第六章、微量元素的測(cè)定

第六章微量元素的測(cè)定第一節(jié)概述礦物成分：構(gòu)成生物體的50種元素，除去C、H、O、N四種元素構(gòu)成水分和有機(jī)物元素外，其它的元素稱為礦物成分。存在形式：除了省量參與有機(jī)物組成（S、P）,大多數(shù)以無(wú)機(jī)鹽形式存在，尤其是一價(jià)元素都成為可溶性鹽，大部分離解為離子形式。多價(jià)元素則以離子、不溶性鹽、膠體溶液形成動(dòng)態(tài)平衡形式存在。一、礦物成分的分類：（一） 對(duì)人體營(yíng)養(yǎng)角度來(lái)說(shuō)，可分為必需元素、非必需元素、有害元素（二） 從人體對(duì)其需要量來(lái)分：人體內(nèi)礦物質(zhì)大約占人體重量6%，其中包括常量元素、微量元素、有毒元素。1、 常量元素（日膳食需要量100mg以上）如：鈣、磷、鎂、鉀、鈉、氯、硫等2、 微量元素：在機(jī)體組織中的作用濃度很低，往往以百萬(wàn)分之一（X10-6，ppm）或十億分之一（xlO-9，ppb）甚至更低來(lái)描述，故需要從食物中攝取的量也很低.（1） 、人體必需微量元素：8種碘12、鋅Zn、硒Sn、鐵Fe、銅Cu、鉬Mo、鉻Cr、鉆Co（2） 、可能必需的元素：5種錳Mn、硅Si、硼B(yǎng)、釩V、鎳Ni（3） 、具有潛在毒性，但低劑量時(shí)可能是人體必需的元素：7種氟F、鉛Sb、鎘Cd、汞Hg、砷As、鋁A1、錫Sn特別說(shuō)明：1、微量元素的濃度與功能形式常嚴(yán)格局限在一定的范圍內(nèi)，有的元素這個(gè)范圍相當(dāng)窄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(jué)減退，出現(xiàn)厭食，發(fā)育不良等，過(guò)多會(huì)得胃腸炎。（取頭發(fā)進(jìn)行測(cè)定可知人體內(nèi)Zn含量情況）。2000年8月調(diào)查：北京、廣州等城市兒童低鋅率44%，而山區(qū)兒童僅為32.4%（低于正常值）2、微量元素的功能形式、化學(xué)價(jià)態(tài)、化學(xué)形勢(shì)非常重要。例：鉻的+6價(jià)毒性大，+3價(jià)對(duì)人體有益（如Cr2O3、Cr（OH）3）。無(wú)機(jī)鍺毒性大，有機(jī)鍺毒性小。3、對(duì)這些微量元素不能盲目的補(bǔ)，要適量，要適宜。有時(shí)有益量與有害量相差很小。如硒：正常需要量與中毒量之間相差不到10倍。1．機(jī)體少量攝入后能與機(jī)體組織起作用，破壞正常的生理機(jī)能，導(dǎo)致機(jī)體暫時(shí)或長(zhǎng)期的病理改變，甚至危及生命的化學(xué)元素。如Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，這些元素在體內(nèi)不易排出，有積蓄性，半衰期都很長(zhǎng)。例：①甲基汞：在體內(nèi)半衰期為70天鉛：在體內(nèi)半衰期為1460天。在骨骼中為10年鎘在體內(nèi)半衰期為16—31年。半衰期是指某種特定物質(zhì)的濃度經(jīng)過(guò)某種反應(yīng)降低到剩下初始時(shí)一半所消耗的時(shí)間2．微量元素與有毒元素在食品衛(wèi)生要求中都有一定的限量規(guī)定，合稱限量元素。這些物質(zhì)進(jìn)入人體的渠道有：水源、土壤、環(huán)境、原料、輔料、添加劑農(nóng)藥、化肥的使用、加工、制造、運(yùn)輸?shù)葞耄蝗萜鞅旧聿患?