食品中矿物质元素的测定目标

5.食品中矿物质元素的测定目标:掌握食品中常见矿物质元素的标准溶液、标准使用液的配制、储存和使用方法，掌握不同的待测样品的不同的处理方法，掌握样品消化的方法和元素测定的原理和基本操作技能。主要内容5.1概述(概念、分类、测定意义）5.2火焰原子吸收分光光度法—测定食品中钙、铁、镁、锰、铜、锌、铝5.3石墨炉原子化法—测定食品中铅、镉、铬、镍5.4原子荧光光谱法—测定食品中汞、砷、硒含量5.5分光光度法—测定食品中磷的含量5.6双硫腙分光光度法—测定食品中锌的含量5.7银盐法、砷斑法—测定食品中砷含量5.8自学氟、碘的测定概念食品中所含的元素有50多种、除去C、H、O、N4种构成水分和有机物质以外，其他的元素统称矿物质元素。5.1概述分类：从营养学的角度，可分为必需元素、非必需元素和有毒元素三类；从人体需要的角度，可分为常量元素（含量在0.01%以上）、微量元素（含量低于0.01%）两类•常量元素需求比例较大如钾、钠、钙、镁、磷、氯、硫等•人体必需的微量元素有：铁、铜、锌、锰、锡、碘、氟、硒等微量元素在机体组织中的作用浓度很低且常严格局限在一定的范围之内；其功能形式、化学价态与化学形式也非常重要。例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益；无机锗毒性大，有机锗毒性小。有毒元素：其极小的剂量，即可导致机体呈现毒性反应，而且人体中具有蓄积性，随着在人体内的蓄积量的增加，机体会出现各种中毒反应，如汞、镉、铅、砷等来源：（1）由自然条件（如地质、地理、生物种类、品种等）所决定的，食物本身天然存在的矿物质元素（2）为营养强化而添加到食品中的微量矿物质元素（3）食品加工、包装、贮存时，受到污染，引入了重金属元素。像锡来自于铁皮上的镀锡，接触中的焊锡；像铜来自加工的铜镀浓缩锅，铜勺等造成。检测意义•评价食品的营养价值；•开发和生产强化食品具有指导意义；•有利于食品加工工艺的改进和食品质量的提高；•可以了解食品污染情况，以便查清和控制污染源。测定方法：食品中矿物质元素的检测方法有很多，而尤其以分光光度法、原子吸收分光光度法用得最多。•分光光度法由于设备简单，能达到食品中矿物质检测标准要求的灵敏度，故一直被广泛采用；•原子吸收分光光度法由于它的选择性好，灵敏度高，操作简便快速，可同时测定多种元素的优点，而成为矿物质测定中最常用的方法。测定矿物质元素首先要做的两件事：（1）食品成分复杂，其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，在测定无机元素之前，必须先采用干法灰化和湿法消化破坏有机物质，释放出被测组分。（2）破坏掉有机物质的样液中，多数待测元素浓度低，而且还有其他元素的干扰，所以要浓缩和除去干扰。所以样品制备时应考虑将复杂成分中的待测成分制成供测试样液。测定矿物质元素样品的预处理方法•湿法消化：高氯酸---硝酸法硝酸---高氯酸---硫酸法硝酸---硫酸法•干法灰化•高压消解•微波消解矿物质元素测定过程中应注意的问题样品处理过程中所用酸为优级纯。•样品制备过程中防止污染。•所用试剂为优级纯，水为去离子水或同等纯度的水。•使用的玻璃仪器需用20%的硝酸浸泡24h以上。•标准储备液和使用液应用聚乙烯瓶储存，4℃保存。5.2火焰原子吸收分光光度法—测定食品中钙、铁、镁、锰、铜、锌、铝原子吸收分光光度法是利用原子吸收分光光度计来测定限量元素。原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分光源、原子化系统、分光系统、检测系统•光源系统：产生待测元素的特征谱线，一般采用空心阴极灯；•原子化系统：使试样中的待测元素转变为自由原子蒸气（火焰原子化器—雾化器和燃烧器；无火焰原子化器—高温石墨管，试样在石墨管中随着温度的升高而干燥、灰化、原子化，即转变为自由原子蒸气）；•分光系统：分出通过火焰的光线中待测元素的谱线；•检测系统：将光信号转换成电信号，经调制、放大、处理，最后输出结果。