的总量 被萃取物的总量 100 公式推导 E C有 V有 C水 V水 C有 V有 上下同除以C水 C有 C水 V有 V水 C有 C水 V有 因为C有 C水 D D V有 V水 D V有 D V水 V有 D 三 萃取平衡与条件一 常用的螯合剂实际应用的 目前已达100多种 食品分析中常用的 双硫腙 HDZ 二乙基二硫代甲酸钠 NaDDTC 丁二酮肟 铜铁试剂CuP N 亚硝基苯胲铵 这些螯合剂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 许多带有颜色可直接比色 2 金属螯合物的萃取平衡用有机溶剂萃取金属螯合物 金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关 当其他因素固定下来以后 金属分配率与pH有关 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 掩蔽剂的使用与溶液pH有关例 碱性液 氰化物掩蔽Pb Sn2 Ti Bi弱酸性液 氰化物掩蔽Pb Hg Ag Cu 3 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 一 双硫腙的性质 学名二苯基硫卡巴腙 结构式性状 蓝黑色结晶 可溶于氯仿和四氯化碳 溶液呈绿色 但当浓度大时为两色性 光通过时为红色 反射时呈绿色 不溶于水 但溶于碱性水溶液 微溶于乙醇 可溶于氨碱性水溶液 腙 羰基 肼 NH2NH2 二 双硫腙与金属离子的反应在酸性溶液中并有过量双硫腙存在时生成单取代双硫腙盐 即1个双硫腙分子中有1个H原子被金属离子所取代 二价金属离子则同时与2个双硫腙分子反应 在碱性溶液中或双硫腙量不足时 生成二代 双取代 双硫腙盐 即1个双硫腙分子中有个H原子同时被金属离子所取代 双硫腙盐的萃取性能 主要决定于水相中的pH值和双硫腙试剂的浓度 某些金属离子有氧化双硫腙的性质 在水溶液中加入盐酸羟胺 可阻止氧化作用 三 双硫腙酌三氯甲烷或四氯化碳溶液 在光的作用或高温下很快氧化成为黄色化合物 故应置冰箱保存 四 双硫腙比色法测定食品中铅 锌 镉 汞的含量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40 60 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 常用来比色测定的还是双硫腙 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 1ug ml 标定双硫腙溶液 铅标准溶液 用HNO3来溶解Pb NO3 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 150mg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 2 原子吸收分光光度法这是国标中第一方法 灵敏度高 可用来测定含量 0 01 痕量铅 此外 还有这些方法 GB T5009 12 2003 食品中铅铅的测定 1 石墨炉原子吸收光谱法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 2 锌的测定 Zn GB5009 14 2003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 原理 在pH4 5 5 0 锌离子与双硫腙生成红色络合物 此络合物溶于CCl4 其它金属离子靠加入硫代硫酸钠 盐酸羟胺溶液和pH值的控制 仪器 分光光度计520nm处测定吸光度要领 1 锌标准曲线重现性差 平行作1 2份标准锌 以进行校正 2 硫代硫酸钠不能任意增加 因为它也是络合物 3 本法灵敏度较高 必须严格控制pH值 同时所用水应为无锌水 经阴 阳离子交换树脂纯化 器皿也先用硝酸溶液洗涤 然后再用无离子水冲洗干净 2 原子吸收分光光度法国标中第一法样品处理后 导入原子吸收分光光度计中 原子化后 吸收213 8nm共振线 其吸收量与Zn量成正比 锌标准溶液 精称金属锌 99 99 溶于HCl中 3 镉的测定 Cd GB5009 15 2003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 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 8nm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 4 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10ug 人 天 FAO WHO规定34ug 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 1 比色法 1mg 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 