第十二章 食品限量元素

第十二章食品限量元素第1页，课件共45页，创作于2023年2月微量元素的特点：（1）在机体组织中的作用浓度很低，往往以ppm或ppb的含量来描述。（2）有限量标准，如人体对硒的每日安全摄入量为50～200μg。（3）功能受化学形式影响：如Cr6+有害，而Cr3+有益。限量元素：按食品卫生的要求有一定限量规定的元素，包括：必需微量元素及有害元元素。第2页，课件共45页，创作于2023年2月表13－1食物中几种元素的限量卫生标准元素食品品种指标（mg/Kg）汞GB2762-1994粮食（成品粮）薯类（土豆、白薯）蔬菜、水果、牛乳肉、蛋（去壳）鱼、其他水产品≤0.02≤0.01≤0.05≤0.3其中甲基汞≤0.2砷（以As计）GB14935－1994粮食海水鱼（鲜重计）贝类、甲壳类、其他海类产品≤0.7≤0.5≤1.0铅（以Ph计）GB14935－1994粮食豆类蔬菜、水果、蛋类肉类、鱼虾类食盐、味精、酱油、食醋、酱腌菜≤0.4≤0.8≤0.2≤0.5≤1.0镉（以Cd计）GB15201－1994大米面粉蔬菜、杂粮（玉米、小米、高梁、薯类）蛋水果肉、鱼≤0.2≤0.1≤0.05≤0.03≤0.1铁（以Fe计）GB15200－1994食用油、植物性罐头食品果汁饮料、果酱酱油、动物性罐头食品啤酒≤20≤15≤70≤5硒（以Se计）GB13105－1991粮食（成品粮）、豆类及制品肉类（畜、禽）、蛋类鱼类肾奶粉≤0.3≤0.5≤1.0≤3.0≤0.15

第3页，课件共45页，创作于2023年2月食品中限量元素的检测方法食物中常见的矿物质约有20余种，本章着重介绍食物中常见的或食物卫生标准规定检验的限量元素。食品中限量元素的检测方法：原子吸收分光光度计法溶剂萃取比色法荧光光度法

离子选择电极法第4页，课件共45页，创作于2023年2月原子吸收分光光度法的原理基本原理原子吸收光谱法的基本原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品的原子蒸汽时，被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相关，由此可得出样品中待测元素的含量。它的基本点是“基态自由原子可以吸收特定波长的光”。自1954年世界上第一台原子吸收分光光度计问世以来，它的研制与应用得到了飞速发展。已广泛用于地质、冶金、环境保护、食品卫生检测等多种部门的许多领域。由于该法具有其它方法难以比拟的独到优点，故在最新颁布的国家标准食品卫生检测方法中，常被列作第一法。第5页，课件共45页，创作于2023年2月原子吸收分光光度计的组成系统1.仪器的组成原子吸收分光光度计由四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。（1）光源光源的作用是发射待测元素的特征谱线（一般是共振线，基态到第一激发态）。半宽小、高强度、低背景的光源是取得良好分析效果的基础。目前最常用的光源是空心阴极灯（HCl）：空心阴极灯的阴极由高纯待测金属制成，当在外加电源作用下惰性气体被电离，其中阳离子飞向阴极，阴极的原子受激产生出窄而强的该元素特征谱线，由灯头前面的石英窗射出。市面上可买到大约40种金属元素的空心阴极灯。

图：空心阴极灯结构图

1－阳极，2－石英窗，3－气体（Ar或Ne），4－空心阴极，5－玻璃封套

第6页，课件共45页，创作于2023年2月（2）原子化器原子化器的作用是将样品中的元素转化为自由态原子蒸气，并处于基态。火焰原子化器包括雾化器、雾化室和燃烧器三个部分。样品溶液经雾化器喷成细雾状，进入雾化室经撞击球的作用后形成稳定的小雾滴，借助于助燃气可使溶液样品形成气溶胶，然后气溶胶与燃气混合，点火引起燃烧，最终获得一个稳定火焰吸收层。常用的火焰有空气－乙炔和氧化亚氮（N2O）－乙炔火焰。燃烧器通常为一条5～10cm的缝槽状。由于火焰原子化法的原子化程度较低，且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，石墨炉原子化法是理想的选择

