食品中矿物质元素的测定.ppt

7 食品中矿物质元素的测定 7 1 概述 概念 分类 测定意义 7 2 食品中必需矿物质元素的测定 铁 镁 锰 铜 锌的原子吸收分光光度法测定7 3 食品中铅 镉 铬的测定 石墨炉原子化法7 4 食品中锡的测定方法 苯芴酮比色法7 5 食品中汞含量的测定 双硫腙分光光度法 冷原子吸收光谱法7 6 食品中砷含量的测定 银盐法测定 7 1 概述概念食品中所含的元素有50多种 除去C H O N4种构成水分和有机物质以外 其他的元素统称矿物质元素 分类 从营养学的角度 可分为必需元素 非必需元素和有毒元素三类 从人体需要的角度 可分为常量元素 含量在0 01 以上 微量元素 含量低于0 01 两类 常量元素需求比例较大如钾 钠 钙 镁 磷 氯 硫等人体必需的微量元素有 铁 铜 锌 锰 锡 碘 氟 硒等有毒元素 其极小的剂量 即可导致机体呈现毒性反应 而且人体中具有蓄积性 随着在人体内的蓄积量的增加 机体会出现各种中毒反应 如汞 镉 铅 砷等 微量元素在机体组织中的作用浓度很低 往往以百万分之一或十亿分之一甚至更低来描述 故需要从食物中摄取的量也很低 微量元素的浓度与功能形式常严格局限在一定的范围之内 而且有的元素的这个范围相当窄 微量元素在这特定的范围内可以使组织的结构与功能的完整性得到维持 当其含量低于机体需要的量时 组织功能会减弱或不健全 甚至会受到损害并处于不健康的状态之中 但如果含量高于这一特定范围 则可能导致不同程度的毒性反应 严重的可以引起死亡 从含量过低到过高的限量有的元素比较宽 有的却很窄 例如硒 其正常需要量到中毒量之间相差不到10倍 人体对硒的每日安全摄入量为50 200 g 如低于50 g会导致心肌炎 克山病等疾病 并诱发免疫功能低下和老年性白内障的发生 但如果摄入量在200 1000 g之间则会导致中毒 如果每日摄入量超过1mg则可导致死亡 微量元素的功能形式 化学价态与化学形式也非常重要 例如铬 其正六价状态对人体的毒害很大 只有适量的正三价铬对人体才是有益的 来源 1 由自然条件 如地质 地理 生物种类 品种等 所决定的 食物本身天然存在的矿物质元素 2 为营养强化而添加到食品中的微量矿物质元素或食品加工 包装 贮存时 受到污染 引入了重金属元素 像锡来自于铁皮上的镀锡 接触中的焊锡 像铜来自加工的铜镀浓缩锅 铜勺等造成 3 随着经济的发展 各种新材料的出现 造成了新的食物污染 4 工业 三废 废水 废气 废渣 以及农药 化肥用量的增加 造成土壤 水源 空气等的污染 使重金属及有毒元素在动 植物体内富集并直接影响人类的健康 检测意义评价食品的营养价值 开发和生产强化食品具有指导意义 有利于食品加工工艺的改进和食品质量的提高可以了解食品污染情况 以便查清和控制污染源 测定方法 食品中矿物质元素的检测方法有很多 而尤其以分光光度法 原子吸收分光光度法用得最多 分光光度法由于设备简单 能达到食品中矿物质检测标准要求的灵敏度 故一直被广泛采用 原子吸收分光光度法由于它的选择性好 灵敏度高 测定手续简便快速 可同时测定多种元素的优点 而成为矿物质测定中最常用的方法 7 2 食品中必需矿物质元素的测定 铁 镁 锰 铜 锌的原子吸收分光光度法测定原子吸收分光光度法的基本原理原子吸收光谱法是一种利用被测元素的基态自由原子对特征波长光吸收程度进行的定量分析方法 试样中被测元素的化合物在高温中被离解成基态原子 光源辐射出的待测元素的特征谱线通过样品的蒸气时 被蒸气中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比 由此可得出样品中待测元素的含量 基态原子 原子吸收过程激发态原子 发射过程 特征谱线 仪器的结构及性能仪器的组成 