1、第十一章 食品中限量元素的測定,1 概述,存在于食物中的各種元素，從營養(yǎng)學(xué)角度 可分為： 必需元素 非必需元素 有害元素,存在于食物中的各種元素，從人體需要量 的多少營養(yǎng)可分為： 常量元素：K、Na、Ca、Mg、P 微量元素,微量元素按其生物學(xué)作用可分為： 人體必需的元素 （I、Zn、Se、Fe、Cu、Mu、Cr、Co） 可能必需的元素 （Mn、Si、B、Ne、V、Ni） 具有潛在毒性，在低劑量可能是必需的元素 （F、Pb、Cd、Hg、Se、Al、Sn）,微量元素在機(jī)體組織中的作用濃度很低，故從食物中攝入量也很低。濃度與功能形式常局限在一定的范圍內(nèi)，而且有的元素這個范圍相當(dāng)窄。微量元素的功能形

2、式、化學(xué)價態(tài)、化學(xué)形勢非常重要。,例如： Fe是人體血液形成不可少的，缺鐵性貧血就是因缺乏鐵，而多了得“血色病”。 Zn影響人的消化與代謝，缺Zn味覺減退，出現(xiàn)厭食，發(fā)育不良等，過多會得胃腸炎。（取頭發(fā)進(jìn)行測定可知人體內(nèi)Zn含量情況）。 鉻的+6價毒性大，+3價對人體有益（如Cr2O3、Cr(OH)3）。,微量元素和有害元素在食品在食品衛(wèi)生要求中都有一定的限量規(guī)定，從食品分析檢測的角度，統(tǒng)稱為限量元素。在我國的食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中對這類元素的含量有嚴(yán)格的規(guī)定。,食品中限量元素的檢測方法：,原子吸收分光光度法 溶劑萃取比色法 離子選擇電極法 熒光光度法,(1)原子吸收分光光度法：選擇性好、靈敏度高、簡

3、便、快速、可同時測定多中元素。 (2)比色法：設(shè)備簡單、價廉、靈敏度可滿足要求。 (3)另外還有極譜法、離子選擇電極法和熒光分光光度法。 （極譜法光學(xué)分析的一種，讓電流通過溶液，然后增加電壓，由電流變化情況來進(jìn)行定量、定性分析。如：小型極譜儀，可用來自動監(jiān)測自來水中限量元素的含量，實驗操作全都自動化，每隔12min記錄一次水樣中Cu、Pb、Cd、Zn的含量。,2 元素的提取與分離,食品中的無機(jī)元素一般常與有機(jī)物結(jié)合，以金屬有機(jī)化合物的形式存在于食品中，要測定這些元素先要做兩件事： 用灰化法和濕化法先將有機(jī)物質(zhì)破壞掉，釋放出被測元素。以不丟失待測的成分為原則。 破壞掉有機(jī)物后的樣液中，多數(shù)情況下

4、是待測元素濃度很低，另外還有其它元素的干擾，所以要濃縮和除去干擾。,濃縮與分離處理方法應(yīng)根據(jù)最后所采用的測定方法而定。例： 比色法測定， 用合適的金屬螯合劑在一定條件下與被測金屬離子生成金屬螯合物，然后用有機(jī)溶劑進(jìn)行液液萃取，使金屬螯合物進(jìn)入有機(jī)相從而達(dá)到分離與濃縮。 原子吸收分光光度法， 測痕量元素則用離子交換法分離、提純金屬離子或除去干擾離子。,一、螯合萃取原理,1. 樣品溶液： 金屬離子+螯合劑=金屬螯合物（金屬螯合物溶于有機(jī)溶劑，如果有色可進(jìn)行比色測定） 有機(jī)相 水+其它組成 水相,2. 此法為液液溶劑萃取法。 優(yōu)點： 較高的靈敏度，選擇性，分離效果好，設(shè)備簡單，操作快速。 缺點： 工

5、作量較大，耗用試劑，溶劑較高，有的易揮發(fā)，易燃，有毒等。,（一）螯合反應(yīng)與親水性,金屬離子在未成螯合物之前，受水分子極性 作用，以水合離子形式存在，為親水性，難溶于 有機(jī)溶劑，故不好直接用有機(jī)溶劑萃取。 選擇適當(dāng)?shù)慕饘衮蟿┛蓪⒔饘匐x子變?yōu)槭?水性的金屬螯合物，然后再萃取。 物質(zhì)能否有親水性，主要看其是否能與水子 形成氫鍵。,金屬離子在未成螯合物之前，受水分子極性作用，以水合離子形式存在，為親水性，難溶于有機(jī)溶劑，故不好直接用有機(jī)溶劑萃取。 選擇適當(dāng)?shù)慕饘衮蟿┛蓪⒔饘匐x子變?yōu)槭?水性的金屬螯合物，然后再萃取。 物質(zhì)能否有親水性，主要看其是否能與水子 形成氫鍵。,氫鍵（也是一種化學(xué)鍵）。 HO