电热原子化器（ETA）是采用电热难熔材料（石墨）作为原子化器，样品在其中高温熔融，可获得瞬态自由原子。

ETA的优点是自由原子滞留时间较长、加热时间短、操作简单、成本低、抗氧化能力强、使用寿命长等。第7页，课件共45页，创作于2023年2月（3）分光系统分光系统包括单色器和外光路两部分，其核心部件为单色器，包括入射狭缝、准直光镜色散元件、成像物镜和出口狭缝等。国内外仪器普遍采用光栅作为色散元件。仪器的光路系统有单光束和双光束两种类型，后者可以消除由于光源不稳定引起的漂移，并可降低信噪比。第8页，课件共45页，创作于2023年2月（4）检测器检测系统包括检测器、放大器和读数显示器等。光电倍增管使用最普遍，光二极管（约有60多个光二极管）是一种新型的固体检测器，正被一些新型仪器所采用。第9页，课件共45页，创作于2023年2月铁、铜、锰、镁、锌的测定

我国国家标准规定了食物中这五种金属含量的测定方法均采用原子吸收分光光度法（详见GB12396-90，GB/T5009.13-1996，GB/T5009.14-1996）。样品用湿法消化（硝酸、高氯酸4：1混合液）制成试样溶液，按照仪器说明书，调节仪器狭缝，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。第10页，课件共45页，创作于2023年2月第11页，课件共45页，创作于2023年2月铁、铜、锰、锌、镁原子吸收分光光度法测定参数第12页，课件共45页，创作于2023年2月以标准曲线法进行定量计算：X=[(C－C0)v×f×100]/[m×1000]式中：X－样品中元素的含量，mg/100g；第13页，课件共45页，创作于2023年2月（四）铅、镉、铬的测定（石墨炉原子化法）由于火焰原子化法的原子化程度较低，且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，石墨炉原子化法是理想的选择。样品经消解（可选用干法灰化、压力消解法、常压湿法消化、微波消解法中的任何一种方法）后，制成供试样液，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。第14页，课件共45页，创作于2023年2月铅、铬、镉无火焰原子吸收法测定参数第15页，课件共45页，创作于2023年2月（五）最佳条件选择

原子吸收法具有灵敏度高，选择性好的优点，但在应用中也受到了许多因素的制约，除了仪器本身的性能影响之外，操作条件的选择也非常重要，只有选择合适的测定参数，使仪器处于最佳工作状态，才能得出优良的分析结果。实际操作时，应根据仪器说明书，以及下列条件，选择合适的测定参数。第16页，课件共45页，创作于2023年2月

矿物质元素的分离与浓缩

1，金属元素一般以金属有机化合物的形式存在于食品中，

2，有机物质破坏----分离------浓缩----检测。

3，分离------浓缩最主要的方法是金属鳌合物溶剂萃取法。

鳌合萃取原理金属离子先与鳌合剂生成金属鳌合物，然后利用与水不相溶的有机溶剂同试液一起振荡，金属鳌合物进入有机相，另一些组分仍留在水相中，从而达到提取分离的目的，这个方法称为液－液溶剂萃取法。鳌合物当金属离子与可提供二个或二个以上配位键的络合剂起反应，生成二个或二个以上环状结构的络合物，称为鳌合物。鳌合物的环通常为五元环或六元环，结构比较稳定，溶于有机溶剂，而不溶于水。亲水性的原理：

依据破坏或形成氢键的能力，（离子>含氧基团>含氮基团>含硫基团>烃类）金属鳌合物溶剂萃取法提取与分离元素第17页，课件共45页，创作于2023年2月溶剂萃取比色法具有较高的灵敏度和选择性，设备简单，至今仍被选作国标法中金属离子含量测定的第二法或第三法（如铅、铜、锌、镉、汞等）。