，金屬帶入鉛、鋅罐頭中酸性錫的溶出；銅器帶入過(guò)量銅；另外，還有呼吸、皮膚。三、測(cè)定的方法：食品中的無(wú)機(jī)元素常以金屬有機(jī)化合物的形式存在，測(cè)定前以有機(jī)物破壞法使待測(cè)組分釋放出來(lái)，而共存元素會(huì)干擾測(cè)定，故需進(jìn)一步分離或濃縮。食品中礦物質(zhì)元素的測(cè)定分析方法主要有：原子吸收分光光度法、溶劑萃取比色法、容量法、化學(xué)滴定法等第一節(jié)鐵的測(cè)定第二節(jié)鈣的測(cè)定人體是由各種物質(zhì)和元素組成的，其中也包括鈣。我們體內(nèi)的鈣質(zhì)大約有l(wèi)kg。鈣在人體內(nèi)無(wú)所不在，大多數(shù)鈣以骨鹽形式存在于骨骼中，約占人體總鈣量的99%，在細(xì)胞外液中約占0.1%。人體內(nèi)鈣水平始終在一種動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，骨組織與細(xì)胞外液的鈣交換永不停止。當(dāng)吸收的鈣不足時(shí)，骨骼會(huì)釋放出鈣以維持正常血鈣標(biāo)準(zhǔn)，使骨鈣與血鈣之間形成平衡。有關(guān)調(diào)查顯示：正常人每天所需鈣劑量為lOOOmg，最低標(biāo)準(zhǔn)為800mg。我國(guó)人口膳食中，每天食入鈣量?jī)H為400-600mg，而能吸收的僅20-25%，所以幾乎人人缺鈣。鈣是中國(guó)人最缺乏的營(yíng)養(yǎng)素，每天平均攝入量為405mg，僅達(dá)到RDA(即需要的數(shù)值)要求800mg的50.6%。人老了會(huì)比年輕時(shí)矮一些，縮短的尺寸在3到l0幾厘米不等。這是由于老年人身體缺鈣造成的。當(dāng)吸收的鈣不足時(shí)，骨骼會(huì)釋放出鈣以維持正常血鈣標(biāo)準(zhǔn)，使骨鈣與血鈣之間形成平衡。所以，隨著年齡增加，老年人骨骼開(kāi)始缺鈣，消化吸收功能下降，對(duì)鈣的吸收率降低，骨質(zhì)變得疏松，骨的重量減輕，骨骼慢慢壓縮變短，人也就縮短了。這就是所謂骨質(zhì)疏松癥。早期骨質(zhì)疏松可能不會(huì)引起任何不適，當(dāng)骨鈣丟失較多時(shí)才會(huì)出現(xiàn)腰痛、腿痛、睡覺(jué)時(shí)小腿肚抽筋，出虛汗或全身骨骼疼痛等癥狀。一、高錳酸鉀滴定法：l、原理：樣品經(jīng)過(guò)回話后，鈣與草酸銨生成草酸鈣，經(jīng)硫酸溶解后，用高錳酸鉀溶液滴定，從而計(jì)算出鈣的含量CaCl2+(NH4)2C2O4-CaC2O4+NH4Cl

CaC2O4+H2SO4-CaSO4+H2C2O4

2KMnO4+5H2SO4+3H2SO4-K2SO4+2MnSO4+l0CO2+8H2O2、流程樣品處理:干法灰化-加入l:4鹽酸-水浴蒸干、加入l:4鹽酸轉(zhuǎn)入容量瓶-去離子水洗滌灰化容器-洗滌水轉(zhuǎn)入容量瓶，定容樣品分析：吸取樣液5ml-移入離心管，加入甲基紅指示劑1滴一加入4%草酸銨，1:4醋酸?振蕩，濃氨水調(diào)節(jié)至微黃色?再用1:4醋酸調(diào)節(jié)至為紅色?