空心阴极灯火焰棱镜光电管火焰原子化法无火焰原子化法石墨炉法原子化法冷原子化法1.火焰式——仪器内有燃烧的火焰，提供一定能量让含有限量元素的溶液雾化后，经过火焰获得能量，热离解为原子状态就可吸收特定波长的光，由基态→激发态，不同的原子所吸收的波长不一样，如测Cu就要将仪器换上Cu空心阴极灯，让其发射出Cu的特定波长光，根据其吸收的多少来定量。（与标准曲线比较）2.无火焰原子化法石墨炉法：让样品溶液在石墨管小空间内完成干燥、灰化、原子化三步，仪器提供高温，原子再去吸收特定波长光。灵敏度比火焰原子化法高。冷原子化法：在溶液进行化学反应，使元素为原子态，再喷入原子吸收分光光度计测定。原子吸收分光光度法的特点：优点：灵敏度高，应用广，选择性好，抗干扰性强，适于元素的痕量分析。缺点：要连续测不同的元素，要多次换不同的阴极灯。原子吸收分光光度法进行定量测定的方法标准曲线法：被测元素低浓度时，对分析线的吸收与浓度之间呈良好的线性关系。故可配制低浓度的标准溶液。分别测定其吸光度，以吸度为纵坐标、浓度为横坐标，绘制其标准曲线。根据样液的吸光度，在标准曲线上求出样液的浓度。食品中钙、铁、镁、锰、铜、锌、铝的测定以牛奶为样品进行讲解，演示样品的处理、原子吸收的使用等操作（1）原理：样品湿法消化处理后，导入原子吸收分光光度计中，经原子化，钙、铁、镁、锰、铜、锌、铝分别在波长422.7nm、248.3nm、285.2nm、259.5nm、324.8nm、213.8nm、309.3nm处，对钙、铁、镁、锰、铜、锌、铝空心阴极灯发射的谱线有特异吸收。在一定浓度范围内，其吸收值与它们的含量成正比，与标准系列比较后能求出食品中被测元素的含量。（2）仪器：①原子吸收分光光度计②分析天平。（3）试剂：①盐酸②硝酸③高氯酸④混合酸消化液：硝酸与高氯酸之比为4:1⑤0.5mol/L硝酸溶液：量取32ml硝酸，用去离子水稀释至1000mL⑥铁、镁、锰、铜、锌等的标准溶液：直接购买储备液，然后用0.5mol/L硝酸溶液稀释成所需要的浓度，储存在聚乙烯瓶中，4℃保存。（4）测定①样品消化：精确称取均匀样品适量于250mL高型烧杯中，加混合酸消化液加热消化至无色透明为止。加入3mL去离子水，加热以挥去多余的硝酸。待烧杯中的液体接近2～3mL时，取下冷却。用去离子水洗并转移至10mL的刻度试管中，用去离子水定容至刻度。取与消化样品相同量的混合酸消化液，按上述操作做空白试验。②测定：将各标准使用液按下表配制成不同浓度系列的各相应元素的标准稀释液按仪器说明书调节狭缝、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，下表为测定时的参数，供参考。③绘制标准曲线：以标准系列的浓度值为横坐标，各元素对应的吸光度为纵坐标绘制标准曲线。④计算：)100/(1000100)(0gmgmfVX（5）说明及注意事项：①所用玻璃仪器均以硫酸—重铬酸钾洗液浸泡数小时，再用洗衣粉充分洗刷，后用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗烘干，方可使用。②所用设备如电磨、绞肉机、匀浆器、打碎机等必须不锈钢制品。所用容器必须使用玻璃或聚乙烯制品。③蔬菜、水果、鲜鱼、鲜肉等含水量高的样品用水冲洗干净后，再用去离子水充分洗净。含水量小的样品（如米、面、豆类、奶粉等）取样后立即装容器密封保存，防止空气中的灰尘和水分污染。④由于火焰原子法的原子化程度较低，且待测元素的蒸汽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，石墨炉原子法是理想的选择。（如铅、镉、铬等元素的测定国标中都选用石墨炉原子法作为第一法）。5.3石墨炉原子化法—测定食品中铅、镉、铬、镍原理：样品经消解（可选用干法灰化、湿法消化、微波消解法中的任何一种），制成试样液，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。测定参数：5.4.1原子荧光光谱法—测定食品中汞（砷、硒）含量概述：•汞俗称水银，汞易蒸发，在空气中以蒸气状态存在。