缺点是工作量大，耗用试剂、溶剂较多。第18页，课件共45页，创作于2023年2月砷斑法测定砷的原理及步骤砷斑法（古蔡氏法）1.原理样品经强酸消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，再与溴化汞试纸生成黄色至橙色的色斑，与标准砷斑比较定量。AsH3+3HgBr2→As(HgBr)3+3HBr2As(HgBr)3+AsH3→3AsH(HgBr)2（黄褐色）As(HgBr)3+AsH3→3HBr+As2Hg3（棕色）2.步骤(消化-还原-氢化-显色)第19页，课件共45页，创作于2023年2月消化样品用过氯酸－硝酸法消化或硝酸－硫酸法消化。称取样品5克置250ml凯氏烧瓶中,加水10ml过氯酸硝酸混合液20ml用小火加热至反应不缓合时，停火，放冷后自瓶壁缓缓加入硫酸10ml，继续加热，并不断补充过氯酸硝酸混合物，每次1ml，直到有机物完全破坏，溶液澄明无色——加水25ml——煮沸——放冷——加草酸铵饱和液15ml、水20ml——煮沸——放冷加100ml容量瓶中。样品也可用灰化法处理，加氧化镁和硝酸镁助灰化。第20页，课件共45页，创作于2023年2月测定取消化液20ml，加5ml碘化钾溶液（150g/l），5滴酸性氯化亚锡溶液及5ml盐酸（样品如用湿法消化，则要减去样品中硫酸毫升数），再加适量水至35ml。于测砷瓶中加10颗锌粒，立即塞上预先装有乙酸铅棉花及溴化汞试纸的测砷管（如图13－5），于25℃放置1h，取出溴化汞试纸，将样品及试剂空白与标准砷斑比较。同时做空白。第21页，课件共45页，创作于2023年2月标准砷斑的制备

精确吸取三氧化二砷标准液（1mg/1ml)0.5、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0ml，分别置于测砷瓶中，各加入KI液5ml、酸性氯化亚锡溶液5滴及盐酸5ml，加水至35ml，以下操作同上。同时作试剂空白。第22页，课件共45页，创作于2023年2月计算砷含量（mg/kg,AS2O3)X=[m1－m0]×1000/[m2×V2/V1×1000]式中：x——样品中砷的含量，mg/kg或mg/L；m1——测定用样品消化液中砷的质量，ug；m0——试剂空白液中砷的质量，ug；m2——样品质量（体积），g(mL)；V1——样品消化液的总体积，mL；V2——测定用样品消化液的体积，mL。第23页，课件共45页，创作于2023年2月5．讨论（1）H2S对本法有干扰，遇溴化汞试纸亦会产生色斑。乙酸铅棉花应松紧合适，能顺利透过气体又能除尽H2S。（2）锑、磷等都能使溴化汞试纸显色，鉴别方法是采用氨蒸熏黄色斑，如果先变黑再褪去为砷，不变时为磷，变黑时为锑。（3）同一批测定用的溴化汞试纸的纸质必须一致，否则因疏密不同而影响色斑深度。制作时应避免手接触到纸，晾干后贮于棕色试剂瓶内。第24页，课件共45页，创作于2023年2月（4）硝酸硫酸法或硝酸过氯酸法在破坏有机质时，注意不要无加硫酸，因为加硫酸样品即脱水碳化，使破坏处理困难。（5）试剂常有微量砷，因此必须用同量试剂以同样操作进行空白试验，以校正测定结果。（6）本法可以检测无机砷和有机砷化合物。（7）三氧化二砷有剧毒，使用时必须谨慎，切勿用嘴吸取。（8）本法选自GB/T5009.11-1996中的第二法，最低检出浓度为0.25mg/kg。第25页，课件共45页，创作于2023年2月银盐法1.原理样品经消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，通过用乙酸铅溶液浸泡的棉花去除硫化氢的干扰，然后与溶于三乙醇胺——三氯甲烷的二乙基二硫代氨基甲酸银(AgDDC)作用，生成棕红色胶态银，比色定量。反应式如下：H3AsO4+2KI+2HCl=H3AsO3+I2+2KCl+H2OH3AsO4+SnCl2+2HCl=H3AsO3+SnCl4+H2OH3AsO3+3Zn+6HCl=AsH3+3ZnCl2+3H2O砷化氢被Ag-DDC溶液吸收，并且在有机碱（三乙醇胺）存在下，生成棕红色胶态银：AsH3+6Ag(DDC)=6Ag+As(DDC)3+3HDDCNR3+HDDC=(NR3H)(DDC)第26页，课件共45页，创作于2023年2月2．测定步骤样品用硫酸－高氯酸－硝酸法消化或硝酸－硫酸法消化，消化液加适量水煮沸，除尽残余的硝酸后定容至50mL或100mL，控制定容后的溶液每10mL相当于1g样品。样品也可用灰化法处理，加氧化镁和硝酸镁助灰化，残渣用6mol/L盐酸溶解后定容，控制定容后的溶液每10mL相当于1g样品。第27页，课件共45页，创作于2023年2月吸取0.0，2.0，4.0，6.0，8.0，10.0mL砷标准液（相当0，2，4，6，8，10ug砷），分别置于150mL锥形瓶中，加水至40mL，再加盐酸5ml、碘化钾溶液2ml及8滴氯化亚锡溶液，并静置15分钟以上。以下步骤同样品测定。分别测其吸光度绘制曲线。吸取一定量的硝酸－高氯酸－硫酸或硝酸－硫酸消化后的定容液（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50mL。第28页，课件共45页，创作于2023年2月对于干法消化的定容溶液（相当于5g样品），试剂空白液以及砷标准系列溶液，分别置于150mL锥形瓶中，加水至43.5mL，再加6.5mL浓盐酸。第29页，课件共45页，创作于2023年2月

