标准规范文件：第十一章_食品中限量元素的测定

1、第十一章 食品中限量元素的测定,1 概述,存在于食物中的各种元素，从营养学角度 可分为： 必需元素 非必需元素 有害元素,存在于食物中的各种元素，从人体需要量 的多少营养可分为： 常量元素：K、Na、Ca、Mg、P 微量元素,微量元素按其生物学作用可分为： 人体必需的元素 （I、Zn、Se、Fe、Cu、Mu、Cr、Co） 可能必需的元素 （Mn、Si、B、Ne、V、Ni） 具有潜在毒性，在低剂量可能是必需的元素 （F、Pb、Cd、Hg、Se、Al、Sn）,微量元素在机体组织中的作用浓度很低，故从食物中摄入量也很低。浓度与功能形式常局限在一定的范围内，而且有的元素这个范围相当窄。微量元素的功能形

2、式、化学价态、化学形势非常重要。,例如： Fe是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而多了得“血色病”。 Zn影响人的消化与代谢，缺Zn味觉减退，出现厌食，发育不良等，过多会得胃肠炎。（取头发进行测定可知人体内Zn含量情况）。 铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr2O3、Cr(OH)3）。,微量元素和有害元素在食品在食品卫生要求中都有一定的限量规定，从食品分析检测的角度，统称为限量元素。在我国的食品卫生标准中对这类元素的含量有严格的规定。,食品中限量元素的检测方法：,原子吸收分光光度法 溶剂萃取比色法 离子选择电极法 荧光光度法,(1)原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、简

3、便、快速、可同时测定多中元素。 (2)比色法：设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。 (3)另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。 （极谱法光学分析的一种，让电流通过溶液，然后增加电压，由电流变化情况来进行定量、定性分析。如：小型极谱仪，可用来自动监测自来水中限量元素的含量，实验操作全都自动化，每隔12min记录一次水样中Cu、Pb、Cd、Zn的含量。,2 元素的提取与分离,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，要测定这些元素先要做两件事： 用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失待测的成分为原则。 破坏掉有机物后的样液中，多数情况下

4、是待测元素浓度很低，另外还有其它元素的干扰，所以要浓缩和除去干扰。,浓缩与分离处理方法应根据最后所采用的测定方法而定。例： 比色法测定， 用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。 原子吸收分光光度法， 测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。,一、螯合萃取原理,1. 样品溶液： 金属离子+螯合剂=金属螯合物（金属螯合物溶于有机溶剂，如果有色可进行比色测定） 有机相 水+其它组成 水相,2. 此法为液液溶剂萃取法。 优点： 较高的灵敏度，选择性，分离效果好，设备简单，操作快速。 缺点： 工

5、作量较大，耗用试剂，溶剂较高，有的易挥发，易燃，有毒等。,（一）螯合反应与亲水性,金属离子在未成螯合物之前，受水分子极性 作用，以水合离子形式存在，为亲水性，难溶于 有机溶剂，故不好直接用有机溶剂萃取。 选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏 水性的金属螯合物，然后再萃取。 物质能否有亲水性，主要看其是否能与水子 形成氢键。,金属离子在未成螯合物之前，受水分子极性作用，以水合离子形式存在，为亲水性，难溶于有机溶剂，故不好直接用有机溶剂萃取。 选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏 水性的金属螯合物，然后再萃取。 物质能否有亲水性，主要看其是否能与水子 形成氢键。,氢键（也是一种化学键）。 HO

6、H O 由于“O”电负性强（吸电子云能力），H 与 O 的电子对被强烈吸到“O”一边，H外边几乎没有电子云，与另一分子中“O” （带负电）产生了静电吸引，即氢键。 电负性 O N S、Cl 羰基 + 羟胺基 肟 C O + N-OH C N-OH,（二）萃取分离的基本原理,分配系数 PD、KD 萃取时，有两相互不相溶，一相为水相，一 相为有机相，物质A 在两相中存在量不同。在一 定温度下，分配达到平衡。A在两相中活度比不 再变，即PD，KD为常数。 PDA = A有/A水 浓度很低时，用浓度代替活度 KD = A有 / A水,2.分配比,D = C有 / C水 C有溶质在有机相中聚合、络合等总

