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食品分析与检测 第一章食品分析基本知识 一 溶液浓度的表示方法二 食品分析检验用水的要求三 化学试剂四 食品分析方法的选择五 食品分析的误差和数据处理 一 溶液浓度的表示 溶液浓度的几种表示方法 1 物质的量浓度每升溶液中所含溶质B的物质的量 称为B的物质的量浓度 简称浓度 常用单位为mol L 1 2 容量百分比 V V 单位体积溶液中所含溶质B的体积 或者说混合物中某一组分B的体积与混合物总体积的比 以 B表示 3 质量百分比 质量浓度 W V 单位体积溶液中所含溶质B的质量 以 B表示 4 体积比如1 2HCl或 1 2 HCl 1体积盐酸与2体积水混合液的体积比如王水 是由3体积的浓盐酸和1体积的浓硝酸混合而成的 5 滴定度滴定度是指1mL标准溶液A 又称滴定剂 相当于被测组分B的质量 用符号TB A表示 TB A mB VA式中 mB为被测组分质量VA为标准溶液的体积TB A的常用单位为g mL 1 二 食品分析检验实验用水 分析化学实验不能直接使用自来水或其他天然水 而需使用按一定方法制备得到杂质含量极其微小的纯度较高的水 在化学定量分析实验中 一般使用三级水 仪器分析实验一般使用二级水 有的实验 如电化学分析实验 则需使用一级水 分析检验实验用水 三级水 最普遍使用的纯水 过去多采用蒸馏 用铜质或玻璃蒸馏装置 的方法制备 故通常称为蒸馏水 为节约能源和减少污染 目前多改用离子交换法 电渗析法或反渗透法制备 二级水 可含有微量的无机 有机或胶态杂质 可采用蒸馏 反渗透或去离子后再经蒸馏等方法制备 一级水 基本上不含有溶解或胶态离子杂质及有机物 可用二级水经进一步处理制得 注意 纯水在与空气接触或贮存过程中 由于容器材料可溶解成分的引入或吸收空气中CO2等气体及其他杂质 都会引起纯水质量的改变 水越纯 影响越显著 高纯水更要临用前制备 不宜存放 三 化学试剂 一 化学试剂的级别和使 二 试剂的保管和取用 化学试剂的级别及主要用途 一 化学试剂的级别和使用 高纯试剂和基准试剂的价格要比一般试剂高数倍乃至数十倍 因此 应根据分析工作的具体情况进行选择 不要盲目地追求高纯度 试剂选用的一般原则 1 滴定分析常用的标准溶液 一般应选用分析纯试剂配制 再用基准试剂进行标定 2 仪器分析实验一般使用优级纯或专用试剂 测定微量或超微量成分时应选用高纯试剂 试剂选用的一般原则 3 某些试剂从主体含量看 优级纯与分析纯相同或很接近 只是杂质含量不同 若所做实验对试剂杂质要求高 应选择优级纯试剂 若只对主体含量要求高 则应选用分析纯试剂 4 试剂的标签上应标明试剂名称 化学式 摩尔质量 级别 技术规格 产品标准号 生产许可证号 生产批号 厂名等 危险品和毒品还应给出相应的标志 5 当所购试剂的纯度不能满足实验要求时 应将试剂提纯后再使用 常用浓酸的浓度和密度 二 试剂的保管和取用 试剂保管不善或取用不当 极易变质和沾污 这在分析化学实验中往往是引起误差甚至造成失败的主要原因之一 因此 必须按一定的要求保管和取用试剂 试剂的保管和取用 使用前 要认清标签 试剂瓶都应贴上标签 以免造成差错 使用标准溶液前 应把试剂充分摇匀 易腐蚀玻璃的试剂应保存在塑料瓶或涂有石蜡的玻璃瓶中 易氧化的试剂 易风化或潮解的试剂应用石蜡密封瓶口 试剂的保管和取用 易受光分解的试剂应用棕色瓶盛装 并保存在暗处 易受热分解的试剂 低沸点的液体和易挥发的试剂 应保存在阴凉处 剧毒试剂如氰化物 三氧化二砷 二氯化汞等 必须特别妥善保管和安全使用 四 食品分析方法的选择 一 选择分析方法应考虑的因素 二 分析方法的评价 一 选择分析方法应考虑的因素 1 分析要求的准确度和精密度 根据生产和科研工作对分析结果要求的准确度和精密度来选择适当的分析方法 2 分析方法的繁简和速度 根据待测样品的数目和要求取得分析结果的时间等来选择适当的分析方法 3 样品的特性 1 待测成分的形态和含量 2 干扰成分的形态和含量 3 样品的溶解 待测成分的提取难易程度4 现有的实验室条件 二 分析方法的评价 评价指标 1 精密度指在相同条件下进行多次平行测定 每一次平行测定结果相互接近的程度 代表测定方法的稳定性和重现性 衡量精密度高低的尺度是偏差 偏差是指个别测定结果与几次测定结果的平均值之间的差别 偏差有绝对偏差和相对偏差之分 测定结果与测定平均值之差为绝对偏差 绝对偏差占平均值的百分比为相对偏差 