放置1h，析出沉淀f離心15min,棄上清f沉淀中加入2ml1NH2SO4—70-80°C水浴f高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液滴定至溶液粉色保持30s不褪色3、計(jì)算：X=c*V*5*40*V1*1000W*V2*2000c 高錳酸鉀的濃度的（N）V——滴定時(shí)小號(hào)高錳酸鉀的體積（g）V1 提樣液的體積（ml）V2 測(cè)定樣液的體積（ml）W 樣品的質(zhì)量4、注意事項(xiàng)：（1） 、高錳酸鉀標(biāo)準(zhǔn)液使用時(shí)要用草酸鈉基準(zhǔn)試劑標(biāo)定（2） 、高錳酸鉀滴定時(shí)要不斷振蕩搖勻溶液，該方法比較準(zhǔn)確，但是要離心沉淀。第三節(jié)銅的測(cè)定銅是生物體必須的營(yíng)養(yǎng)元素，在體內(nèi)一般以銅藍(lán)蛋白的形式存在，缺銅時(shí)將導(dǎo)致貧血，心臟肥大，生長(zhǎng)停滯等一系列病癥，銅不足會(huì)影響鐵的利用此外，銅還是工業(yè)上廣泛使用的工業(yè)金屬，銅的化合物一般用作殺蟲(chóng)劑和殺菌劑和消毒劑，在食品加工過(guò)程中常常有與使用銅器導(dǎo)致銅的污染。動(dòng)物內(nèi)臟以及豆類、貝類、魚(yú)類是銅的良好來(lái)源。一、二乙基二硫代氨基甲酸光度法（DDTC）1、原理：樣品消化，在堿液中二乙基二硫代氨基甲酸鈉作用，生成棕黃色絡(luò)合物，可以用有機(jī)溶劑萃取后比色，在440nm處有最大吸收峰。2.流程：吸取1ug/ml的標(biāo)準(zhǔn)溶液0-25ml放于分液漏斗中f加入檸檬酸銨10ml—麝香草酚藍(lán)指示劑3滴一用1:1氨水調(diào)節(jié)有黃色到微藍(lán)色（ph=9.0-9.2）—水調(diào)節(jié)體積到40mlf加入DDTC的鈉鹽2ml+CC1410mlf振蕩1min,靜置分層f四氯化碳過(guò)脫脂棉與干燥比色皿中?440nm比色測(cè)定ABS建立標(biāo)準(zhǔn)曲線?同法測(cè)定樣品的ABS3、注意事項(xiàng)：(1)、實(shí)驗(yàn)中加入四氯化碳，是因?yàn)?，鋅、鎘、汞、鉛、錫與銅試劑生成的配合物可以溶解于四氯化碳，在其中幾乎無(wú)色，無(wú)干擾，此外四氯化碳萃取配合物可以防止膠體懸浮物，起到富集的作用。、加入檸檬酸銨可以防止鐵、鋁、鈣干擾；此外加入EDTA可以掩蔽鎳、鈷元素的干擾。二、吡啶偶氮間苯二酚光度法(PAR)1、原理：酸性溶液中，銅可以與PAR生成棕色的絡(luò)合物，其顏色強(qiáng)度與溶液的銅含量成正比，在540nm處有最大的吸收峰。第四節(jié)原子吸收分光光度法自1954年世界上第一臺(tái)原子吸收分光光度計(jì)問(wèn)世以來(lái)，它的研制與應(yīng)用得到了飛速發(fā)展。已廣泛用于地質(zhì)、冶金、環(huán)境保護(hù)、食品衛(wèi)生檢測(cè)等多種部門的許多領(lǐng)域。由于該法具有其它方法難以比擬的獨(dú)到優(yōu)點(diǎn)，故在最新頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品衛(wèi)生檢測(cè)方法中，常被列作第一法。一、基本原理：原子吸收光譜法是基于基態(tài)自由原子對(duì)特定波長(zhǎng)光吸收的一種測(cè)量方法，它的基本原理是將光源輻射出的待測(cè)元素的特征光譜通過(guò)樣品的蒸汽時(shí)，被蒸汽中待測(cè)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(cè)元素的含量呈正相關(guān)，由此可得出樣品中待測(cè)元素的含量。