6、H O 由于“O”電負(fù)性強(qiáng)（吸電子云能力），H 與 O 的電子對被強(qiáng)烈吸到“O”一邊，H外邊幾乎沒有電子云，與另一分子中“O” （帶負(fù)電）產(chǎn)生了靜電吸引，即氫鍵。 電負(fù)性 O N S、Cl 羰基 + 羥胺基 肟 C O + N-OH C N-OH,（二）萃取分離的基本原理,分配系數(shù) PD、KD 萃取時，有兩相互不相溶，一相為水相，一 相為有機(jī)相，物質(zhì)A 在兩相中存在量不同。在一 定溫度下，分配達(dá)到平衡。A在兩相中活度比不 再變，即PD，KD為常數(shù)。 PDA = A有/A水 濃度很低時，用濃度代替活度 KD = A有 / A水,2.分配比,D = C有 / C水 C有溶質(zhì)在有機(jī)相中聚合、絡(luò)合等總

7、濃度 C水溶質(zhì)在水相中聚合、絡(luò)合、水解的總濃度,3.萃取百分率 E,表示萃取的完全程度 E =（被萃取物在有機(jī)相中的總量 / 被萃取物的總量）,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） 因為C有/ C水=D = D V有/（V水+ D V有） = D /（V水/ V有+D）,（三）萃取平衡與條件,1、常用的螯合劑 實際應(yīng)用的，目前已達(dá)100多種， 食品分析中常用的： 雙硫腙（HDZ）、 二乙基二硫代甲酸鈉（NaDDTC）、 丁二酮肟、 銅鐵試劑 CuP （N亞硝基苯胲銨） 這些螯合劑與金屬離子生成金屬螯合物，相當(dāng)穩(wěn)定，難溶

8、于 水，易溶于有機(jī)溶劑，許多帶有顏色可直接比色。,2、金屬螯合物的萃取平衡 用有機(jī)溶劑萃取金屬螯合物，金屬在有機(jī)相和水相中的分配比與許多因素有關(guān)，當(dāng)其他因素固定下來以后，金屬分配率與pH有關(guān)。,3、影響分配比值的幾個因素： （1）螯合劑的影響：螯合劑與金屬離子生成的螯合物越穩(wěn)定，萃取效率就越高。 （2）pH的影響：pH 越高，有利于萃取，但金屬離子可能發(fā)生水解反應(yīng)。 要正確控制溶液的酸度,對萃取有利，還可提高螯合劑對金屬離子的選擇性。 例：Zn2+的最適宜pH為6.510。,(3)萃取溶劑的選擇： 溶劑是否有利于萃取的分離主要取決于它們的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)。 一般盡量采用惰性溶劑，避免產(chǎn)生副反

9、應(yīng)。 根據(jù)螯合物的結(jié)構(gòu)，由相似相溶原理來選： 含烷基螯合物選鹵代烴（CCl4、CHCl3等）， 含芳香基螯合物選芳香烴（苯、甲苯等） 溶劑的相對密度與溶液差別要大、粘度小。 無毒。無特殊氣體、揮發(fā)性較小。,4干擾離子的消除 一種螯合劑往往同時和幾種金屬離子形成螯合物，控制條件可有選擇地只萃取一種離子或連續(xù)萃取幾種離子，使之相互分離。 控制酸度 控制溶液的pH值 使用掩蔽劑,例： KCN 可掩蔽 Zn2+、Cu2+ 檸檬酸銨可掩蔽 Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+ EDTA可以掩蔽除 Hg2+、Au2+ 以外許多金屬 離子。,掩蔽劑的使用與溶液pH有關(guān) 例： 堿性液+氰化物 掩蔽 Pb、S