于样品消化液、试剂空白液各加5ml盐酸、5ml碘化钾溶液150g/L，8滴氯化亚锡溶液，混匀，静置15min。各加入3g锌粒，立即分别塞上装有乙酸铅棉花的导气管，并使管尖端插入盛有4mLAgDDC溶液的离心管液面下(如图13－4)，在常温下反应45min后，取下离心管，加氯仿补足至4mL，用20mm比色杯，以二乙基二氨基甲酸银-马钱子碱-氯仿溶液作对照，于波长520nm处测吸光度，绘制标准曲线。第30页，课件共45页，创作于2023年2月3．计算X=[m1－m0]×1000/[m2×V2/V1×1000]式中：x——样品中砷的含量，mg/kg或mg/L；m1——测定用样品消化液中砷的质量，ug；m0——试剂空白液中砷的质量，ug；m2——样品质量（体积），g(mL)；V1——样品消化液的总体积，mL；V2——测定用样品消化液的体积，mL。第31页，课件共45页，创作于2023年2月4．讨论（1）砷化氢的吸收液由AgDDC、有机碱和溶剂组成，原先的方法是将AgDDC溶于吡啶中，吡啶既是溶剂又是有机碱，它具有沸点高、灵敏度和重现性好、配置方便等优点，不少标准方法仍推荐使用。但由于毒性及恶臭的原因，也有许多改良的报导，例如用生物碱（如马钱子碱、奎宁、麻黄素等）或其他有机碱（三乙胺、三乙醇胺等）的氯仿溶液作为吸收液。（2）酸的用量对结果有影响，还受锌粒的规格、大小的影响，锌粒也不宜太细，以免反应太激烈。第32页，课件共45页，创作于2023年2月（3）反应温度最好在25℃左右为宜，防止反应过激或过缓。（4）氯化亚锡除起还原作用，可将As5+还原为As3+，并还原反应中生成的碘外，还可在锌粒表面沉积锡层，抑制氢气的生成速度，以及抑制某些元素的干扰，如锑的干扰等。（5）本法选自GB/T5009.11－1996中的第一法。最低检出浓度为0.2mg/kg。第33页，课件共45页，创作于2023年2月其它方法无火焰原子吸收分光光度法是一个较新的测砷方法，它具有操作简便，灵敏度高（最低检测量为0.005ug）的优点。其原理是：食品中的砷经硫酸、硝酸消化为五价砷，用碘化钾－抗坏血酸使As5+还原为As3＋，再经硼氢化钾溶液还原为砷化氢，随即被氮气导入石英原子化器中被原子化，然后在光路中测定砷原子对砷空心阴极灯发射的193.7nm谱线的吸收，用标准曲线法测定含量。第34页，课件共45页，创作于2023年2月二硫腙比色法测定金属元素的方法要点原理:样品消化液中金属离子可用鳌合溶剂萃取法进行提取与分离的原理。如果选择合适的鳌合剂，控制一定的萃取条件（如适当的pH值和掩蔽剂,有机溶剂），所生成的金属鳌合物是有颜色的，则可以吸取有机相直接进行比色测定，这个方法称为溶剂萃取比色法。