7、浓度 C水溶质在水相中聚合、络合、水解的总浓度,3.萃取百分率 E,表示萃取的完全程度 E =（被萃取物在有机相中的总量 / 被萃取物的总量）,E= C有V有/（C水V水+ C有V有） 上下同除以C水， =（C有/C水）V有/ （V水+ C有/ C水V有） 因为C有/ C水=D = D V有/（V水+ D V有） = D /（V水/ V有 + D）,（三）萃取平衡与条件,1、常用的螯合剂 实际应用的，目前已达100多种， 食品分析中常用的： 双硫腙（HDZ）、 二乙基二硫代甲酸钠（NaDDTC）、 丁二酮肟、 铜铁试剂 CuP （N亚硝基苯胲铵） 这些螯合剂与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，

8、难溶于 水，易溶于有机溶剂，许多带有颜色可直接比色。,2、金属螯合物的萃取平衡 用有机溶剂萃取金属螯合物，金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关，当其他因素固定下来以后，金属分配率与pH有关。,3、影响分配比值的几个因素： （1）螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。 （2）pH的影响：pH 越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。 要正确控制溶液的酸度,对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。 例：Zn2+的最适宜pH为6.510。,(3)萃取溶剂的选择： 溶剂是否有利于萃取的分离主要取决于它们的物理性质和化学性质。 一般尽量采用惰性溶剂，避免产生

9、副反应。 根据螯合物的结构，由相似相溶原理来选： 含烷基螯合物选卤代烃（CCl4、CHCl3等）， 含芳香基螯合物选芳香烃（苯、甲苯等） 溶剂的相对密度与溶液差别要大、粘度小。 无毒。无特殊气体、挥发性较小。,4干扰离子的消除 一种螯合剂往往同时和几种金属离子形成螯合物，控制条件可有选择地只萃取一种离子或连续萃取几种离子，使之相互分离。 控制酸度 控制溶液的pH值 使用掩蔽剂,例： KCN 可掩蔽 Zn2+、Cu2+ 柠檬酸铵可掩蔽 Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+ EDTA可以掩蔽除 Hg2+、Au2+ 以外许多金属 离子。,掩蔽剂的使用与溶液pH有关 例： 碱性液+氰化物 掩蔽 Pb

10、、Sn2+、Ti、Bi 弱酸性液+氰化物 掩蔽 Pb、Hg、Ag、Cu,3 几种重金属离子含量的测定,一、双硫腙比色法测 Pb、Zn、Cd、Hg的含量 （一）双硫腙的性质 名称、结构式、性质 腙 羰基 + 肼（NH2NH2） （二）双硫腙与金属离子的反应 在酸性溶液中并有过量双硫腙存在时生成单取代双硫腙盐，即1个双硫腙分子中有1个H原子被金属离子所取代，二价金属离子则同时与2个双硫腙分子反应。,在碱性溶液中或双硫腙量不足时、生成二代（双取代）双硫腙盐，即1个双硫腙分子中有个H原子同时被金属离子所取代。 双硫腙盐的萃取性能，主要决定于水相中的pH值和双硫腙试剂的浓度。 某些金属离子有氧化双硫腙的

11、性质，在水溶液中加入盐酸羟胺，可阻止氧化作用。,（三）双硫腙的三氯甲烷或四氯化碳溶液，在光的作用或高温下很快氧化成为黄色化合物。故应置冰箱保存。,(四)双硫腙比色法测定食品中铅、锌、镉、汞的含量,1.铅的测定（Pb） 铅用于选矿、冶炼、电镀等工业，制四乙基铅加到汽油中，提高辛烷值，提高“号”，增加抗爆震能力。但由于环境污染，现国家已禁用。改用无水乙醇汽油。反应缶涂有铅的涂层、陶瓷、搪瓷的釉药。 食品罐头马口铁焊锡中铅含量达40-60%，有时会溶于食品中形成污染。会引起中毒。含铅“松花蛋”。,离地面1m处空气铅浓度是1.5m处的16倍，儿童受害，2000年8月调查北京、广州城市儿童铅高率达80%

