第四章 灰分的测定

第四章灰分的测定及方法 4 1概述 1 灰分的概念 2 灰分测定的内容 3 测定灰分的意义 4 3水溶性灰分和酸不溶性灰分测定 4 2总灰分的测定 1 原理 2 仪器 3 试剂 4 测定条件的选择 5 测定方法 6 说明 4 4特殊的灰化方法 灰分的概念 灰分测定内容 总灰分测定原理 灰化方法 总灰分测定方法及测定条件的选择 高温炉结构 瓷坩埚的性能 掌握高温炉的使用方法 掌握坩埚处理 样品炭化 灰化等基本操作方法 进一步熟悉天平的称量操作 无机盐是六大营养要素之一 欲测定这些无机成分的含量 需要在测定前破坏有机结合体 释放出被测组分 样品预处理 本节的知识点 能力点 在高温或高温加强氧化条件 使有机物质分解 呈气态逸散 而食品中无机成分残留下来 根据具体操作条件不同 分为干法灰化和湿法消化两大类 用灼烧手段 500 6000C 分解食品的方法称为干法灰化 灰分的测定利用的方法就是干法灰化 其中有机物破坏法用于食品中无机盐的测定 食品在500一600 灼烧灰化时 发生的变化 水分及挥发物质以气态放出 有机物质中的碳 氢 氮等元素与有机物质本身的氧及电气中的氧生成二氧化碳 氮的氧化物及水分而散失 有机酸的金属同盐转变为碳酸盐或金属氧化物 会使灰分增加 有些组分转变成为氧化物 磷酸盐 硫酸盐或卤化物 有的金属 或直接挥发散失 如Pb P S 会使灰分减少 或生成容易挥发的金属化合物 4 1概述 灰分 灼烧后的残留物叫做灰分 由于食品组分不同 灼烧条件不同 残留物亦各不同 残留物与食品中原有的无机物并不相同 严格说来 应该把灼烧后的残留物叫作粗灰分 灰分的测定内容可包括以下几方面 即总灰分 水溶性灰分 水不溶性灰分 酸不溶性灰分等 水溶性灰分反应的是可溶性K Na Ca等的氧化物和盐类的含量 水不溶性灰分反应的是污染泥沙 铁 铝等氧化物及碱土金属的碱式磷酸盐的含量 酸不溶性灰分反映的是污染的泥沙和食品中原来的微量氧化硅的含量 测定灰分的意义 1 评判食品的加工精度和食品品质 面粉的加工精度 无机盐是六大营养要素之一 是人类生命活动不可缺少的物质 要正确评价某食品的营养价值 其无机盐含量是一个评价指标 生产果胶 明胶之类的胶质品时 灰分是这些制品的胶冻性能的标志 水溶性灰分和酸不溶性灰分可作为食品生产的一项控制指标 水溶性灰分指示果酱 果冻制品中的果汁含量 酸不溶性灰分中的大部分 是一些来自原料本身中的 或在加工过程中来自环境污染混入产品中的泥沙等机械污染物 另外 还含有一些样品组织中的微量硅 2 判断食品受污染的程度 原理把一定量的样品经炭化后放入高温炉内灼烧 使有机物质被氧化分解 以二氧化碳 氮的氧化物及水等形式逸出 而无机物质以硫酸盐 磷酸盐 碳酸盐 氯化物等无机盐和金属氧化物的形式残留下来 这些残留物即为灰分 称量残留物的重量即可计算出样品中总灰分的含量 仪器 高温炉 坩埚 坩埚钳 干燥器 分析天平 4 2总灰分的测定 试剂1 4盐酸溶液0 5 三氯化铁溶液和等量蓝墨水的混合液6mol L硝酸36 过氧化氢辛醇或纯植物油 预处理果汁 牛乳等液体试样果汁一般需样品25g左右 牛乳需3 5g 准确称取适量试样于已知质量试样的瓷坩埚 或蒸发皿 中 置于水浴上蒸发至近干 再进行炭化 这类样品若直接炭化 液体沸腾 易造成溅失 果蔬 动物组织等含水分较多的试样果蔬需样品25g 动物组织一般取5 10g 先制备成均匀的试样 再准确称取适量试样于已知质量坩埚中 