原子吸收分光光度计由4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光源系统主要产生待测元素的特征谱线 一般采用空心阴极灯 原子化系统主要使试样中的待测元素转变为自由原子蒸气 火焰原子化器 雾化器和燃烧器 无火焰原子化器 高温石墨管 试样在石墨管中随着温度的升高而干燥 灰化 原子化 即转变为自由原子蒸气 分光系统可以分出通过火焰的光线中待测元素的谱线 检测系统则把光信号转换成电信号 经调制 放大 处理 最后输出结果 原子吸收分光光度法进行定量测定的方法标准曲线法 被测元素低浓度时 对分析线的吸收与浓度之间呈良好的线性关系 故可配制低浓度的标准溶液 分别测定其吸光度 以吸光度为纵坐标 浓度为横坐标 绘制其标准曲线 根据样液的吸光度 在标准曲线上求出样液的浓度 食品中铁 镁 锰 铜 锌的测定 1 原理 食品中的无机元素一般常与有机物结合 以金属有机化合物的形式存在于食品中 在测定无机元素之前 必须先破坏有机物质 释放出被测组分 这称之为有机物破坏法 干法灰化和湿法消化 样品湿法消化处理后 导入原子吸收分光光度计中 经原子化 铁 镁 锰 铜 锌分别在波长248 3nm 285 2nm 279 5nm 324 8nm 213 8nm处 对铁 镁 锰 铜 锌空心阴极灯发射的谱线有特异吸收 在一定浓度范围内 其吸收值与它们的含量成正比 与标准系列比较后能求出食品中被测元素的含量 2 仪器 原子吸收分光光度计 分析天平 3 试剂 盐酸 硝酸 高氯酸 混合酸消化液 硝酸与高氯酸之比为4 1 体积比 0 5mol L硝酸溶液 量取45mL硝酸 用去离子水稀释至1000mL 铁 镁 锰 铜 锌的标准溶液 直接购买储备液 然后用0 5mol L硝酸溶液稀释成所需要的浓度 储存在聚乙烯瓶中 4 保存 4 测定 样品消化 精确称取均匀样品干样0 5 1 5g 湿样2 0 4 0g 饮料等液体样品5 0 10 0mL于250mL高型烧杯中 加混合酸消化液20 30mL 盖上表面皿 置于电炉加热消化 最后如未完全消化 可再补加几毫升混合酸消化液 继续加热消化 至无色透明为止 加入3mL去离子水 加热以挥去多余的硝酸 待烧杯中的液体接近2 3mL时 取下冷却 用去离子水洗并转移至10mL的刻度试管中 用去离子水定容至刻度 取与消化样品相同量的混合酸消化液 按上述操作做空白试验 测定 将各标准使用液按下表配制成不同浓度系列的各相应元素的标准稀释液按仪器说明书调节狭缝 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 下表为测定时的参数 供参考 绘制标准曲线 以标准系列的浓度值为横坐标 各元素对应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线 计算 5 说明及注意事项 所用玻璃仪器均以硫酸 重铬酸钾洗液浸泡数小时 再用洗衣粉充分洗刷 后用水反复冲洗 最后用去离子水冲洗烘干 方可使用 微量元素分析的样品制备过程中应特别注意防止各种污染 所用设备如电磨 绞肉机 匀浆器 打碎机等必须不锈钢制品 所用容器必须使用玻璃或聚乙烯制品 蔬菜 水果 鲜鱼 鲜肉等含水量高的样品用水冲洗干净后 再用去离子水充分洗净 含水量小的样品 如米 面 豆类 奶粉等 取样后立即装容器密封保存 防止空气中的灰尘和水分污染 由于火焰原子法的原子化程度较低 且待测元素的蒸汽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 石墨炉原子法是理想的选择 如铅 镉 铬等元素的测定国标中都选用石墨炉原子法作为第一法 7 3 食品中铅 镉 铬的测定 石墨炉原子化法原理 样品经消解 可选用干法灰化 