Chapter5灰分及几种重要矿物质元素含量的测定

Chapter5灰分及几种重要矿物质元素的测定Section1灰分的测定一、概述1.灰分：食品高温灼烧时，有机成分挥发逸散，残留物主要是无机成分〔无机盐和氧化物〕，称为灰分。2.灰分不完全或不确切地代表无机物的总量。从这个观念出发，通常把食品经高温灼烧后的残留物称为粗灰分〔或总灰分〕。3.灰分的分类水溶性灰分溶解度水不溶性灰分酸不溶性灰分4．灰分测定的意义:〔1〕判别食品受污染的程度。〔2〕评价食品的加工精度和食品质量。二、总灰分的测定〔一〕原理样品经炭化后放入高温炉内灼烧，残留物称重后即可计算出样品中总灰分的含量。〔二〕灰化条件的选择1.灰化容器：常用素瓷坩埚。2.以灼烧后得到灰分量的多少来决议取样量。铂坩埚瓷坩埚坩埚钳3.灰化温度：普通为500~550℃。〔1〕温度太高，将引起K、Na、Cl等元素的挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将碳粒包藏起来，使元素无法氧化。〔2〕温度太低，那么灰化速度慢，时间长，不易灰化完全，也不利于除去食物吸收的CO2。4.灰化时间：普通不规定灰化时间，而以灼烧至无碳粒存在，并到达恒重为止。〔三〕操作方法入枯燥器冷却30min不恒重恒重结果计算马福炉、瓷坩埚的预备灰化样品称样品灰化2h取出1.马福炉、瓷坩埚的预备〔1〕马福炉的预备〔2〕瓷坩埚的预备：选取适宜大小的坩埚用HCl煮1~2h，洗净凉干编号，置于马福炉中灼烧2h，移至炉口冷却到200℃左右后，移入枯燥器中冷却至室温，准确称量，反复上述步骤直至恒重。2.样品的预处置：可用测定水分之后的样品。〔1〕水分含量较少的样品，粉碎均匀后可直接称取、炭化；水分含量较多的样品，需先于烘箱中枯燥至一定程度后再炭化。〔2〕液体样品需先在水浴上蒸干后再炭化。〔3〕富含脂肪的样品需先提取脂肪后再测灰分。3.炭化炭化时，半盖坩埚盖，小心加热使样品在通气情况下逐渐炭化，直至无黑烟产生。留意：热源强度，以防温度高，试样中水分急剧蒸发使样品飞扬；对含糖多、含蛋白多、易发泡膨胀的样品，可在样品上加数滴辛醇或纯植物油，再进展炭化，防止高温下发泡溢出；减少碳粒被包裹。4.灰化炭化后，把坩埚移入已达规定温度的马福炉口，稍停片刻，再渐渐移入炉膛内，以下操作同求坩埚恒重时一样，至恒重。〔五〕Calculation×100%灰分=m1—空坩埚质量，gm2—样品+空坩埚质量，gm3—残灰+空坩埚质量，gB—空白实验残灰重，g〔六〕Announcements1.坩埚放入马福炉中时，要在炉口停留片刻，使坩埚预热，防止温度剧变而破裂。2.灼烧后的坩埚应冷却到200℃以下再移入枯燥器中。防止温度剧变而破裂；防止因热的对流作用而呵斥的残灰飞散。〔六〕Announcements3.从枯燥器中取出坩埚时，因内部成真空，开盖恢复常压时应让空气渐渐进入，以防残灰飞散。4.液体样品需先在水浴上蒸干后再炭化，以防炭化时液体沸腾易呵斥溅失。5.加速灰化的方法有些样品难于灰化，如含磷较多的谷物及其制品，灰化过程中易构成呈熔融形状的KH2PO4、NaH2PO4包住C粒，使灰化很难到达恒重。对这类样品，可采用下述方法加速灰化：1.样品经初步灼烧，取出冷却，从灰化容器边缘渐渐参与少量无离子水，使水溶性盐类溶解，被包住的C粒暴露，蒸干后再灼烧至恒重。2.样品经初步灼烧，参与几滴HNO3、H2O2、H2SO4，利用氧化作用加速C粒灰化，蒸干后再灼烧至恒重。3.灼烧时参与(NH4)2CO3等疏松剂。(NH4)2CO3灼烧时分解为气体，使灰分呈松散形状，促进灰化。4.灼烧时参与MgAc2、Mg(NO3)2等助灰剂。这类镁盐随灰化而分解，与过剩的磷酸结合，残灰不熔融，呈松散形状，防止碳粒被包裹，可缩短灰化时间，但会产生MgO，增重，应做空白实验。Section2几种重要矿物元素的测定一、概述〔一〕矿物质元素的分类1.从营养角度分为必需元素、非必需元素和有毒元素。