二硫腙第35页，课件共45页，创作于2023年2月

二硫腙（Dithizone）的性质:1)溶解特性:二硫腙（Dithizone），蓝黑色结晶粉末，可溶于CHCl3及CCl4中；不溶于水，又不溶于酸，微溶于乙醇，可溶于氨碱性水溶液。2)易氧化:二硫腙在有氧化剂（例如Fe3+、Cu2+等）存在，日光照射下易氧化为二苯硫卡巴二腙,此氧化物不溶于酸性或碱性水溶液，但溶于CHCl3或CCl4中，呈黄色至棕色,不与金属起鳌合反应。市售的二硫腙中常含有此化合物，故使用时必需精制纯化。另外,为了防止样品中的Fe3＋或Cu2+氧化二硫腙，应在水溶液中加入还原剂盐酸羟胺。

二硫腙比色法测定金属元素的方法要点第36页，课件共45页，创作于2023年2月

3)二硫腙与金属离子的反应二硫腙含有活泼的H＋，能以一元酸或二元酸的形式与金属离子反应。大多数金属离子与二硫腙的反应生成单取代二硫腙盐。只有在碱性溶液中或二硫腙用量不足时才可能生成二取代二硫腙盐。

4)二硫腙盐的萃取性能:主要决定于水相中的pH值和二硫腙试剂的浓度。稳定性较高的二硫腙盐，如Pt，Pd，Au，Ag，Hg，Cu等的二硫腙盐，可从强酸性溶液中萃取；Bi、Zn、In、Sn等的二硫腙盐则可以从微酸性溶液中萃取；而Co、Ni、Pb和Cd等的二硫腙盐只能从中性或碱性溶液中萃取。二硫腙比色法测定金属元素的方法要点第37页，课件共45页，创作于2023年2月5)选择性:二硫腙可与许多金属离子起反应，故其选择性不高，但可以通过控制pH值和应用掩蔽剂来提高它的选择性。常用的掩蔽剂有：EDTA，硫氰化物，氰化物，柠檬酸盐和酒石酸盐等。6)比色特性:二硫腙与不同的金属离子所生成的金属鳌合物颜色从紫红色到橙黄色不等，当有机相(如氯仿,四氯化碳)中过量的二硫腙很少时进行比色测定，近似于单色法；一般的情况下有机相中都有过量的二硫腙，此时的比色测定称为混色法，故要求二硫腙使用液的浓度都很低，一般在0.001％～0.0005％（W/V）。二硫腙比色法测定金属元素的方法要点第38页，课件共45页，创作于2023年2月铅含量的测定（1）原理样品经消化后，在pH8.5－9时，铅离子与二硫腙生成红色络合物，可被CHCl3等有机溶剂萃取，颜色的深浅与铅离子浓度成正比。加入盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵等，防止铁、铜、锌等离子干扰，与标准系列比较定量。第39页，课件共45页，创作于2023年2月（2）测定步骤

称取适量样品，用硝酸－硫酸法消化，或灰化后用硝酸溶液溶解，定容至50mL，吸取10.0mL消化液和同量的试剂空白溶液，分别置于12.5mL分液漏斗中，各加水至20mL。吸取0.00，0.10，0.20，0.30，0.40，0.50mL铅标准使用液（相当0、1、2、3、4、5μg铅），分别置于125μL分液漏斗中，各加1％硝酸溶液至20mL。