二、儀器的機(jī)構(gòu)與性能：原子吸收分光光度計(jì)由四個(gè)基本單元系統(tǒng)構(gòu)成，即光源系統(tǒng)、原子化系統(tǒng)、分光系統(tǒng)和檢測(cè)系統(tǒng)。＞光源系統(tǒng)主要產(chǎn)生待測(cè)元素的特征譜線，一般采用空心陰極燈；＞原子化系統(tǒng)主要用于產(chǎn)生待測(cè)元素的原子蒸汽；＞分光系統(tǒng)可以分出通過(guò)火焰的光線中待測(cè)元素的譜線；＞檢測(cè)系統(tǒng)則把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制、放大、處理，最后輸出結(jié)果。其中原子化系統(tǒng)主要包括有火焰原子化器、石墨爐原子化器和氫化物原子化器等三種類型。＞其中火焰化原子化器：樣品經(jīng)過(guò)霧化器噴成細(xì)霧狀，進(jìn)入霧化室形成小霧滴，可以借助燃?xì)庑纬蓺馊苣z，最終點(diǎn)火形成穩(wěn)定的火焰吸收層。＞而石墨爐原子化器以電熱難溶材料石墨為原子化器，樣品在其中高溫熔融，即獲得瞬態(tài)自由電子，樣品在石墨爐中北原子化后再測(cè)定。＞氫化物原子化器主要為石英管，元素生成氫化物再測(cè)定。三、火焰原子吸收法測(cè)定（鐵、鈣、銅、鋅、錫、鋁等金屬）1、 樣品濕法消化，按照儀器說(shuō)明書(shū)，調(diào)節(jié)儀器狹縫，空氣、乙炔的流量等參數(shù)，按照所測(cè)金屬離子波長(zhǎng)確定測(cè)定波長(zhǎng)。2、 繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線：制備標(biāo)準(zhǔn)溶液0.5-4.0m1注入火焰化原子器中測(cè)定吸光度一建立吸光度和含量標(biāo)準(zhǔn)曲線3、 測(cè)定樣品:取濕法消化的樣品溶液、試劑空白一放入到火焰原子化器中測(cè)定吸光度，從標(biāo)準(zhǔn)曲線中查處含量?！?（c一c0）xfxVx100X=—mx1000x 樣品中元素的含量（mg/100g）c 樣品中元素的濃度（ug/ml）C0 試劑空白中元素的濃度V 樣品處理液總體積（ml）f 稀釋倍數(shù)m 樣品的質(zhì)量4、注意事項(xiàng)：（1） 、火焰化原子吸收法，各元素都有最低檢測(cè)限度，比如鐵，0.2ug/ml;鋅.0.4ug/m1。（2） 、不同的元素有其最適宜的火焰溫度和火焰的氧化還原性質(zhì)。改變它們，靈敏度及干擾因素的干擾程度就發(fā)生改變。電離電位低的元素，可使用溫度較低的空氣一煤氣火焰；而電離電位高的元素，宜用高溫火焰（如N20—乙炔焰）。火焰的氧化還原性質(zhì)決定于助燃?xì)?燃?xì)饬髁勘?，它?duì)元素的原子化也有影響。空氣 乙炔火焰特別適用于形成非難熔氧化物的一些元素測(cè)定，如Ca、Cr、Fe、Co、Ni、Mg、Mo、Sr等。N2O-C2H2火焰則適用于形成難熔氧化物的一些元素的測(cè)定，如Al、Si、Ta、Ti、V、Zr等。四、石墨爐原子化法：由于火焰原子化法的原子化程度比較低，且容易被火焰大量稀釋，對(duì)于靈敏度要求高的一些重金屬元素或者元素的含量，石墨爐原子化法比較理想。