★有毒元素：目前尚未能证明对人体有生理功能，或者正常情况下人体只需求极少的数量或者人体可以耐受极少的数量，剂量稍高即可呈现毒性作用的元素，如Hg、Cd、Pb、As等，其在体内不易排出，有蓄积性，半衰期都很长。2.从人体对其需求量分为常量元素〔含量＞0.01%，如Ca、Mg、K、Na等〕和微量元素〔含量＜0.01%，如Fe、Zn、Co、I等〕。★缺Fe会得缺铁性贫血；Fe过多会得“血色病〞。缺Zn会出现味觉减退，厌食，发育不良等；Zn过多会得胃肠炎。〔二〕矿物质元素的来源AnimalfoodMeats：Na、K、Fe、P含量较高，Cu、Co、Zn含量较少，以可溶性氯化物、磷酸盐方式存在，或与蛋白相结合。

Milk：主要含Ca，也含有少量的Na、Mg、P等。Eggs：含人体所需的各类矿物质。PlantfoodFruit：K含量高，大部分与有机物结合，常以草酸盐、磷酸盐的方式存在。

Beans：矿物质含量最丰富，K、P、Fe、Mn、Zn等含量均较高，其中P主要以磷酸盐的方式存在。Cereals：矿物质含量较少，主要存在于种子外皮。二、钙的测定——EDTA〔乙二胺四乙酸二钠〕滴定法〔GB/T5009.92-2003〕钙是构成机体骨骼、牙齿的主要成分。含钙较多的食品：乳及乳制品、豆及豆制品、排骨、虾皮等。其中，乳及乳制品不但含量丰富，而且吸收率高。钙的吸收率取决于维生素D的摄入量及受太阳紫外线的照射量，同时也受膳食中钙含量及年龄的影响。蛋白质、氨基酸、乳糖、维生素有利于钙的吸收；脂肪、镁含量过多不利于钙的吸收；草酸〔菠菜、韭菜、苋菜等蔬菜中含草酸量较高〕、植酸或脂肪酸的阴离子能与钙生成不溶性沉淀，影响钙的吸收。中国营养学会制定钙每日摄入量为800mg，但全国人均缺乏。长期缺钙：可导致儿童生长发育缓慢，骨软化、骨骼变形，严重缺乏者可导致佝偻病；中老年人易患骨质疏松症；易患龋齿，影响牙齿质量；钙还参与凝血过程和维持毛细血管的正常浸透压，并影响神经肌肉的兴奋性，缺钙时可引起手足抽搐。过量钙的摄入能够添加肾结石的危险性。目前，钙营养强化剂有如下三代产品：第一代，主要以无机盐为主，主要方式为磷酸钙和碳酸钙。第二代，主要以有机盐为主，如乳酸钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙等有机钙盐。第三代，具有生物活性构造的有机酸钙，如L-苏糖酸钙、L-天冬氨酸钙及甘氨酸钙。〔一〕原理在pH13~14的含钙溶液中，同时有氰化钾和柠檬酸等掩蔽剂消除干扰离子的影响，首先钙红指示剂与溶液中钙络合成酒红色，滴入EDTA，构成更稳定的EDTA-Ca络合物，钙红指示剂变成蓝色游离形状，终点时溶液呈纯蓝色，根据滴入的EDTA量和它的滴定度即可算出样液中钙的含量。〔二〕操作步骤1.试样制备：准确称取适量试样于烧杯中，加适量硝酸-高氯酸〔4：1〕混合酸消化液，上盖外表皿，置于沙浴上加热消化至无色透明为止，加几毫升水，加热以除去多余的硝酸。待烧杯中液体接近2~3mL时，取下冷却。用氧化镧溶液冲洗烧杯并将洗液移于10mL刻度试管中，定容至刻度，备用。2.取一样量的硝酸-高氯酸〔4:1〕混合酸消化液，按上述操作做试剂空白实验测定。3.标定EDTA：汲取0.5mL钙规范溶液，以EDTA滴定，标定EDTA的浓度，根据滴定结果计算出每毫升EDTA相当于钙的质量〔mg〕，即为滴定度〔T〕。4.试样及空白滴定：分别汲取适量试样消化液及空白于试管中，加1滴10g/L氰化钠溶液和0.1mL0.05mol/L柠檬酸钠溶液，用滴定管加1.5mL1.25mol/L氢氧化钾溶液，加3滴钙红指示剂，立刻以稀释10倍的EDTA溶液滴定至指示剂由紫红色变蓝为止。〔三〕计算x=mT×〔V-V0〕×f×100x：试样中钙含量，mg/100g；T：EDTA滴定度，mg/mL；V：滴定试样时所用EDTA的量，mL；V0：滴定空白时所用EDTA的量，mL；f：试样稀释倍数；m：试样质量，g。〔四〕阐明试样制备过程应特别留意防止各种污染。所用设备如电磨、绞肉机、均浆器、打碎机等必需是不锈钢制品。所用容器必需运用玻璃或聚乙烯制品。