12、左右。验头发。 铅能与许多有机试剂生成带有颜色的化合物，常用来比色测定的还是双硫腙。,（1）双硫腙法 原理： 在碱性（pH值在9左右）溶剂中，Pb2+ 双硫腙 形成红色络合物，溶于氯仿或CCl4中，红色深浅与 铅离子浓度成正比，比色测定。 测定前要加盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵掩蔽 铁、铜、锡、镉等离子。,测定步骤： （1）用铅标准溶液（1ug/ml）标定双硫腙溶液 铅标准溶液：用HNO3来溶解Pb(NO3). 双硫腙溶液：0.001%（溶于CCl4 ）。 （2）测定样品：粉碎、消化、定容（用蒸馏水）、测定，再根据所用双硫腙量计算样品中铅含量。,注意： 双硫腙法用氰化钾作掩蔽剂，不要任意增加浓度

13、和用量以免干扰铅的测定。 氰化钾，剧毒，不能用手接触，必须在溶液调至碱性再加入。废的氰化钾溶液应加NaOH和FeSO4(亚铁)，使其变成亚铁氰化钾再倒掉。 如果样品中含Ca、Mg的磷酸盐时，不要加柠檬酸铵，避免生成沉淀带走使铅损失。,样品中含锡量150mg时，要设法让其变成溴化锡，而蒸发除去，以免产生偏锡酸而使铅丢失。 测铅要用硬质玻璃皿，提前用1-10% HNO3浸泡，再用水冲洗干净。,（2）原子吸收分光光度法 这是国标中第一方法。 灵敏度高，可用来测定含量 0.01% 痕量铅。,GB/T 5009.122003 食品中铅铅的测定 1.石墨炉原子吸收光谱法 2.氢化物原子荧光光谱法 3.火焰

14、原子吸收光谱法 4.二硫腙比色法 5.单扫描极谱法,2、锌的测定 锌用在电镀、造纸、机械和自来水的制造等 工业中应用，镀锌厂的废水，采用镀锌铁的容器 包装食品，特别是酸性饮料，易沾有锌。 金属锌本身无害。锌化合物可引起急性肠 炎、肾损害，特别是氯化锌3-5g可导致死亡。,（1）双硫腙比色法,原理： 在pH 4.5-5.0,锌离子与双硫腙生成红色络合物，此络合物溶于CCl4 ，其它金属离子靠加入硫代硫酸钠、盐酸羟胺溶液和pH值的控制。,说明： （1）锌标准曲线重现性差，平行作1-2份标准锌，以进行校正。 （2）硫代硫酸钠不能任意增加，因为它也是络合物。 （3）本法灵敏度较高，必须严格控制pH值，

15、 同时所用水应为无锌水，经阴、阳离子交换树脂纯化。器皿也先用硝酸溶液洗涤，然后再用无离子水冲洗干净。,2、原子吸收分光光度法 样品处理后，导入原子吸收分光光度计中，原子化后，吸收213.8 nm共振线，其吸收量与Zn量成正比。 锌标准溶液：精称金属锌（99.99%），溶于HCl中。,3、镉的测定（Cd),镉用于治金、电镀、颜料、原子工 业、农药等，生活用水，因使用镀锌、塑 料管中镉的污染经消化道、呼吸道进入人 体，损害人的肾、肝，易引起“骨痛病”。,国标有四种方法： 第一法：石墨炉原子吸收光谱法 原理： 酸性溶液中，镉离子与碘离子形成络合物，并经4-甲基戊酮2萃取分离，导入原子吸收仪中，原子化

16、后，吸收228.8nm共振线，与标准系列比较定量。镉标准溶液：用金属镉溶于HCL中加 HNO3+H2O稀释。,第二法：原子吸收分光光度法 原理： 样品经消化处理后，在pH6左右的溶液中，镉离子与双硫腙形成络合物，并经碘化钾4-甲基戊酮2或乙酸乙酯萃取分离，导入原子吸收仪中。 第三法：比色法 第四法：原子荧光法,4、汞的测定 汞多用于电气仪器及设备、电解食盐、农药等等。工业自动化越发展，汞的用量越大，环境污染就越严重。污染严重的日本、瑞典40ug/人 天摄入，其它国家10 ug/人天， FAO/WHO规定34 ug/人天， 中国食品汞允许量（mg/kg） 粮食 0.02 禽肉蛋 0.05 水产