10、n2+、Ti、Bi 弱酸性液+氰化物 掩蔽 Pb、Hg、Ag、Cu,3 幾種重金屬離子含量的測定,一、雙硫腙比色法測 Pb、Zn、Cd、Hg的含量 （一）雙硫腙的性質(zhì) 名稱、結(jié)構(gòu)式、性質(zhì) 腙 羰基 + 肼（NH2NH2） （二）雙硫腙與金屬離子的反應(yīng) 在酸性溶液中并有過量雙硫腙存在時生成單取代雙硫腙鹽，即1個雙硫腙分子中有1個H原子被金屬離子所取代，二價金屬離子則同時與2個雙硫腙分子反應(yīng)。,在堿性溶液中或雙硫腙量不足時、生成二代（雙取代）雙硫腙鹽，即1個雙硫腙分子中有個H原子同時被金屬離子所取代。 雙硫腙鹽的萃取性能，主要決定于水相中的pH值和雙硫腙試劑的濃度。 某些金屬離子有氧化雙硫腙的性質(zhì)

11、，在水溶液中加入鹽酸羥胺，可阻止氧化作用。,（三）雙硫腙的三氯甲烷或四氯化碳溶液，在光的作用或高溫下很快氧化成為黃色化合物。故應(yīng)置冰箱保存。,(四)雙硫腙比色法測定食品中鉛、鋅、鎘、汞的含量,1.鉛的測定（Pb） 鉛用于選礦、冶煉、電鍍等工業(yè)，制四乙基鉛加到汽油中，提高辛烷值，提高“號”，增加抗爆震能力。但由于環(huán)境污染，現(xiàn)國家已禁用。改用無水乙醇汽油。反應(yīng)缶涂有鉛的涂層、陶瓷、搪瓷的釉藥。 食品罐頭馬口鐵焊錫中鉛含量達(dá)40-60%，有時會溶于食品中形成污染。會引起中毒。含鉛“松花蛋”。,離地面1m處空氣鉛濃度是1.5m處的16倍，兒童受害，2000年8月調(diào)查北京、廣州城市兒童鉛高率達(dá)80%左右

12、。驗頭發(fā)。 鉛能與許多有機(jī)試劑生成帶有顏色的化合物，常用來比色測定的還是雙硫腙。,（1）雙硫腙法 原理： 在堿性（pH值在9左右）溶劑中，Pb2+ 雙硫腙 形成紅色絡(luò)合物，溶于氯仿或CCl4中，紅色深淺與 鉛離子濃度成正比，比色測定。 測定前要加鹽酸羥胺、氰化鉀、檸檬酸銨掩蔽 鐵、銅、錫、鎘等離子。,測定步驟： （1）用鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1ug/ml）標(biāo)定雙硫腙溶液 鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：用HNO3來溶解Pb(NO3). 雙硫腙溶液：0.001%（溶于CCl4 ）。 （2）測定樣品：粉碎、消化、定容（用蒸餾水）、測定，再根據(jù)所用雙硫腙量計算樣品中鉛含量。,注意： 雙硫腙法用氰化鉀作掩蔽劑，不要任意增加濃度和用

13、量以免干擾鉛的測定。 氰化鉀，劇毒，不能用手接觸，必須在溶液調(diào)至堿性再加入。廢的氰化鉀溶液應(yīng)加NaOH和FeSO4(亞鐵)，使其變成亞鐵氰化鉀再倒掉。 如果樣品中含Ca、Mg的磷酸鹽時，不要加檸檬酸銨，避免生成沉淀帶走使鉛損失。,樣品中含錫量150mg時，要設(shè)法讓其變成溴化錫，而蒸發(fā)除去，以免產(chǎn)生偏錫酸而使鉛丟失。 測鉛要用硬質(zhì)玻璃皿，提前用1-10% HNO3浸泡，再用水沖洗干凈。,（2）原子吸收分光光度法 這是國標(biāo)中第一方法。 靈敏度高，可用來測定含量 0.01% 痕量鉛。,GB/T 5009.122003 食品中鉛鉛的測定 1.石墨爐原子吸收光譜法 2.氫化物原子熒光光譜法 3.火焰原子

14、吸收光譜法 4.二硫腙比色法 5.單掃描極譜法,2、鋅的測定 鋅用在電鍍、造紙、機(jī)械和自來水的制造等 工業(yè)中應(yīng)用，鍍鋅廠的廢水，采用鍍鋅鐵的容器 包裝食品，特別是酸性飲料，易沾有鋅。 金屬鋅本身無害。鋅化合物可引起急性腸 炎、腎損害，特別是氯化鋅3-5g可導(dǎo)致死亡。,（1）雙硫腙比色法,原理： 在pH 4.5-5.0,鋅離子與雙硫腙生成紅色絡(luò)合物，此絡(luò)合物溶于CCl4 ，其它金屬離子靠加入硫代硫酸鈉、鹽酸羥胺溶液和pH值的控制。,說明： （1）鋅標(biāo)準(zhǔn)曲線重現(xiàn)性差，平行作1-2份標(biāo)準(zhǔn)鋅，以進(jìn)行校正。 （2）硫代硫酸鈉不能任意增加，因為它也是絡(luò)合物。 （3）本法靈敏度較高，必須嚴(yán)格控制pH值， 同

