食品中重金屬含量

關(guān)于食品中重金屬含量第一節(jié)概述食品中所含的元素有50多種。1、分類：從營養(yǎng)學(xué)的角度，可分為必需元素、非必需元素和有毒元素三類；從人體需要的角度，可分為常量元素（含量在0.01%以上）、微量元素（含量低于0.01%）兩類第2頁,共56頁，2024年2月25日，星期天常量元素：需求比例較大如鉀、鈉、鈣、鎂、磷、氯、硫等；人體必需的微量元素有：碘、鋅、硒、鐵、銅、鉬、鉻、鈷；有毒元素：其極小的劑量即可導(dǎo)致機(jī)體呈現(xiàn)毒性反應(yīng)，而且人體中具有蓄積性，隨著在人體內(nèi)的蓄積量的增加，機(jī)體會出現(xiàn)各種中毒反應(yīng)，如汞、鎘、鉛、砷等；限量元素：按食品衛(wèi)生的要求有一定限量規(guī)定的元素，包括：必需微量元素及有害元元素。第3頁,共56頁，2024年2月25日，星期天重金屬污染重金屬：密度在5以上的金屬統(tǒng)稱為重金屬，如金、銀、銅、鉛、鋅、鎳、鈷、鎘、鉻和汞等。從污染方面所說的重金屬，實際上主要是指汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷等生物毒性顯著的重金屬，也指具有一定毒性的一般重金屬如鋅、銅、鈷、鎳、錫等。目前最引起人們注意的是汞、鎘、鉻等。第4頁,共56頁，2024年2月25日，星期天重金屬的危害重金屬離子對活的有機(jī)體有嚴(yán)重的毒理效應(yīng)。重金屬對人體的危害，一方面通過直接飲用造成重金屬中毒而損害人體健康；另一方面，間接污染農(nóng)產(chǎn)品和水產(chǎn)品，通過食物鏈對人體健康構(gòu)成威脅。重金屬能抑制人體化學(xué)反應(yīng)酶的活動，使細(xì)胞質(zhì)中毒，從而傷害神經(jīng)組織，還可導(dǎo)致直接的組織中毒，損害人體解毒功能的關(guān)鍵器官——肝、腎等組織。第5頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、檢測意義評價食品的營養(yǎng)價值開發(fā)和生產(chǎn)強化食品具有指導(dǎo)意義有利于食品加工工藝的改進(jìn)和食品質(zhì)量的提高了解食品污染情況，以便查清和控制污染源第6頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第二節(jié)元素的提取與分離

這些元素都以金屬有機(jī)化合物的形式存在于食品中，要測定這些元素先要進(jìn)行樣品處理：

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。以不丟失要測的成分為原則。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。第7頁,共56頁，2024年2月25日，星期天被測組分的分離與濃縮比色法測定：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。第8頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、螯合萃取原理1、樣品溶液：①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②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：工作量較大，耗用試劑，溶劑較高，有的易揮發(fā)，易燃，有毒等。第9頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、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)槭杷缘慕饘衮衔铮缓笤佥腿?。物質(zhì)能否有親水性，主要看其是否能與水子形成氫鍵。 第10頁,共56頁，2024年2月25日，星期天三、萃取分離的基本原理1、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=αA有/αA水濃度很低時，用濃度代替活度α。KD=[A]有

/[A]水

第11頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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）×100%第12頁,共56頁，2024年2月25日，星期天四、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，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑，許多帶有顏色可直接比色。

第13頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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)第14頁,共56頁，2024年2月25日，星期天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)。第15頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（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)。①一般盡量采用惰性溶劑，避免產(chǎn)生副反應(yīng)。②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）。③溶劑的相對密度與溶液差別要大、粘度小。④無毒。無特殊氣體、揮發(fā)性較小。第16頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、干擾離子的消除控制酸度：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。第17頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第三節(jié)幾種限量元素的測定原子吸收分光光度法（可測定70多種元素，檢出限10-8）紫外-可見分光光度法（金屬離子）原子熒光光譜法（As、Bi、Pb、Sn、Se、Sb、Te、Zn、Cd（