17、0.3 牛乳 0.01 蔬菜水果 0.01 植物油 0.05,汞挥发性强，气态汞被人呼吸进入肺部，大部分进入红血球中；进入消化道；接触或皮肤吸收进入体内。 汞对中枢神经损害， 汞蒸汽中毒：兴奋亢进、易怒、健忘失眠。 汞急性中毒：恶心、呕吐、腹痛、肾损害、 死亡。 有机汞毒性更强，特别是甲基汞： 使人感官失调、视野缩小、头发损伤、各机群间共济失调。,（1）比色法,原理： 双硫腙氯仿溶液与样品中汞离子在酸性条件下生成双硫腙汞，在氯仿溶液中呈橙黄色，颜色深浅与汞离子浓度成正比。,（2）测汞仪法（冷离子吸收) （3）甲基汞测定： 薄层层析分离 气相色谱法,另：分离测定痕量汞时要注意试剂、滤纸、橡皮管上

18、可能含有少量汞。,汞若洒在地上，应马上用吸尘器或用洗耳 球吸除干净，或用脱汞剂去除。 （1）硫磺粉 （2）20%FeCl2溶液 （3）矿物油+含有粉末硫、碘的水乳浊液 （4）盐酸酸化的10%KMnO4溶液。,二、其他比色法测定锡、铜、铬的含量 选用比双硫腙专用性更强的螯合剂进行测定。 （一）锡的测定 除了工业污染外，罐头食品中镀锡马口 铁有时被内容物侵蚀，产生了溶锡现象，还 有的因焊锡涂布不牢而溶锡，有机锡毒性很 大，如锡化氢SnH4。,苯芴酮比色法,样品消化后，在弱酸性介质中，四价锡离子与苯芴酮生成的橙红色胶体颗粒络合物，在动物胶存在下不聚集，可比色定量。 加抗坏血酸、酒石酸作掩蔽剂，排除铁

19、离子干扰。,（二）铜的测定,铜在工业广泛应用，铜的化合物作为杀虫剂、杀菌剂和消毒剂等。食品加工中由于使用铜器而易于受污染，铜是人体所必须的微量元素，但过量在人体积累中毒可引起肝肾障碍，甚至死亡。经“食物链”进入人体。 二乙胺基二硫代氨基甲酸钠比色法，常用的方法，可检出2.5 ppm。,原理： 样品经消化后，在碱性溶液中（pH9- 11）铜离子与二乙基二硫代氨基甲酸钠 （NaDDTC）生成棕黄色络合物，溶于四 氯化碳，与标准系列比较定量。,（三）铬的测定 铬用于印染、电镀、制革工业中。主要是6价铬对人体造成危害。 测定方法： ： C6H5NH-NH C=O C6H5NH-NH,二苯碳酰二肼比色法

20、 原理： 在消化液中加KMnO4，将铬氧化成 铬酸，在酸性溶液中，铬酸变为重铬酸， 再遇二苯胺基脲，溶液由黄色变为紫色。,注意： 1) 用重铬酸钾溶于水制标准样液。 2) 二苯碳酸二肼用丙酮溶解，不稳定，临用时配置。 3) 此法测出的是6价铬与3价Cr的总量。 4)所用仪器不能用重铬酸钾洗液洗涤。要排除铁的干扰，可用铜铁试剂处理（二乙基硫代氨甲酸钠）,4、砷、硒、氟的测定,一、砷的测定 砷广泛存在于自然界，几乎在人类所有食品中都有，各种食品及饮水中允许含量，各国都有规定。,（一）银盐法 1、原理： 样品消化后，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AsH3，

21、再 与二乙氨基二硫代甲酸银作用，在有机碱（三乙醇胺） 存在下，生成棕红色胶态银，进行比色测定。在生成 AsH3过程中，有H2S，会干扰测定，可用浸泡过醋酸铅 的棉花来排除H2S的干扰。,2、 仪器：如图 左边为AsH3发生器，里边放： 样品消化液、HCl、KI、 SnCl2, Zn粒。 横管中有Pb(AC)2 吸收H2S。 右边为AgDDC吸收管。,（二）砷斑法（古蔡氏法）,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，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。,2、如图装置 3、操作：用标准As2O3液，让溴化汞试纸成

22、一系列不同颜色的标准色斑，为保存时间长一些，可用油画颜料画出标准色斑，在暗处保存。,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，如果失变黑再褪去为砷，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。 加：AS2O3剧毒，AsH3及HgBr2极毒，要在通风橱内进行，实验后妥善处理。,二、硒的测定,二、硒的测定 硒是介于金属与非金属之间的氧族稀有而分散的非金属化学元素。经过科学家多年的研究发现，人体健康与硒密