分析结果的精密度 可以用单次测定结果的平均偏差 表示 即式中 d1 d2 dn 1 2 n次测定结果的绝对偏差 平均偏差没有正负号 用这种方法求得的平均偏差称算术平均偏差 单次测定结果的相对算术平均偏差为式中 单次测定结果的算术平均值 平均偏差的另一种表示方法为标准偏差 均方根偏差S 可按下列公式计算 测定结果的相对标准偏差称为变异系数 即 标准偏差较平均偏差有更多的统计意义 因为单次测定的偏差平方后 较大的偏差更显著地反映出来 能更好地说明数据的分散程度 因此 在考虑一种分析方法的精密度时 通常用标准偏差和变异系数来表示 2 准确度 指测定值与真实值的接近程度 反映测定结果的可靠性 衡量准确度高低的尺度是误差 它反映测定结果的可靠性 误差越小 准确度越高 误差是分析结果与真实值之差 误差有两种表示方法 即绝对误差和相对误差 绝对误差指测定结果与真实值 通常用平均值代表 之差 相对误差是绝对误差占真实值的百分率 选择分析方法时 为了便于比较 通常用相对误差表示准确度 单次测定值绝对误差和相对误差的计算 相对误差比绝对误差更能描绘误差相对样品的影响 当两个样品的绝对误差相同时 由于样品含量大小不一样 其相对误差可差若干倍 例如绝对误差都是1g A 样品的真实值是10g 相对误差为10 B 样品的真实值是1g 相对误差为100 某一分析方法的准确度 可通过测定标准试样的误差 或作回收试验计算回收率 以误差或回收率来判断 在回收试验中 加入已知量的标准物的样品 称加标样品 未加标准物质的样品称为未知样品 在相同条件下用同种方法对加标样品和未知样品进行预处理和测定 按下列公式计算出加入标准物质的回收率 准确度与精密度的关系 准确度低精密度高 准确度高精密度高 准确度低精密度低 准确度高 精密度高 准确度高的方法精密度必然高 而精密度高的方法准确度不一定高 3 灵敏度指分析方法所能检测到的最低限量 不同的分析方法有不同的灵敏度 一般而言 仪器分析法具有较高的灵敏度 而化学分析法 重量分析和容量分析 灵敏度相对较低 注意 在选择分析方法时 要根据待测成分的含量范围选择适宜的方法 一般地说 待测成分含量低时 需选用灵敏度高的方法 含量高时宜选用灵敏度低的方法 以减少由于稀释倍数太大所引起的误差 由此可见灵敏度的高低并不是评价分析方法好坏的绝对标准 一味追求选用高灵敏度的方法是不合理的 如重量分析和容量分析法 灵敏度虽不高 但对于高含量的组分 如食品的含糖量 的测定能获得满意的结果 相对误差一般为千分之几 相反 对于低含量组分 如黄曲霉毒素 的测定 重量法和容量法的灵敏度一般达不到要求 这时应采用灵敏度较高的仪器分析法 而灵敏度较高的方法相对误差较大 但对低含量组分允许有较大的相对误差 一般食品分析允许的相对误差 定量分析 通过一系列分析步骤来尽可能地获取待测组分在试样中的准确含量 定量分析的目的是测得试样中某组分的含量 因此希望测量得到的是客观存在的真值 但实际的情况是 1 如果对一个标样进行测定 采用的是最可靠的方法 最精密的仪器 很有经验的分析人员 所得的结果也不可能和T值完全一致 2 同一个有经验的分析人员对同一样品进行重复测定 结果也不可能完全一致 说明分析的误差是客观存在的 因此必须对分析结果进行分析 对结果的准确度和精密度进行合理的评价和准确的表述 五 食品分析的误差和数据处理 五 食品分析的误差和数据处理 一 误差的类型 二 控制和消除误差的方法 三 有效数字及其运算规则 一 误差的类型 1 系统误差由于某种固定的原因或某些经常出现的因素引起的重复出现的误差 在测定过程中按一定的规律重复出现 有一定的方向性即测定值总是偏高或偏低 这种误差大小可测 又称 可测误差 来源于分析方法误差 仪器误差 试剂误差 主观误差 系统误差的减免 1 方法误差 选择标准方法 做对照实验 用选定的分析方法测定某标准试样或纯物质 并将结果与标准值或纯物质的理论值相对照 并加以校正 2 仪器误差 校正仪器 3 试剂误差 做空白实验 在不加试样的情况下按照与测定完全相同的条件和操作方法进行实验 2 偶然误差是由于某些无法控制或避免的偶然因素所引起的 产生的原因是不固定的 其性质是误差没有一定的方向 时大时小 时正时负 偶然误差难以察觉 也难于控制 产生的原因偶然因素 如滴定管最后一位读数的不确定性 测定过程中环境条件 温度 湿度 气压等 等的微小波动 偶然误差的减免多次平行实验 一般3 5次 3 过失误差由于错误操作等原因产生 二 控制和消除误差的方法 1 