食品中矿物质元素的测定

项目三食品中矿物质元素的测定难点：

基本知识点：重点：1.折射法的原理2.旋光法的原理原子吸收法的测定原理及条件

1.了解矿质元素的分类、来源及其检测意义；2.了解食品中矿物质的检测预处理及检测方法；3.掌握测定常见元素的原理，测定方法、操作要点。

钙、铁、锌、铜、碘的测定原理、方法及条件。

矿物质——人体不可缺少的营养物质。与酶类一起参与新陈代谢，使肌体的机能得到有效的调节。人体中不能缺少矿物质，否则会患各种疾病；过量也会呈现各种毒性反应，严重的可以引起死亡。测定矿物质元素的含量，对于评价食品的营养价值、开发和生产强化食品具有指导意义、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。。矿物质常量元素(>0.01%)K、Na、Ca、Mg、F、S、P等；需求比例较大（成人每天至少需要100mg）微量元素(<0.01%)Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mn，Mo、F、Se和Si等。需要量很少(mg计),必需，过量中毒。食品中除C、H、O、N以外的元素统称硒：安全摄入量：50~200µg;<50µ

g心肌炎、克山病、免疫低下、白内障；200~1000µg中毒;>1mg,死亡。矿物质必需元素常量元素：K、Na、Ca、Mg、F、S、P

等；微量元素：Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mn，Mo、F、Se和Si等。有害元素无生理功能，人体耐受力极小，Pb,Cd,Hg,As等。极小的剂量，机体毒性反应；有蓄积性；中毒反应。一、矿物质的来源天然外来食物污染三废、农药、化肥，土壤、水源、空气污染，重金属及有毒元素在生物体富集。新材料造成的新食物污染。营养强化而添加（Ca、Fe、Zn，碘）

；加工、贮存等污染（铜、锡）。环境污染地质、地理、生物种类、品种决定。二、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。

生理作用人体最多无机元素0.5~2.0%；骨骼、牙齿；维持神经与肌肉活动；促进酶的活性；参与血凝过程、激素分泌、维持体液酸碱平衡以及细胞内胶质稳定性。钙供应充足，正常发育、抗老防衰、延年益寿。奶制品，乳酪、蜜糖、乳酸、杏、肝脏、萝卜、豆类及其制品、瓜子、芝麻、小白菜、虾皮、海产品、榛予、橄榄、花生、骨头汤、柑桔、山楂、芥菜、枣等

含钙丰富的食物改善饮食增加户外活动服用钙剂适量补充维生素D缺钙的治疗工作效率降低、学习能力下降，冷漠呆板；缺钙儿童易烦躁，抗感染抵抗力下降。常有出现心慌、气短、头晕、眼花、精力不集中。缺乏症状钙工作效率降低、学习能力下降，冷漠呆板；缺铁儿童易烦躁，抗感染抵抗力下降。常有出现心慌、气短、头晕、眼花、精力不集中。

缺乏症状生理作用细胞生长、蛋白质合成、酶的产生和免疫系统所需的金属矿物质。提高机体免疫力，促进生长发育。“生命之花”和“智力之源”。溶血性贫血、再障、巨幼红贫血、血红蛋白增多、含铁血黄素沉着、血色素沉着症、传染性肝炎及肝坏死、铅中毒、VB6缺乏导致利用减少等.过量症状动物血液，动物肝脏、乌贼、黄鱼、大豆、豆制品、蛋黄、紫菜、海带、黑木耳、蘑菇、菠菜、葱、大蒜、芹菜、油菜、西红柿、葡萄干、杏、桃、红枣、菠萝等。含铁丰富的食物琥珀酸亚铁硫酸亚铁补充维生素C少饮浓茶、咖啡补铁的药物铁食欲不振“异嗜癖”；生长发育停滞、迟缓、形如侏儒。骨骼的异常，贫血、伤口愈合缓慢、皮肤粗糙、肢端皮炎、易患感冒；胎儿畸形。缺锌症状锌锌生理作用必需微量元素含量最多的一种，总量约为4~5g（72%血红蛋白、3%肌红蛋白、0.2%其他，储备铁。）与酶的活性有关，参与能量代谢、造血及免疫功能。甲亢、嗜酸性粒细胞增多症、溶血性贫血、红细胞增多症、精神分裂症、乳腺癌、恶心、呕吐、急性腹痛、腹泻和发热。过量症状动物肝脏、海产品、核桃、花生、牡蛎、菠菜、黄豆、蘑菇、排骨、鱼、牛肉、鸡蛋、芝麻、白菜、花莱、蒜、葡萄、梨、芭蕉、，虾等。硫酸锌片硫酸锌糖浆葡萄糖酸锌锌丰富食物补锌药物甲状腺肿大（凸眼症、怕热,烦躁不安等）、轻度智能迟缓、轻度听力障碍，伴有体格生长落后。缺碘症状生理作用“智力元素”,总量为30mg,存于甲状腺。促进生物氧化、糖和脂肪代谢、生长发育、维生素的吸收利用；调节蛋白质合成和分解、水盐代谢；增强酶的活力。