置烘箱中干燥 再进行炭化 也可取测定水分后的干燥试样直接进行炭化 谷物 豆类等水分含量少的固体样品粉碎成均匀的试样 取3 5g试样于已知质量的坩埚中进行炭化 富含脂肪的样品把试样制备均匀 准确称取3 5g试样 先提取脂肪 再将残留物移入已知质量的坩埚中进行炭化 对于鱼制品需不少于2g样品 糖及糖制品需5 10g样品 灌藏水果需25g样品 果酱 果冻 脱水水果需样品10g 操作条件的选择灰化温度水果及其制品 肉及肉制品 糖及糖制品 蔬菜及蔬菜制品不大于525 谷类样品 乳制品 奶油除外 不大于550 谷类饲料不大于600 奶油不大于500 鱼 海产品 酒不大于550 主要原因 在一般灰化温度下 只要有K2CO3共存 CaCO3及易溶解的MgCO3都较为稳定 灰化温度过高 将引起钾 钠 氯 KCl会挥发损失 CaCl2则会变成CaO 等元素的挥发损失 而且磷酸盐 硅酸盐也会熔融 将碳粒包藏起来 使碳无法氧化 灰化温度过低 则灰化速度慢 时间长 不宜完全灰化 也不利于除去过剩的碱吸收CO2 加热速度不可太快 灰化时间 2 5h 对于一般样品 并不规定时间 要求灼烧至灰分呈全白色或浅灰色 并达到恒重 有些样品 即使灰分完全 残灰也不一定成白色或浅灰色 如Fe呈褐色 Mn Cu呈蓝绿色 但对于谷类饲料和茎杆饲料 则要求在600 灰化灼烧2h 加速灰化的方法改变操作方法样品初步灼烧后 取出坩埚 冷却 加入少量的水 用玻棒研碎 使水溶性盐类溶解 此时 被熔融磷酸盐所包裹住的碳粒 重新游离而出 小心蒸去水分 干燥后 120 130 烘箱充分干燥 再进行灼烧 必要时重复上述操作 或者 样品炭化后 冷却 以少量热水浸出可溶性灰分 以无灰滤纸过滤 抽干 将残留物连同滤纸置坩埚先在150 200 烘干后再进行灼烧 放冷后 把滤纸并入坩埚中 置水浴上蒸去水分 再灼烧 放冷 称重 这种方法适用于可溶性灰分较多的样品 添加硝酸 乙醇 碳酸铵 过氧化氢10 碳酸铵做疏松剂 在灼烧时分解为气体溢出 使灰分呈松散状态 促进未灰化的碳粒灰化 这类物质在灼烧后完全消失 不致增加残留灰分的重量 添加氧化镁 碳酸钙等惰性不熔物质这类物质的作用是属机械的 他们和会分混杂在一起 使碳微粒不受覆盖 此法应同时做空白试验 加醋酸镁 硝酸镁与过剩的磷酸结合后 使灰分呈松散状态 避免碳粒被包裹 灰化容器通常以坩埚作为灰化容器 个别情况下也可使用蒸发皿 坩埚分素烧瓷坩埚 铂坩埚 石英坩埚等多种 其中最常用的是素烧瓷坩埚 灰化容器的大小要根据试样的性状来选用 需要前处理的液态样品 加热易膨胀的样品及灰分含量低 取样量较大的样品 需选用稍大些的坩埚 或选用蒸发皿 但灰化容器过大会使称量误差增大 取样量测定灰分时 取样量的多少应根据试样的种类和性状来决定 食品的灰分与其他成分相比 含量较少 例如 谷物及豆类为1 4 蔬菜为0 5 2 水果为0 5 1 鲜鱼 贝为1 5 而精糖只有0 01 所以取样时应考虑称量误差 以灼烧后得到的灰分量为10 100mg来决定取样量 通常奶粉 麦乳精 大豆粉 调味料 鱼类及海产品等取1 2g 谷物及其制品 肉及其制品 糕点 牛乳等取3 5g 蔬菜及其制品 砂糖及其制品 淀粉及其制品 蜂蜜 奶油等取5 10g 水果及其制品取20g 油脂取50g 总灰分的测定方法瓷坩埚的准备将坩埚用盐酸 1 4 煮1 2小时 洗净晾干后 用三氯化铁与蓝墨水的混合液在坩埚外壁及盖上写上偏号 置于规定温度 500 550 