g/L））電感耦合等離子體－原子發(fā)射光譜(ICP-AES)(70多種元素)電感耦合等離子體－質(zhì)譜(ICP-MS)（多元素同時分析，檢出限：10-12g/mL）形態(tài)分析，聯(lián)用技術(shù)（HPLC-ICP-MS，CE-ICP-MS）第18頁,共56頁，2024年2月25日，星期天一、原子吸收光譜分析法利用物質(zhì)的氣態(tài)原子對特定波長的光的吸收來進(jìn)行分析的方法。原理：使光源輻射出的待測元素的特征光譜通過樣品的原子蒸汽時，被待測元素的基態(tài)原子所吸收，在一定范圍與條件下，入射光被吸收而減弱的程度與樣品中待測元素的含量呈正相關(guān)，由此可得出樣品中待測元素的含量。基本點是：基態(tài)自由原子可以吸收特定波長的光。第19頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（一）原子吸收分光光度計

原子分光光度計由光源、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)及檢測顯示系統(tǒng)四個部分構(gòu)成。第20頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第21頁,共56頁，2024年2月25日，星期天1、光源：光源應(yīng)滿足的條件：

1）能輻射出半寬度比吸收線半寬度還窄的譜線，并且發(fā)射線的中心頻率應(yīng)與吸收線的中心頻率相同。2）輻射的強度應(yīng)足夠大。3）輻射光的強度要穩(wěn)定，且背景小。常用光源：空心陰極燈第22頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第23頁,共56頁，2024年2月25日，星期天鎢棒構(gòu)成的陽極和一個圓柱形的空心陰極，空心陰極是由待測元素的純金屬或合金構(gòu)成，或者由空穴內(nèi)襯有待測元素的其它金屬構(gòu)成。第24頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、原子化器原子化器是將樣品中的待測組份轉(zhuǎn)化為基態(tài)原子的裝置。火焰原子化器：是利用氣體燃燒形成的火焰來進(jìn)行原子化的。非火焰原子化法：石墨爐子化器氫化物原子化器第25頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第26頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第27頁,共56頁，2024年2月25日，星期天第28頁,共56頁，2024年2月25日，星期天石墨爐原子化器與火焰原子化器比較有如下優(yōu)點：原子化效率高，可達(dá)到90%以上，而后者只有10%左右。絕對靈敏度高（可達(dá)到10-12～10-14），試樣用量少。適合于低含量及痕量組分的測定。溫度高，在惰性氣氛中進(jìn)行且有還原性C存在，有利于易形成難離解氧化物的元素的離解和原子化。第29頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、分光系統(tǒng)一般用光柵來進(jìn)行分光4、檢測系統(tǒng)包括檢測器、放大器、對數(shù)轉(zhuǎn)換器、顯示器幾部分。第30頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）原子吸收光譜法定量分析方法：1、標(biāo)準(zhǔn)曲線法：配制一系列不同濃度的待測元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，在選定的條件下分別測定其吸光度，以測得的吸光度A為縱坐標(biāo)，濃度為橫坐標(biāo)作圖，得到標(biāo)準(zhǔn)曲線。再在相同條件下測定試液的吸光度，由標(biāo)準(zhǔn)曲線上就可求得待測元素的濃度或含量。2、標(biāo)準(zhǔn)加入法：取兩份體積相同的試樣溶液，設(shè)為A和B，在B中加入一定量的待測元素，然后分別將A和B稀釋到相同體積，再分別測定其吸光度。第31頁,共56頁，2024年2月25日，星期天注意事項：配制標(biāo)準(zhǔn)溶液時，應(yīng)盡量選用與試樣組成接近的標(biāo)準(zhǔn)樣品，并用相同的方法處理。