碘化钾碘片动物肝、贝类，豆制品，核桃、栗子、茶叶，牡蛎、蘑菇、可可、牛肉、鸦、鹅肉、西红柿、菜花、枣等。

含碘丰富的食物补碘的药物过量症状急性甲亢、甲状腺肿，引发甲状腺癌;碘检测方法原子吸收法

选择性好、灵敏度高、简便快速、同时测多种元素。化学分析法常量组分仪器简单准确度高现代分析技术极谱法、离子选择电极法、荧光法、色谱法等。分光光度法设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。

一、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①HNO3—H2SO4消化法适用于含Pb、As、Cu、Sn元素的测定，先加HNO310ml，再加H2SO410ml，补加HNO3

用混合酸（4：1）。

2.湿法消化

②H2SO4—H2O2消化法适用于含Fe和含脂肪高的食品；先加H2SO410mL，冷却再加2mL30%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。

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，仅数分钟。微波密闭消解仪器实际消解速度：

食品样品10分钟（2.5MPa)化妆品12分钟（3MPa)药、保健品10分钟（2.0MPa)冶金类样品20分钟（2.5MPa)1.工作原理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。2.测定仪器仪器的组成：光源系统、原子化系统、分光系统和检测系统一、原子吸收法测食品中的钙、铁、锌、铜--原子吸收分光光度计光源原子化系统检测系统分光系统仪器结构作用：产生原子吸收所需要的特征辐射。要求：光强大；稳定；背景小；寿命长；价格便宜。种类：空心阴极灯、无极放电灯、蒸气放电灯、激光光源灯。空心阴极灯光源作用：将试样中待测元素变成气态的基态原子。种类：火焰原子化器；无火焰原子化器。火焰原子化器雾化器原子化器预混合室无火焰（电热）原子化器原子化系统作用：将待测元素的吸收线与邻近线分开。组成：入射狭缝，出射狭缝和色散元件（棱镜或光栅）。

分光系统作用：将吸收信号转变为电信号，经调制、放大、处理，最后输出结果。组成：检测系统由光电元件，放大器和显示装置等。主要部件：光电倍增管。

检测系统压力调节钮压力表电源开关减压阀瓶体无油空气压缩机高压气体钢瓶绿色－氢气，黑色－氮气（空气）白色－乙炔高压气体钢瓶、空气压缩机光源（发射特征谱线）→原子化器（试样转化为原子蒸气）→分光系统（分离特征谱线）→检测系统（信号转换、放大、显示）分析流程仪器操作方法：接通电源，打开电脑；安装空心阴极灯；打开主机电源；打开操作软件，初始化；设置实验条件，寻峰；检查排水装置；开空气压缩机,调节出口压力为0.3MPa；开乙炔钢瓶，调出口压力为0.05MPa；点火；样品测定；结束工作，按相反顺序关机，并填写仪器使用记录。3.定量方法----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。测定样液的吸光度，在标准曲线上求出样液的浓度。工作曲线法定量操作步骤：配制标准系列；制备样品溶液；测量标准系列及样品溶液的吸光度；绘制工作曲线；利用内插法查得试液浓度。4.样品测定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，钙、铁、锌、铜分别在波长422.7nm、248.3nm、213.8nm、324.8nm处，对钙、铁、锌、铜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。（1）样品消化处理称样消化除硝酸定容混合酸稀释定容溶液去离子水

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。按仪器说明书调节狭缝、空气及乙炔的流量、火焰高度、元素空心阴极灯电流等参数至最佳状态。（2）测定将各标准使用液按要求配制成不同浓度系列的各相应元素的标准稀释液。钙、铁、锌、铜原子吸收分光光度法测定参数元素波长/nm狭缝/nm火焰类型标准工作液浓度/ug/mL钙422.70.2空气-乙炔0.5～3.0铁248.30.2空气-乙炔0.5～4.0锌213.91.0空气-乙炔0.2～1.0铜324.80.5空气-乙炔0.1～0.4将消化好的样液、试剂空白液和各元素的标准系列分别导入火焰进行测定。（3）标准曲线绘制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。测定用样品液及试剂空白液标准曲线查出浓度值。5.结果计算：式中X----样品的M含量，mg/100g(或μg/100mL)；