的高温炉中灼烧1小时 移至炉口冷却到200 左右后 再移入干燥器中 冷却至室温后 准确称重 再放入高温炉内灼烧30分钟 取出冷却称重 直至恒重 两次称量之差不超过0 5mg 样品预处理 炭化试样经上述预处理后 在放入高温炉灼烧前要先进行炭比处理 防止在灼烧时 因温度高试样中的水分急剧蒸发使试样飞扬 防止糖 蛋白质 淀粉等易发泡膨胀的物质在高温下发泡膨胀而溢出坩埚 不经炭化而直接灰化 碳粒易被包住 灰化不完全 炭化操作一般在电炉或煤气灯上进行 把柑坩埚置于电炉或煤气灯上 半盖坩埚盖 小心加热使试样在通气情况下逐渐炭化 直至无黑烟产生 对特别容易膨胀的试样 如含搪多的食品 可先于试样加数滴辛醇或纯植物油 再进行炭化 灰化炭化后 把坩埚移入已达规定温度 500一550 的高温炉炉口处 稍停留片到 再慢慢移入炉膛内 坩埚盖斜倚在坩埚口 关闭炉门 灼烧 定时间 视样品种类 性状而异 至灰中无碳粒存在 打开炉门 将坩埚移至炉口处冷却至200左右 移入干燥器中冷却至室温 准确称重 再灼烧 冷却 称重 直至达到恒重 注意事项样品预处理后 在放入高温炉内灼烧前首先要进行炭化处理 不经炭化而直接灰化 碳粒易包住 灰化不完全 样品炭化时要注意热源强度 防止在灼烧时 因高温引起试样中的水分急剧蒸发 使试样飞溅 防止蛋白质 糖 淀粉等易发泡膨胀的物质在高温下发泡膨胀产生大量泡沫溢出坩埚 把坩埚放入高温炉或从炉中取出时 要放在炉口停留片刻 使坩埚预热或冷却 防止因温度剧变而使坩埚破裂 灼烧后的坩埚应冷却到200 以下再移入干燥器中 否则因热的对流作用 易造成残灰飞散 且冷却速度慢 冷却后干燥器内形成较大真空 盖子不易打开 从干燥器内取出坩埚时 因内部成真空 开盖恢复常压时 应该使空气缓缓流入 以防残灰分散 如液体样品过多 可分次在同一坩埚中蒸干 在测定蔬菜 水果这一类样品时 应预先测定这些样品的水分 再将其干燥物继续灼烧 测其灰分含量 灰化后所得残渣可留作Ca P Fe等成分的分析 用过的干过经初步洗刷后 可用粗盐酸或废盐酸浸泡10 20分钟 再用水冲刷洁净 高温炉 又名马福炉 用于金属熔融 有机物灰化及重量分析的沉淀灼烧等 高温炉有加热部分 保温部分 测温部分等组成 有配套的自动控温仪 用来设定 控制 测量炉内的温度 结构 高温电炉的最高使用温度可达到10000C左右 炉膛以传热性能良好 耐高温而无胀碎裂性的碳化硅材料制成 外壁有形槽 槽内嵌入电阻丝以供加热 耐火材料外围包裹一层很厚的绝缘耐热镁砖石棉纤维 以减少热量损失 钢质外壳以铁架支撑 炉门以绝热耐火材料嵌衬 正中有一孔以透明云母片封闭用作观察炉膛的加热情况 伸入炉膛中心的是一支热电偶 作测定温度用 热电偶的冷端与高温计输入端连接 构成一套温度指示和自动控温系统 使用方法 用毛刷仔细清扫炉膛内的灰尘和机械性杂质 放入已经炭化完全的盛有样品的坩埚 关闭炉门 开启电源 指示灯亮 将高温计的黑色指针拨至需要的灼烧温度 随着炉膛温度上升 高温计上指示温度的红针向黑针移动 当红针与黑针对准时 控温系统自动断电 当炉膛温度降低 红针偏离与黑针对准的位置时 电路自动导通 如此自动恒温 达到需要的灼烧时间后 切断电源 待炉膛温度降低至2000C左右 开启炉门 用长柄坩埚取出灼烧物品 在炉门口放置片刻 进一步冷却后置干燥器中保存备用 关闭炉门 做好整理工作 坩埚素烧瓷坩埚 它的物理性质和化学性质与石英坩埚相同 耐高温 1200 内壁光滑 可用热的稀盐酸洗涤 价格低廉是它的最大优点 