测汞仪法 1mg kg 又叫冷离子吸收法现有590型测汞仪 3 甲基汞测定 1 薄层层析分离2 气相色谱法 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 GB5009 17 2003 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 二 其他比色法测定锡 铜 铬的含量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SnH41 苯芴酮比色法样品消化后 在酸性介质中 4价锡离子与苯芴酮生成的橙红色胶体颗粒络合物 在动物胶存在下不聚集 可比色定量 加抗坏血酸 酒石酸作掩蔽剂 排除铁离子干扰 仪器 分光光度计490nm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 另外还有 1 栎精比色法 又叫栎皮黄素 一种天然染料 2 二硫酚法3 碘法4 原子吸收分光光度法灵敏度约为1ppm GB5009 16 2003 食品中锡的测定 1 氢化物原子荧光光谱法 双道原子荧光光度计 2 苯芴酮比色法 二 铜的测定GB5009 13 2003中第一法是原子吸收光谱法 铜在工业广泛应用 铜的化合物作为杀虫剂 杀菌剂和消毒剂等 食品加工中由于使用铜器而易于受污染 铜是人体所必须的微量元素 但过量在人体积累中毒可引起肝肾障碍 甚至死亡 经 食物链 进入人体 书中介绍 二乙胺基二硫代甲酸钠比色法 常用的方法 可检出2 5ppm 三 铬的测定GB5009 15 85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 NHC OC6H5NH 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 三 原子吸收分光光度法测定限量元素的含量 原子吸收分光光度法是利用原子吸收分光光度计来测定限量元素 原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分光源原子化系统分光系统检测系统 火焰原子化法原子化法无火焰原子化法石墨炉法冷原子化法 原理 1 火焰式 仪器内有燃烧的火焰 提供一定能量让含有限量元素的溶液雾化后 经过火焰获得能量 热离解为原子状态就可吸收特定波长的光 由基态 激发态 不同的原子所吸收的波长不一样 如测Cu就要将仪器换上Cu空心阴极灯 让其发射出Cu的特定波长光 根据其吸收的多少来定量 与标准曲线比较 2 无火焰原子化法石墨炉法 让样品溶液在石墨管小空间内完成干燥 灰化 原子化三步 仪器提供高温 原子再去吸收特定波长光 灵敏度比火焰原子化法高 冷原子化法 让溶液进行化学反应 使元素为原子态 再喷入原子吸收分光光度计测定 原子吸收分光光度法的特点 优点 灵敏度高 应用广 选择性好 抗干扰性强 适于元素的痕量分析 缺点 要连续测不同的元素 就要多次换不同的阴极灯 美国PE公司AAS 100型原子吸收分光光度计 可以测定76种元素 同时具有火焰装置与石墨炉 原子吸收分光光度计 中国WFX 1F波长190 860nm 这些仪器都是 数字显示 自动打印数据 可读瞬时值 积分值 峰值 峰面积等 应用于物质中微量和痕量无机元素的定量分析 另有 电感耦合等离子体光谱仪 属电子发射光谱仪 澳大利亚产8410型波长160 820nm 分辨率0 008nm 用于无机物和有机物中微量 痕量元素的分析 原理 给元素一个额外能量 让其电子越迁到高能级轨道 为激发态 但时间不长 又会放出能量 回到原轨道 基态 不同元素会发出不同波长光 测定发射波长及强度可定性 定量 克服了原子吸收分光光度法的缺点 不用总换空心灯 等离子体 由正离子 游离电子组成的物体 是物质的高温电离状态 不带电 导电性很强 电流通过时 产生百万度的高温 等离子状态 是物质存在的一种形态 高温 强大的紫外线 X射线和丙种射线等都能使气态物质变成等离子态 4 砷 硒 氟的测定 一 砷的测定GB5009 11 2003砷广泛存在于自然界 几乎在人类所有食品中都有 各种食品及饮水中允许含量 各国都有规定 中国原粮 0 7mg kg 日本原粮 1mg kg书中介绍的两种方法为GB5009 11 85中食品总砷的测定方法 一 银盐法1 原理 样品消化后 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 2 仪器 P382 图12 3 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 二 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 43 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 如果失变黑再褪去为砷 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