15、時所用水應(yīng)為無鋅水，經(jīng)陰、陽離子交換樹脂純化。器皿也先用硝酸溶液洗滌，然后再用無離子水沖洗干凈。,2、原子吸收分光光度法 樣品處理后，導(dǎo)入原子吸收分光光度計中，原子化后，吸收213.8 nm共振線，其吸收量與Zn量成正比。 鋅標(biāo)準(zhǔn)溶液：精稱金屬鋅（99.99%），溶于HCl中。,3、鎘的測定（Cd),鎘用于治金、電鍍、顏料、原子工 業(yè)、農(nóng)藥等，生活用水，因使用鍍鋅、塑 料管中鎘的污染經(jīng)消化道、呼吸道進(jìn)入人 體，損害人的腎、肝，易引起“骨痛病”。,國標(biāo)有四種方法： 第一法：石墨爐原子吸收光譜法 原理： 酸性溶液中，鎘離子與碘離子形成絡(luò)合物，并經(jīng)4-甲基戊酮2萃取分離，導(dǎo)入原子吸收儀中，原子化后，

16、吸收228.8nm共振線，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。鎘標(biāo)準(zhǔn)溶液：用金屬鎘溶于HCL中加 HNO3+H2O稀釋。,第二法：原子吸收分光光度法 原理： 樣品經(jīng)消化處理后，在pH6左右的溶液中，鎘離子與雙硫腙形成絡(luò)合物，并經(jīng)碘化鉀4-甲基戊酮2或乙酸乙酯萃取分離，導(dǎo)入原子吸收儀中。 第三法：比色法 第四法：原子熒光法,4、汞的測定 汞多用于電氣儀器及設(shè)備、電解食鹽、農(nóng)藥等等。工業(yè)自動化越發(fā)展，汞的用量越大，環(huán)境污染就越嚴(yán)重。污染嚴(yán)重的日本、瑞典40ug/人 天攝入，其它國家10 ug/人天， FAO/WHO規(guī)定34 ug/人天， 中國食品汞允許量（mg/kg） 糧食 0.02 禽肉蛋 0.05 水產(chǎn) 0.

17、3 牛乳 0.01 蔬菜水果 0.01 植物油 0.05,汞揮發(fā)性強(qiáng)，氣態(tài)汞被人呼吸進(jìn)入肺部，大部分進(jìn)入紅血球中；進(jìn)入消化道；接觸或皮膚吸收進(jìn)入體內(nèi)。 汞對中樞神經(jīng)損害， 汞蒸汽中毒：興奮亢進(jìn)、易怒、健忘失眠。 汞急性中毒：惡心、嘔吐、腹痛、腎損害、 死亡。 有機(jī)汞毒性更強(qiáng)，特別是甲基汞： 使人感官失調(diào)、視野縮小、頭發(fā)損傷、各機(jī)群間共濟(jì)失調(diào)。,（1）比色法,原理： 雙硫腙氯仿溶液與樣品中汞離子在酸性條件下生成雙硫腙汞，在氯仿溶液中呈橙黃色，顏色深淺與汞離子濃度成正比。,（2）測汞儀法（冷離子吸收) （3）甲基汞測定： 薄層層析分離 氣相色譜法,另：分離測定痕量汞時要注意試劑、濾紙、橡皮管上可能

18、含有少量汞。,汞若灑在地上，應(yīng)馬上用吸塵器或用洗耳 球吸除干凈，或用脫汞劑去除。 （1）硫磺粉 （2）20%FeCl2溶液 （3）礦物油+含有粉末硫、碘的水乳濁液 （4）鹽酸酸化的10%KMnO4溶液。,二、其他比色法測定錫、銅、鉻的含量 選用比雙硫腙專用性更強(qiáng)的螯合劑進(jìn)行測定。 （一）錫的測定 除了工業(yè)污染外，罐頭食品中鍍錫馬口 鐵有時被內(nèi)容物侵蝕，產(chǎn)生了溶錫現(xiàn)象，還 有的因焊錫涂布不牢而溶錫，有機(jī)錫毒性很 大，如錫化氫SnH4。,苯芴酮比色法,樣品消化后，在弱酸性介質(zhì)中，四價錫離子與苯芴酮生成的橙紅色膠體顆粒絡(luò)合物，在動物膠存在下不聚集，可比色定量。 加抗壞血酸、酒石酸作掩蔽劑，排除鐵離子