•汞的化合物能溶于水或稀酸，毒性很大，常见的汞化物有氯化高汞、氧化汞、硝酸汞、碘化汞等，均属于烈性毒物。•多用于电气仪器设备，如电解食盐、农药等，易造成环境污染，环境中的微生物能使无机汞转化为有机汞，如甲基汞、二甲基汞等烷基汞化合物其毒性更大。•原理：样品经酸加热消解后，在酸性介质中，样品中汞被硼氢化钾或硼氢化钠还原成原子态汞，由载气载入原子化器中，在汞空心阴极灯照射下，基态汞原子被激发至高能态，在去活化回到基态时，发射出特征波长的荧光，其荧光强度与汞的含量成正比，与标准系列比较定量。•样品处理方法：高压消解法/微波消解法•讨论：比较测定汞时样品处理方法与其他元素处理方法有何不同？为什么?•注意：实验时不小心将汞洒落在台面上，应立即将大汞珠收集后，撒上硫磺粉。5.4.2食品中有害矿物质元素的测定——冷原子吸收光谱法测定汞含量•原理：样品经酸消解或催化酸消解，其中的汞转化为离子状态，汞离子在强酸性介质中，被氯化亚锡还原为元素汞，用测汞仪进行测定，与标准比较定量。•样品处理方法：（1）压力消解罐消解法（2）回流消化法（3）五氧化二钒消化法5.5分光光度法—测定食品中磷的含量•以乳粉为样品进行讲解，老师指导、学生独立完成操作训练原理：样品经酸氧化后，磷在酸性条件下与钼酸铵结合生成磷钼酸铵，磷钼酸铵能被对苯二酚、亚硫酸钠还原成蓝色化合物—钼蓝。660nm波长测定钼蓝吸光度，根据吸光度的大小与磷的含量成正比的关系，与标准系列比较定量。比色钼蓝亚硫酸钠对苯二酚磷钼酸铵样品消化液强酸样品钼酸铵•计算：•说明及注意事项：1.在配制对苯二酚溶液时加入浓硫酸的目的是减缓氧化。2.亚硫酸钠溶液应于实验前临时配制，否则可使钼蓝溶液发生混浊。10001002121vvmmmXGB5413.22-2010中磷的测定：试样经酸氧化（硝酸、高氯酸，直到消化液变成无色或淡黄色，且冒出白烟），使磷在硝酸溶液中与钒钼酸铵生成黄色络合物。用分光光度计在波长440nm处测定吸光度，其颜色的深浅与磷的含量成正比。原理：样品经消化后，在酸性溶液中（pH4.0—5.5）锌离子可与双硫腙生成紫红色络合物，溶于四氯化碳，络合物的颜色深浅与锌的浓度成正比，在波长530nm处测定吸光度，与标准系列比较而进行定量。5.6双硫腙分光光度法—测定锌的含量（GB/T5009.14第二、第三法）双硫腙的性质：学名为二苯基硫卡巴腙，又名二苯磺腙、打萨宗等。它是一种蓝黑色结晶粉末，难溶于水（能溶于碱性水溶液），可溶于氯仿、四氯化碳，并呈绿色。双硫腙能与许多金属形成络合物，这些络合物能溶于氯仿或四氯化碳而呈色。控制一定的反应条件，可以提高双硫腙对重金属的选择性，使显色反应具有特异性，从而可用双硫腙分光光度比色法对食品中的多种微量矿物质元素进行测定。常用的控制方法是控制溶液的PH或加入适当的掩蔽剂。•在pH8.5~9.0时，加入氰化钾可以掩蔽铜、汞、锌等离子的干扰；加入盐酸羟胺可排除铁离子的干扰；加入柠檬酸铵可防止生成氢氧化物沉淀使铅被吸附而受损失。（废氰化钾排放前应加入NaOH或FeSO4，以降低毒性）•市售的双硫腙常含有氧化生成的二苯硫卡巴二腺，此化合物不与金属元素反应，也不溶于酸性或碱性水溶液，但能溶于氯仿和四氯化碳呈黄色或棕色，因而干扰测定，所以常常需进行纯化处理。试剂（1）盐酸羟胺溶液(200g/L)（2）双硫腙四氯化碳溶液(0.1g/L)：（3）双硫腙使用液：要求双硫腙使用液的透光率为57%,吸取1.0mL双硫腙溶液，加四氯化碳至10mL混匀。用1cm比色杯，以四氯化碳调节零点，于波长530nm处测吸光度(A)，用下式算出配制l00mL双硫腙使用液(57%透光率)所需双硫腙溶液的毫升数(V)。AAV44.2)57lg2(10样品消化：硝酸-高氯酸-硫酸法硝酸-硫酸法（注意加入酸的顺序）灰化法测定：①锌标准系列的准备及标准曲线的绘制：吸取0.0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0mL锌标准使用液（相当于锌0，1.0，2.0，3.0，4.0，5.0ug)，分别置于125mL分液漏斗中，依次加入盐酸、硫代