湿法消化 微波消解法中的任何一种 制成试样液 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 测定参数 7 4 食品中锡的测定方法 苯芴酮比色法原理 样品经消化后 在弱酸性溶液中 四价锡离子与苯芴酮形成微溶性橙红色络合物 在保护性胶体存在下与标准系列比较定量 仪器 分光光度计 马福炉 分析天平 试剂 酒石酸溶液 100g L 抗坏血酸溶液 10g L 临用时配制 动物胶溶液 5g L 临用时配制 酚酞指示液 10g L 称取1g酚酞 用乙醇溶解至100mL 氨水 1 1 硫酸 体积比1 9 苯芴酮溶液 0 1g L 称取0 010g苯芴酮 加少量甲醇及硫酸 1 9 数滴溶解 以甲醇稀释至100mL 锡标准储备液 准确称取0 1000g金属锡 99 99 置于小烧杯中 加l0mL硫酸 盖以表面皿 加热至锡完全溶解 移去表面皿 继续加热至发生浓白烟 冷却 慢慢加50mL水 移入100mL容量瓶中 用硫酸 1 9 多次洗涤烧杯 洗液并入容量瓶中 并稀释至刻度 混匀 此溶液每毫升相当于1 0mg锡 锡标准使用液 用硫酸 1 9 稀释稀释至每毫升相当于10 0ug锡 测定 1 样品消化 称取1 00 5 00g样品 根据锡含量而定 于瓷坩埚中 先小火炭化至无烟 移人高温电炉 500士25 灰化6 8h 放冷 若个别不彻底 则加lmL混合酸 硝酸与高氯酸之比为4 1 在小火上加热 反复多次直到消化完全 放冷 用硝酸 0 5mol L将灰分溶解 少量多次地过滤在10 25mL容量瓶中 并定容至刻度 摇匀备用 同时作试剂空白 标准曲线的绘制 吸取0 00 0 20 0 40 0 60 0 80 1 00mL锡标准使用液 相当于0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0 g锡 分别置于25mL比色管中 各加入0 5mL酒石酸溶液 100g L 及1滴酚酞指示液 混匀 再各加入氨水 1 1 中和至淡红色 加3mL硫酸 1 9 lmL动物胶溶液 5g L 及2 5mL抗坏血酸溶液 10g L 再加水至25mL 混匀 再各加2mL苯芴酮溶液 0 1g L 混匀 1h后 用2cm比色杯以水调节零点 于波长490nm处测吸光度 并绘制标准曲线 样品及试剂空白测定 吸取1 00 5 00mL样品消化液和同量的试剂空白溶液 分别置于25mL比色管中 按标准曲线制备程序 依法操作 测定吸光度 并从标准曲线查出相应的锡含量 结果计算 式中 x 样品中锡的含量 mg kg或mg mL m1 测定用样品消化液中锡的含量 标准曲线上查得 g m2 试剂空白液中锡的含量 标准曲线上查得 g m一样品质量 g或mL V2 样品消化液的总体积 mL V1 测定用样品消化液的体积 mL 说明及注意事项 1 在Ph为1左右的酸性介质中 锡与苯芴酮反应生成一种微溶的络合物 锡的浓度低时 络合物以溶胶的形式存在于溶液中 在有动物胶存在下 此红色胶体能长时间稳定 可用于比色测定 由于显色反应比较缓慢 故应放置一段时间后比色 天冷时可置于37 恒温箱中30min后比色 2 反应液的PH值对呈色影响较大 所以标准液和样品液都先用氨水调至中性后再加其他试剂 以使PH一致 3 抗坏血酸用于掩蔽铁离子的干扰 其溶液不稳定 需临用时现配 4 也可以用原子吸收光谱法测定锡的含量 锡的吸收波长为224 6nm 7 5 1 食品中有害矿物质元素的测定 双硫腙分光光度法测定汞含量 概述 汞俗称水银为银白色液态金属 汞易蒸发 在空气中以蒸气状态存在 汞的化合物能溶于水或稀酸 毒性很大 常见的汞化物有氯化高汞 氧化汞 硝酸汞 碘化汞等 均属于烈性毒物 汞的化合物在工农业和医药等方面应用极广 