如用純待測元素溶液作標(biāo)準(zhǔn)溶液時，為提高測定的準(zhǔn)確度。可放入定量的基體元素。應(yīng)盡量使得測定范圍在T=30～90%之間（即A=0.05～0.5），此時的測量誤差較小。每次測定前必須用標(biāo)準(zhǔn)溶液檢查，并保持測定條件的穩(wěn)定。應(yīng)扣除空白值，為此可選用空白溶液調(diào)零。第32頁,共56頁，2024年2月25日，星期天二、食品中鐵、鎂、錳、銅、鋅的測定1、原理：樣品濕法消化處理后，導(dǎo)入原子吸收分光光度計中，經(jīng)原子化，鐵、鎂、錳、銅、鋅分別在波長248.3nm、285.2nm、279.5nm、324.8nm、213.8nm處，對鐵、鎂、錳、銅、鋅空心陰極燈發(fā)射的譜線有特異吸收。在一定濃度范圍內(nèi)，其吸收值與它們的含量成正比，與標(biāo)準(zhǔn)系列比較后能求出食品中被測元素的含量。第33頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、儀器：①原子吸收分光光度計；②分析天平。3、試劑：①鹽酸；②硝酸；③高氯酸；④混合酸消化液：硝酸與高氯酸之比為4:1（體積比）⑤0.5mol/L硝酸溶液：量取45mL硝酸，用去離子水稀釋至1000mL⑥鐵、鎂、錳、銅、鋅的標(biāo)準(zhǔn)溶液：直接購買儲備液，然后用0.5mol/L硝酸溶液稀釋成所需要的濃度，儲存在聚乙烯瓶中，4℃保存。第34頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、測定：①樣品消化：精確稱取均勻樣品干樣0.5~1.5g、濕樣2.0~4.0g、飲料等液體樣品5.0～10.0mL于250mL高型燒杯中，加混合酸消化液20～30mL，蓋上表面皿。置于電爐加熱消化，至無色透明為止。加入3mL去離子水，加熱以揮去多余的硝酸。待燒杯中的液體接近2～3mL時，取下冷卻。用去離子水洗并轉(zhuǎn)移至10mL的刻度試管中，用去離子水定容至刻度。取與消化樣品相同量的混合酸消化液，按上述操作做空白試驗。第35頁,共56頁，2024年2月25日，星期天②測定：將各標(biāo)準(zhǔn)使用液按下表配制成不同濃度系列的各相應(yīng)元素的標(biāo)準(zhǔn)稀釋液按儀器說明書調(diào)節(jié)狹縫、空氣及乙炔的流量、燈頭高度、元素空心陰極燈電流等參數(shù)至最佳狀態(tài)，下表為測定時的參數(shù)，供參考。第36頁,共56頁，2024年2月25日，星期天③繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：以標(biāo)準(zhǔn)系列的濃度值為橫坐標(biāo)，各元素對應(yīng)的吸光度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線。④計算第37頁,共56頁，2024年2月25日，星期天5、說明及注意事項：①所用玻璃儀器均以硫酸-重鉻酸鉀洗液浸泡數(shù)小時，再用洗衣粉充分洗刷，后用水反復(fù)沖洗，最后用去離子水沖洗烘干，方可使用。②微量元素分析的樣品制備過程中應(yīng)特別注意防止各種污染。所用設(shè)備如電磨、絞肉機(jī)、勻漿器、打碎機(jī)等必須不銹鋼制品。所用容器必須使用玻璃或聚乙烯制品。③蔬菜、水果、鮮魚、鮮肉等含水量高的樣品用水沖洗干凈后，再用去離子水充分洗凈。含水量小的樣品（如米、面、豆類、奶粉等）取樣后立即裝容器密封保存，防止空氣中的灰塵和水分污染。④由于火焰原子法的原子化程度較低，且待測元素的蒸汽被火焰氣體大量稀釋，對于要求靈敏度較高的一些重金屬含量測定，石墨爐原子法是理想的選擇。（如鉛、鎘、鉻等元素的測定國標(biāo)中都選用石墨爐原子法作為第一法）。第38頁,共56頁，2024年2月25日，星期天三、食品中鉛、鎘、鉻的測定——石墨爐原子化法

原理：樣品經(jīng)消解（可選用干法灰化、濕法消化、微波消解法中的任何一種），制成試樣液，按照儀器說明書調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)至最佳狀態(tài)，以標(biāo)準(zhǔn)曲線法進(jìn)行定量計算。測定參數(shù)：第39頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