但它抗碱性能较差 在温度骤变时 易破裂 铂坩埚 铂溶点高 1773 导热良好 清洗方便 能抗碱金属 碳酸盐及氮化氢的腐蚀 但价格昂贵 使用不当会腐蚀或发脆 使用铂坩埚应注意以下事项 1 样品中不允许含有多量磷酸盐 以免磷化物与铂生成低熔点的共熔混合物 2 内容物中不允许含有铅 砷 锑 铋等元素 这些元素被认为是铂的毒物 如果样品中含铅 应在坩埚中加入氧化剂 避免铅被还原成单质 铂坩埚必须保持清洁 内外光亮 否则若含有尘土 会因还原作用而引起腐蚀 3 坩埚钳应包以铂头 灼烧后 应将坩埚放到灼烧除去碳粒的石棉板上 4 可以用水或酸在沸腾状态下清洗 硅酸残留物可用稀氢氟酸清洗 若有脏物附着 可在坩埚内用K2S2O7熔融 再用水浸出并洗净 必要时可重复多次 铂坩埚不允许与游离卤素或反应能产生卤素的试剂接触 如坩埚中含有KClO3 KMnO4 K2Cl2O7等强氧化剂 则不可用盐酸或王水清洗坩埚 不允许用玻璃及其他尖头物质刮取脏物 必要时 可用水湿润的细海砂处理 干燥器 干燥器的使用 干燥器带有磨口的玻璃盖子 为了使干燥器密闭 在盖子磨口处均匀地涂一层凡士林油 干燥器中带孔的圆板将干燥器分为上 下两室 上室被干燥的物体 下室装干燥剂 干燥剂不宜过多 约占下室的一半即可 否则可能沾污被干燥的物体 影响分析结果 最常用的干燥剂有硅胶 CaO 无水Cal2 分子筛等 硅胶是硅酸凝胶 烘干除去大部分水后 得到白色多孔的固体 具有高度的吸附能力 为了便于观察 将硅胶放在钴盐溶液中浸泡 使之呈粉红色 烘干后变为蓝色 蓝色的硅胶具有吸附能力 当硅胶变为粉红色时 表示已经失效 应重新烘干至蓝色 干燥器使用注意事项 启盖时 左手扶住干燥器 右手握住盖上的圆球 向前推开器盖 不可向上提起 搬动干燥器时 要用双手捧住 并用两个拇指压住盖沿 防止盖子滑下打碎 当高温坩埚放入干燥器后 不能立即盖紧盖子 一方面因为干燥器中的空气因高温而剧烈膨胀 推动干燥器盖 有时会将盖子推落打碎 另一方面 当干燥器中的空气从高温降到室温后 压力大大降低 盖子很难打开 即使打开了 也会由于空气流的冲入将坩埚中的被测物冲散使分析失败 正确的操作 当坩埚中放入干燥器后 先盖上盖子 再慢慢推开盖子 放出热空气 这样重复数次 直到听不到 嘣 嘣 的声音后 把盖子盖紧并移至天平室后 冷却至室温 4 3水溶性灰分和酸溶性灰分的测定 向测定总灰分所得残留物中加入25ml无离子水 加热至沸 用无灰滤纸过滤 用25m1热的无离子水分多次洗涤坩埚 滤纸及残渣 将残渣连同滤纸移回原坩埚中 在水浴上蒸发至干涸 放入干燥箱中干燥 再进行灼烧 冷却 称重 直至恒重 按下式计算水洛性灰分和水不溶性灰分含量 水不溶性灰分 m4 m1 100 m2 m1 式中 m4一一不溶性灰分和坩埚的质量 g 其他符号意义同总灰分的计算 水溶性灰分 总灰分 水不溶性灰分 向总灰分或水不溶性灰分中加入25mlo 1mol L盐酸 以下操作同水溶性灰分的测定 按下式计算酸不溶性灰分含量 酸不溶性灰分 m5 m1 100 m2 m1 式中 m5 酸不溶性灰分和坩埚质量 g 其他符号意义同总灰分的计算 4 4特殊的灰化方法 见教材 测定磷的灰化法测定硫的灰化法测定氯的灰化法湿法灰化测定重金属 湿法消化操作步骤将1g干燥研碎的样品放入150mL的格氏烧杯中 加10mL硝酸浸泡 如果是高脂样品可以浸泡过夜 加入3mL60 的高氯酸 放在电炉上缓慢加热至350 直到硝酸基本挥发