鲜样用自来水冲洗干净后，还要用去离子水充分洗净。干粉类试样取样后立刻装容器密封保管，防止空气中的灰尘和水分污染。三、铁的测定——邻菲罗啉法铁是人体必需的微量元素，是人体内血红蛋白和肌红蛋白的组成成分，参与了血液中氧的运输作用，又能促进脂肪氧化。中国营养学会引荐成年男子12mg/d，女子18mg/d。铁缺乏会引起低色素性贫血和血浆程度低下等病症，铁过量会引起血红症等疾病。肉、蛋、肝脏和果蔬中均含有丰富的铁。食品在储存过程中常由于污染了大量铁而使之产生金属味，色泽加深并导致食品中脂肪氧化和维生素D分解，呵斥食品质量降低，影响食品风味，所以食品中铁的测定不但具有卫生意义而且具有营养学意义。〔一〕原理邻菲罗啉亦称邻二氮菲，在酸性条件下能与Fe2+作用生成橙红色络合离子，在510nm波长下有最大吸收，其颜色强度与铁离子含量成正比。〔二〕实验步骤⒈丈量波长的选择：用吸管汲取铁规范溶液，注入比色管中，参与盐酸羟胺溶液〔？〕，摇匀，参与邻二氮菲溶液，溶液〔？〕，以水稀释至刻度。采用试剂溶液为参比溶液，在440~560nm间，每隔10nm丈量一次吸光度〔在最大吸收波优点，每隔2nm〕，选择丈量的适宜波长。加盐酸羟胺的目的：铁常以Fe2+和Fe3+的混合方式存在，Fe3+能与邻菲罗啉生成淡蓝色配合物，而Fe2+与邻菲罗啉生成稳定的桔红色配合物，络合更为完全，所以在参与显色剂之前，应在酸性溶液中参与盐酸羟胺将Fe3+复原为Fe2+，消除强氧化剂的影响，再进展铁总量的测定。添加NaAc溶液的目的：调整反响液pH值至酸性。2.显色剂用量的选择：在6支比色管中各参与铁规范溶液和盐酸羟胺溶液，摇匀。分别参与0.1,0.5,1.0,2.0,3.0及4.0mL0.15%邻菲罗啉溶液，5.0mLNaAc溶液，以水稀释至刻度，摇匀。采用试剂溶液为参比溶液，测吸光度。以邻菲罗啉溶液体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度-试剂用量曲线，从而确定最正确显色剂用量。3.铁含量的测定〔1〕规范曲线的制造：分别往6支比色管中参与0.0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0mL100µg/mL铁规范溶液，再参与盐酸羟胺，邻菲罗啉和NaAc，以水稀释至刻度，摇匀。以试剂空白为参比，在512nm处测吸光度A。〔2〕试样测定：准确汲取适量样品三份，按规范曲线的操作步骤，测定吸光度。〔三〕实验结果与分析1.丈量波长的选择波长(nm)480490492494496498吸光度A0.34780.36450.36860.37680.37680.3788波长(nm)500502504506508510吸光度A0.38090.38720.39790.38620.38720.4001波长(nm)512514516518520530吸光度A0.40670.40340.40010.39790.38820.31882.显色剂用量的测定：〔λ=512nm〕邻菲罗啉的体积(mL)0.100.501.002.003.004.00吸光度A0.07010.29160.43890.4450.44250.43423.食品中铁含量的测定〔1〕规范曲线的制备铁标液体积(mL)

00.20.40.60.81.0铁浓度(μg/mL)

00.40.81.21.62.0吸光度A

00.07060.17850.23810.38620.4191据上面数据，作得规范曲线为y=0.2216×x-0.0061，R2=0.98。〔2〕试样的测定把y=0.0851,0.1244代入规范曲线方程y=0.2216×x-0.0061，得到x=0.4116,0.5889，即样品中铁的含量为0.4116µg/mL,0.5889µg/mL。未知样标号12样品液的体积(mL)1.01.5吸光度A0.08510.1244样品中铁的含量(µg/mL)0.41160.5889结论：经过实验数据可知，最适宜波长为512nm；邻菲罗啉(0.15%)的适宜用量为2mL；最终由规范曲线得样品中铁的含量为0.5µg/mL。