第十三章食品中限量元素的测定教学提纲

第十三章 食品中限量元素的测定,第一节 概述 食物中各种元素对人体来说，分为：,必需元素,非必需元素,有毒元素,人体内矿物质大约占人体重量 6%，其中包括常量元素、微量元素、有毒元素。 一常量元素：K、Na、Ca、Mg、P 二微量元素： 在肌体中起作用的浓度以ppm、ppb计。是人体必需的、但过量又会中毒的元素，现有14种。 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）。 2000年8月调查：北京、广州等城市儿童低锌率44 %，而山区儿童仅为32.4 %（低于正常值） 1微量元素的功能形式、化学价态、化学形势非常重要。例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr2O3、 Cr(OH)3）。 无机锗毒性大，有机锗毒性小。,2注意；对这些微量元素不能盲目的补，要适量， 要适宜。有时有益量与有害量相差很小。,三有毒元素： 1目前未发现对人体有生理功能、且人体耐受力极小、进入体内量稍大就中毒的元素。如Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。 例： 甲基汞：在体内半衰期为70天 铅：在体内半衰期为1460天。 在骨骼中为10年 镉在体内半衰期为1631年。,2微量元素与有毒元素合称限量元素。 3. 这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥的使用、加工、制造、运输等带入；容器本身不纯，金属带入铅、锌；罐头中酸性锡的溶出；铜器带入过量铜；另外，还有呼吸、皮肤。 日本,前几年流行含金食物，内含银、铜等杂质。 饮水、食品、茶叶、烟草、化妆品等都可能被污染，环境污染已成为世界问题。,食物链水 鱼 鸭子 人 农作物 食品 饲料 家畜 肉制品,4我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定（P 233）。表131， 表132为生活饮用水卫生标准（GB574985）。 联合国粮食卫生组织与世界卫生组织对有些限 量元素许多比中国规定的量大。,13,5食品中限量元素的检测方法主要有：(1)原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、 简便、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。,13,(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。,第二节元素的提取与分离,以上这些元素都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： 1.用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失要测的成分为原则。 2.破坏掉有机物后的样液中，多数情况下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与后边测定方法有关。 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。,氢键（也是一种化学键）。 HOH 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 1. 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） 100% 书中350页公式推导：,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 一、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，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、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,重金属 比重d 5 的金属 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、P335 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。应用实例 P357表12-5。 某些金属离子有氧化双硫腙的性质，在水溶液中加入盐酸羟胺，可阻止氧化作用。 （三） 双硫腙酌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。 食品缶头马口铁焊锡中铅含量达4060%，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%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、柠檬酸铵来掩蔽铁、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（Zn） GB 5009.142003 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。,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。,仪器：分光光度计 520nm处测定吸光度 要领： （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，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 国标中第一法 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) GB 5009.152003 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”。 书中介绍的测定方法不是标准方法。 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 （碘化钾4-甲基戊酮2 法） （双硫腙乙酸乙酯法） 原理：样品经消化处理后，在pH6左右的溶液中，镉离