极容易造成环境污染 环境中的微生物能使无机汞转化为有机汞 如甲基汞 二甲基汞等烷基汞化合物其毒性更大 所以不慎混入食品或误食或食用污染了汞的食品而引起中毒的事件较为多见 原理 样品经消化后 汞离子在酸性溶液中可与双硫腙生成橙色络合物 溶于三氯甲烷 络合物的颜色深浅与汞的浓度成正比 在波长490nm处测定吸光度 与标准系列比较而进行定量 双硫腙的性质 学名为二苯基硫卡巴腙 又名二苯磺腙 打萨宗等 它是一种蓝黑色结晶粉末 难溶于水 能溶于碱性水溶液 可溶于氯仿 四氯化碳 并呈绿色 双硫腙能与许多金属形成络合物 这些络合物能溶于氯仿或四氯化碳而呈色 控制一定的反应条件 可以提高双硫腙对重金属的选择性 使显色反应具有特异性 从而可用双硫腙分光光度比色法对食品中的多种微量矿物质元素进行测定 常用的控制方法是控制溶液的PH或加入适当的掩蔽剂 在PH8 5 9 0时 加入氰化钾可以掩蔽铜 汞 锌等离子的干扰 加入盐酸羟胺可排除铁离子的干扰 加入柠檬酸铵可防止生成氢氧化物沉淀使铅被吸附而受损失 市售的双硫腙常含有氧化生成的二苯硫卡巴二腺 此化合物不与金属元素反应 也不溶于酸性或碱性水溶液 但能溶于氯仿和四氯化碳呈黄色或棕色 因而干扰测定 所以常常需进行纯化处理 试剂 1 盐酸羟胺溶液 200g L 2 双硫腙三氯甲烷溶液 0 5g L 3 双硫腙使用液 吸取1 0mL双硫腙溶液 加三氯甲烷至10mL混匀 用1cm比色杯 以三氯甲烷调节零点 于波长510nm处测吸光度 A 用下式算出配制l00mL双硫腙使用液 70 透光率 所需双硫腙溶液的毫升数 V 要求双硫腙使用液的浓度控制在5 10mg L 而透光率为70 即吸光度为0 155 时 双硫腙使用液的浓度大约是5mg L 4 汞标准溶液 精密称取0 1354g经干燥器干燥过的二氯化汞 加lmol L硫酸使其溶解 移入100mL容量瓶中 并稀释至刻度 此溶液每毫升相当于1mg汞 5 汞标准使用液 lmol L硫酸稀释至每毫升相当于1 g汞 样品消化 根据样品的含水量的多少称取 吸取 10 50g mL 样品 置于消化装置的锥形瓶中 加玻璃珠数粒 45mL硝酸 15mL硫酸 转动锥形瓶 防止局部炭化 装上冷凝管后 小火加热 待开始发泡即停止加热 发泡停止后加热回流2h 如加热过程中溶液变棕色 再加5mL硝酸 继续回流2h 放冷 用适量水洗涤冷凝管 洗液并入消化液中 取下锥形瓶 加水至总体积为150mL 取与消化样品相同量的硝酸 硫酸按同一方法做试剂空白试验 测定 取上述消化液 全量 加20mL水 在电炉上煮沸10min 除去二氧化氮等 放冷 于样品消化液及试剂空白液中各加5 高锰酸钾溶液至溶液呈紫色 然后再加20 盐酸羟胺溶液使紫色退去 加2滴溴麝香草酚蓝指示液 用氨水调节PH 使橙红色变成橙黄色 PH1 2 定量转移至125mL分液漏斗中 制备标准系列 吸取0 0 0 5 1 0 2 0 3 0 4 0 5 0 6 0mL汞标准使用液 相当于0 0 0 5 3 0 4 0 5 0 6 0 g汞 分别置于125mL分液漏斗中 加5 硫酸10mL 再加水至40mL 混匀 再各加20 盐酸羟胺溶液1mL 放置20min 并时时振摇 测定 于样品消化液 试剂空白液及标准液振摇放冷后的分液漏斗中加5 0mL双硫腙使用液 剧烈振摇2min 静置分层后 经脱脂棉将三氯甲烷层滤入1cm比色杯中 以三氯甲烷调节零点 在波长490nm处测吸光度 绘制成标准曲线并定量 结果计算 式中 X 样品中汞的含量 mg kg m1 样品消化液中汞的含量 从标准曲线上查得 g m2 试剂空白液中汞的含量 从标准曲线上查得 g m 样品质量 g 说明及注意事项 1 汞与双硫腙的络合能力很强 在酸性条件下 其它金属离子都不产生干扰 