〔四〕阐明强氧化剂、氰化物、亚硝酸盐、焦磷酸盐、偏聚磷酸盐及某些重金属离子会干扰测定。经加酸煮沸可将氰化物及亚硝酸盐除去，并使焦磷酸盐、偏聚磷酸盐转化为正磷酸盐以减轻干扰。3.水样有底色，可用不加邻菲罗啉的试液作参比，对水样的底色进展校正。4.邻菲罗啉能与其中某些金属离子构成有色络合物而干扰测定，但在乙酸-乙酸铵缓冲溶液中，不大于铁含量10倍的铜、锌、钴、铬及小于2mg/L的镍，不干扰测定。当含量再高时，可参与过量显色剂予以消除。汞、镉、银等能与邻菲罗啉构成沉淀，含量低时，可参与过量邻菲罗啉来消除；含量高时，可将沉淀过滤除去。四、碘的测定——氯仿萃取比色法碘是人体必需的微量元素之一，是人体内甲状腺球蛋白、甲状腺素的重要组成成分。甲状腺素能可以调理体内新陈代谢，促进身体的生长发育，是人体正常安康生长必不可少的激素之一。人体对碘的日需求量为100~150µg。身体缺碘时，会发生甲状腺肿大，甲状腺素的合成减少甚至缺乏，可使人产生呆小症。食品中碘含量最丰富的是海产品，如海带、紫菜、海参等。〔一〕原理样品在碱性条件下灰化，碘被有机物复原成I-，I-与碱金属离子结合成碘化物，碘化物在酸性条件下与重铬酸钾作用，定量析出碘。当用氯仿萃取时，碘溶于氯仿中呈粉红色，当碘含量低时，颜色深浅与碘含量成正比，故可以比色测定。Cr2O72-+6I-+14HI→2Cr3++10I2+7H2O〔二〕实验步骤1.样品处置：准确称取样品于坩埚中，参与KOH溶液〔？〕，烘干，电炉上碳化，然后移入高温炉中，在460~500℃下灰化至呈白色灰烬。取出冷却后加水，加热溶解，过滤，用热水分次洗涤坩埚和滤纸，洗液并入容量瓶中，以水定容至刻度。2.规范曲线绘制：准确汲取10µg/mL碘规范溶液0.0,2.0,4.0,6.0,8.0,10.0mL分别置于分液漏斗中，加水至总体积为40mL，参与浓H2SO4，重铬酸钾溶液，摇匀后静置30min，参与氯仿，振摇1min，静置分层后经过棉花将氯仿层过滤至比色皿中，在510nm波优点测定吸光度，绘制规范曲线。3.样品测定：根据样品含碘量高低，汲取数毫升样液置于分液漏斗中，以下步骤按规范曲线制造进展，测定样液吸光度，在规范曲线上查出相应的碘含量〔µg〕。〔三〕计算碘含量〔µg/100g〕=×100m×Vm1×V0m1：在规范曲线上查得的测定用样液中的碘量，µg；V0：样液总体积，mL；m：样质量量，g；V：测定时汲取样液的体积，mL。〔四〕阐明1.灰化样品时，参与KOH的作用是使碘构成难挥发的碘化钾，防止碘在高温灰化时挥发损失。2.样品灰化后一定要用热水分数次洗涤并过滤，防止碘的损失。3.本法操作简便，显色稳定，重现性好。六、铅的测定——双硫腙比色法〔一〕原理在参与掩蔽剂后，调理pH为8.5~9.0，铅离子可与双硫腙构成可溶于三氯甲烷的红色双硫腙铅，根据三氯甲烷呈现颜色与规范比色，510mm处测定。〔二〕操作步骤吸收适量样液于分液漏斗中→加适量柠檬酸铵、盐酸羟胺、酚红指示剂→用浓氨水调pH为8.5~9.0→加适量氰化钾→摇匀→加适量双硫腙氯仿运用液→摇动后分层→将氯仿层放入干净的比色管中→510nm测定吸光度→从规范曲线上查出相应铅含量。〔三〕阐明1.KCN是剧毒药品，操作时不能用嘴吸，运用后要洗手，且不能与酸接触以防产生氰化氢气体而中毒。向浓KCN溶液中参与NaOH和硫酸亚铁使它生成氰氢化钾，可降低KCN的毒性。〔三〕阐明2.采用双硫腙法测Pb，干扰离子有Fe3+、Sn4+、Cu2+、Cd2+、Zn2+等。参与盐酸羟胺使Fe3+→Fe2+，可防止因Fe3++3CN-→Fe(CN)3高铁氰化物，氧化双硫腙。3.加柠檬酸铵的目的是阻止碱性条件下金属离子与碱生成金属离子的氢氧化物。〔三〕阐明4.本法适用于测定天然水和废水中微量铅。测定铅浓度在0.01~0.30mg/L之间。铅浓度高于0.30mg/L，可对样品作适当稀释后再进展测定。七、总砷的测定——银盐法砷广泛存在于自然界，几乎在人类一切食品中都有，各种食品