1、樣品消解制造試樣溶液，按照儀器說(shuō)明書(shū)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)到最佳狀態(tài)，比如波長(zhǎng)、狹縫、燈電流、干燥溫度、原子化程度等2、繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線;\取一定濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液0.1-0.8按照一定要求稀釋與一定波長(zhǎng)下測(cè)定其吸光度，建立標(biāo)準(zhǔn)曲線。3、 樣品測(cè)定：吧處理好的樣品液、空白液加入到石墨爐原子化器中測(cè)定，記錄吸光度，與標(biāo)準(zhǔn)曲線查處含量。4、 計(jì)算“ （c一c0）xfxVx100X=_mx1000x 樣品中元素的含量（mg/100g）c 樣品中元素的濃度（ug/ml）C0 試劑空白中元素的濃度V 樣品處理液總體積（ml）f 稀釋倍數(shù)m 樣品的質(zhì)量5、注意事項(xiàng)（1） 、對(duì)于靈敏度高的元素，本法較為理想，為國(guó)標(biāo)法第一法（2） 、對(duì)于有些金屬，為提高精度，應(yīng)高在樣品消化后加入有機(jī)溶劑萃取富集待測(cè)金屬，如硒元素，要加入吡咯烷二流代甲酸銨（APDC）和甲基異丁基酮（MIBK）分層萃取，MIBK為待測(cè)液。五、原子吸收法最佳條件的確定原子吸收法具有靈敏度高，選擇性好的優(yōu)點(diǎn)，但在應(yīng)用中也受到了許多因素的制約，除了儀器本身的性能影響之外，操作條件的選擇也非常重要，只有選擇合適的測(cè)定參數(shù)，使儀器處于最佳工作狀態(tài)，才能得出優(yōu)良的分析結(jié)果。實(shí)際操作時(shí)，應(yīng)根據(jù)儀器說(shuō)明書(shū)，以及下列條件，選擇合適的測(cè)定參數(shù)。1、火焰原子法：（1）燃?xì)狻⒅細(xì)夥N類、流量和它們間的比值：不同的元素有其最適宜的火焰溫度和火焰的氧化還原性質(zhì)。改變它們，靈敏度及干擾因素的干擾程度就發(fā)生改變。電離電位低的元素，可使用溫度較低的空氣一一煤氣火焰；而電離電位高的元素，宜用高溫火焰（如N20—乙炔焰）。（2） 光路與燈頭的距離：樣品進(jìn)入火焰后，隨著氣流由下往上快速通過(guò)時(shí)，進(jìn)行一系列復(fù)雜的反應(yīng)。蒸發(fā)、裂解為基態(tài)原子，吸收、電離、激發(fā)、復(fù)合為分子等。因此在火焰的不同部位，有不同的基態(tài)原子濃度，靈敏度和干擾程度也各不相同。如Cr6+在還原火焰中，光路通過(guò)燈頭上4mm的吸光值為燈頭上1mm的1/3。有機(jī)溶劑和水溶液的適宜高度也不同，一般前者較后者要小。（3） 溶液提升量：負(fù)壓大，溶液提升量大，且霧化率高，進(jìn)入火焰的樣品也多，可提高靈敏度。但也會(huì)造成降低火焰溫度，和因空氣流量大而稀釋了火焰中的原子蒸氣濃度，靈敏度反而下降。因此，選擇適宜的溶液提升量是必要的。2、石墨爐原子化法（1）干燥溫度和時(shí)間：干燥溫度應(yīng)根據(jù)溶劑或樣品中液態(tài)組分的沸點(diǎn)來(lái)選擇，一般應(yīng)稍高于溶劑的沸點(diǎn)。對(duì)稀的水溶液可在100?130°C之間。所選擇的溫度應(yīng)使溶液不產(chǎn)生沸騰但可較快蒸發(fā)掉，以免樣品飛濺，導(dǎo)致分析精確度降低。干燥時(shí)間取決于樣品體積的大小，一般情況下，10pL用15秒，20yL用20秒，50yL用40秒，lOOyL用60秒。超過(guò)lOOyL者，宜分次進(jìn)樣干燥，但灰化時(shí)間也應(yīng)適當(dāng)增加。（2）灰化溫度