生成橙色络合物时酸度以PH1 8 2为宜 2 双硫腙易被氧化 生成黄色的化合物不溶于酸及碱 能溶于氯仿中 因此氯仿中不得含有氧化物 操作时不宜敞开暴露于空气过久 避免直射光操作 3 盐酸羟胺是一种掩蔽剂 可消除铁 锌离子的干扰 同时 盐酸羟胺还是一种还原剂 可以除去氧化物 4 用盐酸羟胺还原高锰酸钾时 会产生大量氯气与氮氧化物 操作时应不时振摇 并放置20min 使其逸放 5 双硫腙比色法测定金属元素的含量具有较高的灵敏度和选择性 设备简单 但操作工作量大 耗用试剂 溶剂较多 至今多被列为国标中的第二法或第三法 6 汞能在常温下蒸发为汞原子蒸气 对波长253 7nm的共振线有剧烈的吸收 所以可以采用冷原子吸收光谱法 测汞仪法 测定汞含量 见GB T5009 17 2003第一法 7 实验时不小心将汞洒落在台面上 应立即将大汞珠收集后 撒上硫磺粉 7 5 2 食品中有害矿物质元素的测定 冷原子吸收光谱法测定汞含量 原理 样品经酸消解或催化酸消解 其中的汞转化为离子状态 汞离子在强酸性介质中 被氯化亚锡还原为元素汞 用测汞仪进行测定 与标准比较定量 样品处理方法 1 压力消解罐消解法 2 回流消化法 3 五氧化二钒消化法 7 6食品中有害矿物质元素的测定 银盐法测定砷含量概述 砷常用于制造农药和药物 水产品和其他食物由于受水质或其他原因的污染而含有一定量的砷 砷的化合物有强烈的毒性 我国食品卫生标准中对各类食物中含砷量有严格的规定 砷的测定方法有银盐法和砷斑法 砷斑法又叫古蔡氏法 操作比较简便 但目测时有主观误差 银盐法克服了砷斑法的目测误差 银盐法测定砷含量的原理 在碘化钾和酸式氯化亚锡存在下 利用锌与酸作用生成原子态氢 使样品消化液中高价砷还原成三价砷 三价砷与氢作用 生成砷化氢气体 通过乙酸铅浸泡的棉花 除去硫化氢的干扰 进入含有二乙氨基二硫代甲酸银 简称DDC Ag 的吸收液 砷化氢与DDC Ag作用 使银呈红色胶体游离出来 溶液的颜色呈橙色至红色 颜色的深浅与银含量成正比 据颜色的深浅进行分光光度比色 间接对样品中的砷进行定量 样品的制备 1 硝酸 高氯酸 硫酸法 称取适量试样置于250 500mL定氮瓶中 对干燥的试样可先加水少许使湿润 加人数粒玻璃珠 10 15mL硝酸 高氯酸混合液 4 1 放置片刻 小火缓缓加热 待作用缓和 放冷 沿瓶壁加入5mL或10mL硫酸 再加热 瓶中液体开始变成棕色时 不断沿瓶壁滴加硝酸 高氯酸混合液 使有机物质分解完全 加大火力 至产生白烟 溶液应澄明无色或微带黄色 放冷 在消化过程中应注意控制热源强度 加20mL无离子水煮沸 除去残余的硝酸至产生白烟为止 如此处理2次 放冷 将冷后的溶液移入50mL或100mL容量瓶中 用无离子水洗涤定氮瓶 洗液并入容量瓶中 放冷 加水至刻度 混匀 控制定容后的溶液每10mL相当于1g样品 相当加入硫酸量1mL 取消化样品相同量的硝酸 高氯酸混合液和硫酸 按同一方法做试剂空白试验 2 样品也可以用灰化法处理 加氧化镁和硝酸镁助灰化 残渣用6mol L的盐酸溶解后定容 控制定容后的溶液每10mL相当于1g样品 相当加入盐酸量1 5mL 测定装置 测定 吸取一定量的湿法消化后的定容溶液 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50 55mL 吸取0 0 2 0 4 0 6 0 8 0 10 0mL砷标准使用液 相当于0 2 4 6 8 10 g砷 分别于150ml锥形瓶中 加水至40mL 再加1 1硫酸10mL 于样品消化液 试剂空白液及砷标准溶液中各加15 碘化钾溶液3mL 酸性氯化亚锡溶液0 5mL 混匀 静置15min 各加入3g锌粒 立即分别塞上装有乙酸铅棉花导气管的胶塞 并使导气管尖端插入盛