第十三章 食品中限量元素的测定.ppt

　　第十三章 食品中限量元素的测定

　　GB 5009.11-2014 食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定 GB 5009.12-2017 食品安全国家标准 食品中铅的测定 GB 5009.13-2017 食品安全国家标准 食品中铜的测定 GB 5009.17-2014 食品安全国家标准 食品中总汞及有机汞的测定

　　【教学目标与要求】 1、教学目标：学会测定食品中限量元素的方法。 2、教学要求：通过本章学习，使学生理解测定限量元素的重要性;掌握限量元素的的提取方法、原子吸收分光光度法的测定原理及操作步骤;理解食品中有毒有害物质的基本概念及测定方法的原理。 【教学重点与难点】 1、教学重点：限量元素铜、铅、汞的提取与分离及比色法的测定。 2、教学难点：限量元素测定时干扰元素的去除及屏蔽方法的选择。

　　【教学内容】

　　13.1 概述 13.2 元素的提取与分离 13.3 几种金属离子含量的测定 13.4 砷、硒的测定

　　思考题

　　1、常量元素、微量元素、有毒元素、限量元素的概念? 2、限量元素测定的样品前处理方法? 3、原子吸收分光光度法测定的原理? 4、原子吸收分光光度法原子化的方法有? 5、双硫腙比色法测 Pb的原理、步骤? 6、银盐法测定砷的原理? 7、砷斑法测定砷的原理?

　　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。 ① Fe是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而得“血色病”。 ② 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)。

　　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。 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：① 甲基汞：在体内半衰期为70天 ② 铅：在体内半衰期为1460天。 在骨骼中为10年 ③ 镉在体内半衰期为16—31年。

　　(Gp:) 北京部分农产品含砷量过高 可能导致中毒! 04年网上报道。

　　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。 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。

　　4.我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定(P 233)。表13—1，表13—2为生活饮用水卫生标准(GB5749—85)。 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。

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　　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。(3)另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。

　　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.用灰化法或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。

　　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，难溶于水，易溶于有机溶剂，许多带有颜色可直接比色。

　　2.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。 ⑴控制酸度 控制溶液的pH值 ⑵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.几种金属离子含量的测定

　　重金属 比重d >5 的金属

　　原子吸收分光光度法

　　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。 1、基本原理 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。它是基于基态原子对特定波长光吸收的一种测量方法。它的基本原理是使光源辐射出的待测元素的特征光谱通过 样品的蒸气时，被蒸气中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。

　　原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分 (1)光源：发射待测元素的特征谱线 (2)原子化系统：将样品中的元素转化为自由态原子蒸气，并处于基态。 (3)分光系统：单色器 (4)检测系统：检测器，放大器，读数显示器

　　火焰原子化法 原子化法 无火焰原子化法 石墨炉法 冷原子化法

　　(Gp:) 空心阴极灯

　　(Gp:) 火焰

　　(Gp:) 棱镜

　　(Gp:) 光电管

　　原理 ： 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： 让溶液进行化学反应，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，就要多次换不同的阴极灯。

　　一、双硫腙比色法测 Pb、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个双硫腙分子中有两个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)双硫腙比色法测定铅、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。反应罐涂有铅的涂层、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%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，①铅标准溶液：用HNO3来溶解Pb(NO3). ②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： ① 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。

　　②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。 ③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。 ④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。 ⑤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 5009.12—2017 《食品中铅的测定》 1.石墨炉原子吸收光谱法 2.电感耦合等离子体质谱法 3.火焰原子吸收光谱法 4.二硫腙比色法

　　2、镉的测定(Cd) GB 5009.15—2014 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。 国标方法是石墨炉原子吸收光谱法

　　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。

　　3、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 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：(>1 mg/kg) 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。 主要仪器： 消化装置：上带冷凝管的平底烧瓶。 721型分光光度计 (2)测汞仪法(<1 mg/kg)又叫冷离子吸收 法现有590型测汞仪。 (3)甲基汞测定：1、薄层层析分离 2、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。

　　GB 5009.17—2014《总汞及有机汞的测定》 1. 氢化物原子荧光光谱法 (双道原子荧光光度计) 2. 冷原子吸收光谱法 3. 二硫腙比色法

　　(Gp:) 压力消解法

　　(Gp:) 其他消化法

　　(二)铜的测定 GB 5009.13—2017中第一法是原子吸收光谱法

　　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。 书中介绍：二乙胺基二硫代甲酸钠比色法，常 用的方法，可检出2.5 ppm。

　　(三)铬的测定 GB 5009.123—2014 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： 1.二苯碳酰二肼比色法： 二苯碳酰二肼(二苯胺基脲、二苯卡巴脲、二苯 偕肼) C6H5NH-NH C=O C6H5NH-NH

　　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) 2.铬及原子吸收光谱测定

　　§4、砷、硒的测定

　　一、砷的测定 GB5009.11—2014 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。 中国原粮<0.7 mg/kg ; 日本原粮<1 mg/kg

　　(一)银盐法 1、原理：样品消化后，让所含5价砷→ASH3，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。

　　(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。

　　二、硒的测定

　　硒化氢，H2Se是无色气体，具有令人厌恶的臭味。水溶液是酸。Se化合价有2、4、6。硒酸H2SeO4属于强酸，它的性质与H2SO4相似。不易挥发，它的盐—硒酸盐，很像硫酸盐。硒的一切化合物都有毒。 ADI值50—200μg 硒是与S共存的非金属。应用于电讯器材、半导体和玻璃制造等，所以硒的污染来自半导休工业和冶金工业等排出的三废。

　　硒是动物生长中必需的微量元素之一，起调节氧化还原反应速度，强化某些酶系的活性，调节VA 、C、E、K 在体内的吸收和消耗。牛、马、羊和鸡缺Se是能引起“白肌病”、心肌坏死、微血管出血等，动物休内过量地积累硒也引起中毒，出现脱毛、脱蹄、脱爪等。 食物中>5ppm引起中毒，但一般膳食中Se含量能满足又安全。 (一)二氨基萘荧光光度法 本法最低检测量为0.005 ug硒。 (二)3，3—二氨基联苯胺比色法 最低检测量为1ug硒。

　　作业题： 1.测定食品中限量元素时为什么需要分离和浓缩?鳌合溶剂萃取分离的原理是什么? 2.介绍二硫腙的性质及其与金属离子的反应。