四、雙硫腙比色法測Pb的含量（一）二硫腙的性質(zhì)1、溶解特性：二硫腙，紫黑色結(jié)晶粉末，可溶于CHCl3及CCl4中；不溶于水，又不溶于酸，微溶于乙醇，可溶于氨堿性水溶液。2、易氧化：在有氧化劑（例如Fe3+、Cu2+等）存在，日光照射下易氧化為二苯硫卡巴二腙，此氧化物不溶于酸性或堿性水溶液，但溶于CHCl3或CCl4中，呈黃色至棕色，不與金屬起鰲合反應(yīng)。另外,為了防止樣品中的Fe3+或Cu2+氧化二硫腙，應(yīng)在水溶液中加入還原劑鹽酸羥胺。第40頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、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。第41頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、二硫腙鹽的萃取性能主要決定于水相中的pH值和二硫腙試劑的濃度。穩(wěn)定性較高的二硫腙鹽，如Pt，Pd，Au，Ag，Hg，Cu等的二硫腙鹽，可從強酸性溶液中萃??；Bi、Zn、In、Sn等的二硫腙鹽則可以從微酸性溶液中萃??；而Co、Ni、Pb和Cd等的二硫腙鹽只能從中性或堿性溶液中萃取。某些金屬離子有氧化雙硫腙的性質(zhì)，在水溶液中加入鹽酸羥胺，可阻止氧化作用。

第42頁,共56頁，2024年2月25日，星期天5、選擇性：二硫腙可與許多金屬離子起反應(yīng)，故其選擇性不高，但可以通過控制pH值和應(yīng)用掩蔽劑來提高它的選擇性。常用的掩蔽劑有：EDTA，硫氰化物，氰化物，檸檬酸鹽和酒石酸鹽等。6、比色特性：二硫腙與不同的金屬離子所生成的金屬鰲合物顏色從紫紅色到橙黃色不等，當(dāng)有機(jī)相(如氯仿,四氯化碳)中過量的二硫腙很少時進(jìn)行比色測定，近似于單色法；一般的情況下有機(jī)相中都有過量的二硫腙，此時的比色測定稱為混色法，故要求二硫腙使用液的濃度都很低，一般在0.001％～0.0005％（W/V）。第43頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（二）鉛的測定（Pb）——雙硫腙法1、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。2、條件：測定前要加鹽酸羥胺、氰化鉀、檸檬酸銨來掩蔽鐵、銅、錫、鎘等離子。第44頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、測定步驟：（1）用鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液（1ug/ml）標(biāo)定雙硫腙溶液，①鉛標(biāo)準(zhǔn)溶液：用HNO3來溶解Pb(NO3)；②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。第45頁,共56頁，2024年2月25日，星期天4、注意：①雙硫腙法用氰化鉀作掩蔽劑，不要任意增加濃度和用量以免干擾鉛的測定。②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。③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。④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。⑤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。第46頁,共56頁，2024年2月25日，星期天

五、砷的測定As為非金屬元素，砷化物毒性很強，最常見的砷化合物有三氧化二砷（俗稱砒霜或白霜），為白色，無味無嗅的粉末。若含量不純?nèi)趸闉殚偌t色，俗稱砒霜。砷常用于制造農(nóng)藥和藥物，水產(chǎn)品和其他食物由于受水質(zhì)或其他原因的污染而含有一定量的砷。砷的化合物有強烈的毒性，我國食品衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)中對各類食物中含砷量有嚴(yán)格的規(guī)定。砷的測定方法有銀鹽法和砷斑法。砷斑法又叫古蔡氏法，操作比較簡便，但目測時有主觀誤差，銀鹽法克服了砷斑法的目測誤差。第47頁,共56頁，2024年2月25日，星期天（一）銀鹽法1、原理：樣品消化后，讓所含5價砷→ASH3，再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。第48頁,共56頁，2024年2月25日，星期天2、儀器：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。第49頁,共56頁，2024年2月25日，星期天3、說明及注意事項：（1）用三氧化二砷配制砷標(biāo)準(zhǔn)溶液時，由于三氧化二砷有巨毒，操作時應(yīng)小心。（2）氯化亞錫（SnCI2）試劑不穩(wěn)定，在空氣中能氧化生成不溶性氯氧化物，失去還原劑作用。配制時加鹽酸溶解為酸性氯化亞錫溶液，加入數(shù)粒金屬錫，經(jīng)持續(xù)反應(yīng)生成氯化亞錫，新生態(tài)氫具有還原性，以保持試劑溶液的穩(wěn)定的還原性。第50頁,共56頁，202