c----测定用样品液中M的浓度，μg/mL；

c0----试剂空白液中M的浓度，μg/mL；

m----样品的质量或体积，g或mL；

V----样品处理液总体积，mL；

f----稀释倍数。①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。6.说明及注意事项：②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。③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。④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）。1.工作原理基于物质对200-780nm区域光的选择吸收而建立起来的分析方法。在测定条件下，物质对光的吸收程度与溶液的浓度成正比。二、比色法测食品中的铁、碘2.测定仪器--紫外-可见分光光度计光源单色器吸收池检测器信号显示系统光源：提供符合要求的入射光。要求：在整个紫外光区或可见光谱区可以发射连续光谱，具有足够的辐射强度、较好的稳定性、较长的使用寿命。紫外光源---氘灯可见光源---钨灯光源单色器：将光源发射的复合光分解成连续光谱并可从中选出任一波长单色光的光学系统。棱镜单色器光栅单色器单色器吸收池：又叫比色皿，用于盛放待测溶液和决定透光液层厚度的器件。

主要有石英吸收池和玻璃吸收池两种。在紫外区须采用石英吸收池，可见区一般用吸收玻璃池。吸收池利用光电效应将透过吸收池的光信号变成可测的电信号。常用的有光电池、光电管或光电倍增管。检测器信号显示器以检流计或微安表指示仪表数字显示和自动记录型装置

信号显示系统开机预热选择光源选择波长调透射比为零调透射比为100%测定3.操作规程4.定量方法----工作曲线法先配制一系列不同浓度的被测组分的标准溶液，在选定的波长和最佳操作条件下，分别测定溶液的吸光度，以吸光度为纵坐标，以浓度为横坐标作图，得到标准曲线。根据Lambert-Beer定律，以A为纵坐标，以c（B）为横坐标作图，应得到一条通过原点的直线，然后从标准曲线上查得试样溶液的浓度。三、邻二氮菲法分光光度法测铁样品中的铁经处理为Fe2+，在pH为2～9的溶液中，Fe2+与邻二氮菲生成稳定的橙红色配合物，在510nm有最大吸收，其吸光度与铁的含量成正比，故可比色测定。1.测定方法：①样品处理：干法灰化②标准曲线绘制：吸取10ug/mL铁标准溶液0.0mL、1.0mL、3.0mL、4.0mL、5.0mL，分别置于50mL容量瓶中，加入(1+9)盐酸溶液1mL、10%盐酸羟胺1mL、0.12%邻二氮菲1mL。然后加入10%醋酸钠5mL，用水稀释至刻度，摇匀，以不加铁的试剂空白溶液作参比液，在510nm波长处，用比色皿测吸光度，绘制标准曲线。③样品测定：准确吸取样液5~10mL于50mL容量瓶中，以下按标准曲线绘制操作，测定吸光度，在标准曲线上查出相对应的含铁量（μg）。式中:m----样品质量，g；

V1----测定用样液体积，mL

V2----样液总体积，mL

w----从标准曲线上查得测定用样液相当的铁含量，μg。2.结果计算四、氯仿萃取比色法测食品中的碘样品在碱性条件下灰化，碘被有机物还原成碘离子，碘离子与碱金属结合成碘化物，碘化物在酸性条件下被K2CrO7氧化定量析出游离的碘。碘溶于CCl4呈粉红色，其颜色深浅与碘的浓度在一定条件下成正比，故可用比色法测定。准确吸取100μg/ml碘标准溶液0.0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0ml，分别置于125ml的分液漏斗中，加水至总体积为40ml，再加浓H2SO42ml，K2Cr2O7（aq）15ml,摇匀后放置30min。加入CCl410ml。振摇1min，静置分层后，通过脱脂棉（棉花栓）将CCl4过滤到1cm的比色皿中，以试剂空白调零，在波长510nm处，测定标准系列的吸光度，绘制标准曲线。1、样品处理准确称取均匀样品2~5g于坩埚中。加入5mlKOH（aq），烘干，炭化后，移入高温炉中在460~500度下灰化完全。冷却，加10ml水浸渍灰分，加热使灰分溶解，并过滤到50ml容量瓶中。再用约30ml热水分数次洗涤坩埚和滤纸，洗液并入容量瓶中，用水定容至刻度。2、标准曲线的绘制

3、样品的测定吸取适量样品液于125ml的分掖漏斗中，按标准曲线绘制的同样步骤操作，测定样品溶液的吸光度。从标准曲线上查出样品待测液的碘含量。4.结果计算式中:X----