19、干擾。,（二）銅的測定,銅在工業(yè)廣泛應(yīng)用，銅的化合物作為殺蟲劑、殺菌劑和消毒劑等。食品加工中由于使用銅器而易于受污染，銅是人體所必須的微量元素，但過量在人體積累中毒可引起肝腎障礙，甚至死亡。經(jīng)“食物鏈”進(jìn)入人體。 二乙胺基二硫代氨基甲酸鈉比色法，常用的方法，可檢出2.5 ppm。,原理： 樣品經(jīng)消化后，在堿性溶液中（pH9- 11）銅離子與二乙基二硫代氨基甲酸鈉 （NaDDTC）生成棕黃色絡(luò)合物，溶于四 氯化碳，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。,（三）鉻的測定 鉻用于印染、電鍍、制革工業(yè)中。主要是6價鉻對人體造成危害。 測定方法： ： C6H5NH-NH C=O C6H5NH-NH,二苯碳酰二肼比色法 原

20、理： 在消化液中加KMnO4，將鉻氧化成 鉻酸，在酸性溶液中，鉻酸變?yōu)橹劂t酸， 再遇二苯胺基脲，溶液由黃色變?yōu)樽仙?注意： 1) 用重鉻酸鉀溶于水制標(biāo)準(zhǔn)樣液。 2) 二苯碳酸二肼用丙酮溶解，不穩(wěn)定，臨用時配置。 3) 此法測出的是6價鉻與3價Cr的總量。 4)所用儀器不能用重鉻酸鉀洗液洗滌。要排除鐵的干擾，可用銅鐵試劑處理（二乙基硫代氨甲酸鈉）,4、砷、硒、氟的測定,一、砷的測定 砷廣泛存在于自然界，幾乎在人類所有食品中都有，各種食品及飲水中允許含量，各國都有規(guī)定。,（一）銀鹽法 1、原理： 樣品消化后，以碘化鉀、氯化亞錫將高價砷還原為 三價砷，然后與鋅粒和酸產(chǎn)生的新生態(tài)氫生成AsH3，再

21、與二乙氨基二硫代甲酸銀作用，在有機(jī)堿（三乙醇胺） 存在下，生成棕紅色膠態(tài)銀，進(jìn)行比色測定。在生成 AsH3過程中，有H2S，會干擾測定，可用浸泡過醋酸鉛 的棉花來排除H2S的干擾。,2、 儀器：如圖 左邊為AsH3發(fā)生器，里邊放： 樣品消化液、HCl、KI、 SnCl2, Zn粒。 橫管中有Pb(AC)2 吸收H2S。 右邊為AgDDC吸收管。,（二）砷斑法（古蔡氏法）,1、原理： 樣品經(jīng)消化后，以碘化鉀、氯化亞錫將高價砷還原為三價砷，然后與鋅粒和酸產(chǎn)生的新生態(tài)氫生成砷化氫，再與溴化汞試紙生成黃色至橙色的色斑，與標(biāo)準(zhǔn)砷斑比較定量。,2、如圖裝置 3、操作：用標(biāo)準(zhǔn)As2O3液，讓溴化汞試紙成一系

22、列不同顏色的標(biāo)準(zhǔn)色斑，為保存時間長一些，可用油畫顏料畫出標(biāo)準(zhǔn)色斑，在暗處保存。,5、討論： (1)H2S對本法有干擾，遇溴化汞試紙亦會產(chǎn)生色斑。乙酸鉛棉花應(yīng)松緊合適，能順利透過氣體又能除盡H2S 。 (2)銻、磷等都能使溴化汞試紙顯色，鑒別方法是采用氨蒸熏黃色斑，如果失變黑再褪去為砷，不變時為磷，變黑時為銻。 (3)同一批測定用的溴化汞試紙的紙質(zhì)必須一致，否則因疏密不同而影響色斑深度。制作時應(yīng)避免手接觸到紙，晾干后貯于棕色試劑瓶內(nèi)。 加：AS2O3劇毒，AsH3及HgBr2極毒，要在通風(fēng)櫥內(nèi)進(jìn)行，實驗后妥善處理。,二、硒的測定,二、硒的測定 硒是介于金屬與非金屬之間的氧族稀有而分散的非金屬化學(xué)元素。經(jīng)過科學(xué)家多年的研究發(fā)現(xiàn)，人體健康與硒密切