对照试验是用来检查系统误差的有效方法 2 空白试验由试剂 蒸馏水 实验器皿和环境带入的杂质所引起的系统误差 可以通过作空白试验来消除或减少 3 校准仪器在准确度要求较高的分析中 对所用的仪器如滴定管 移液管 容量瓶 天平砝码等 必须进行校准 求出校正值 并在计算结果时采用 以消除由仪器带来的误差 4 增加平行测定次数减少偶然误差 通常在定量分析的实验中对于同一试样 平均测定3 5次即可 5 正确称取样品量 6 严格遵守操作规程 称取 称至0 1g 精密称取 必须按所列数值称取 精确至0 0001g 精密称取约 必须精确至0 0001g 可接近所列数值 不超过所列数值的10 分析结果的表示形式 g 100g g 100mL mg 100g mg 100mL g kg g L mg kg mg L g kg g L ng kg ng L 标准曲线 用吸光光度法 荧光光度法 原子吸收光度法 色谱分析法对某些成分进行测定时 常常需要制备具有一定梯度的系列 5 10个 标准溶液 测定其系数 吸光度 荧光强度 峰高 绘制标准曲线 在正常情况下 此标准曲线应该是一条通过原点的直线 但在实际测定时 常出现某一 二点偏离直线的情况 这时用最小二乘方回归法绘制标准曲线 就能得到最合理的图形 测定黄酮方法 用硝酸铝 亚硝酸钠比色法 标准曲线和回归直线方程 Y 最小二乘法 使所有误差的平方和达最小值 三 有效数字及其运算规则 有效数字 在分析工作中实际上能测量到的数字称为有效数字 建立有效数字的概念并掌握它的计算规则 应用有效数字的概念在实验中正确做好原始记录 正确处理原始数据 正确表示分析结果 这对于刚开始学习这门课程的学生 具有十分重要的意义 全部准确数字 有效数字 一位可疑数字 1 有效数字的运算规则 1 一般在记录数据和计算结果时 所保留的有效数字中 只有最后一位是可疑的数字 如 坩埚重18 5734g六位有效数字标准溶液体积24 41ml四位有效数字 记录数据和计算结果时究竟应该保留几位数字 须根据测定方法和使用仪器的准确程度来决定 1 有效数字的运算规则 有效数字位数 0 的作用 在中间和末尾为有效 在最前面为无效 从第一位不是 0 的数开始算起 到最后一位数 1 008430819 08 四位有效数字1 003 50 三位有效数字0 90 05 一位有效数字 0 的作用 1 数字前的0不计 数字后的计入 0 02450 4位 2 改变单位不能改变有效数字位数 如1 0L应写成1 0 103mL 不能写成1000mL 规定 4 数据的第一位数大于等于8的 可按多一位有效数字对待 如9 45 104 95 2 8 65 对数与指数的有效数字位数按小数点后数字的位数计 如10 2 34 2位 pH 11 02 则 H 9 5 10 126 常量分析法一般为4位有效数字 Er 0 1 微量分析为2 3位 关于有效数字的位数 0 5180g四位有效数字 分析天平称量 24 34mL四位有效数字 滴定管量取 25mL二位有效数字 量筒量取 Ka 1 8 10 5二位有效数字 电离常数 pH值4 3012 68二位有效数字 整数部分只说明了该数据的方次 舍弃的方法按 四舍六入五留双 当尾数 4时舍去 尾数 6时进位 当尾数恰为5时 而5后面还有不是0的数字 需进位 例如 如果将下列测定值整化为两位有效数字时 其结果应为 3 4513 51 05011 1当尾数恰为5时 而5后面的数字为05的前一位是奇数则进位 5的前一位是偶数则舍去 当有效数字位数确定后 其余数字 尾数 应一律弃去 将下列数据修约为4位有效数字 0 536640 53660 583460 583510 275010 2816 405016 4027 185027 1818 0650118 07将下列测量值修约为二位有效数字 4 3468修约为4 30 305修约为0 307 3967修约为7 40 255修约为0 260 305001修约为0 31又如 14 2432保留2位小数即为4 2426 4852保留2位小数即为26 4912 125保留2位小数即为12 1212 135保留2位小数即为12 1412 1652保留2位小数即为12 17 运算规则加减法 当几个数据相加减时 他们的和或差的有效数字的保留 应以小数点后位数最少的数据为依据 50 150 11 461 5 0 5812 0 652 141252 252 1 一般计算方法 先计算 后修约 几个数据相乘除时 积或商的有效数字的保留 应以其中