第六章、微量元素的测定

第六章微量元素的测定第一节概述矿物成分：构成生物体的50种元素，除去C、H、O、N四种元素构成水分和有机物元素外，其它的元素称为矿物成分。存在形式：除了省量参与有机物组成（S、P）,大多数以无机盐形式存在，尤其是一价元素都成为可溶性盐，大部分离解为离子形式。多价元素则以离子、不溶性盐、胶体溶液形成动态平衡形式存在。一、矿物成分的分类：（一） 对人体营养角度来说，可分为必需元素、非必需元素、有害元素（二） 从人体对其需要量来分：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。1、 常量元素（日膳食需要量100mg以上）如：钙、磷、镁、钾、钠、氯、硫等2、 微量元素：在机体组织中的作用浓度很低，往往以百万分之一（X10-6，ppm）或十亿分之一（xlO-9，ppb）甚至更低来描述，故需要从食物中摄取的量也很低.（1） 、人体必需微量元素：8种碘12、锌Zn、硒Sn、铁Fe、铜Cu、钼Mo、铬Cr、钻Co（2） 、可能必需的元素：5种锰Mn、硅Si、硼B、钒V、镍Ni（3） 、具有潜在毒性，但低剂量时可能是人体必需的元素：7种氟F、铅Sb、镉Cd、汞Hg、砷As、铝A1、锡Sn特别说明：1、微量元素的浓度与功能形式常严格局限在一定的范围内，有的元素这个范围相当窄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）2、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。3、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。如硒：正常需要量与中毒量之间相差不到10倍。1．机体少量摄入后能与机体组织起作用，破坏正常的生理机能，导致机体暂时或长期的病理改变，甚至危及生命的化学元素。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16—31年。半衰期是指某種特定物質的濃度經過某種反應降低到剩下初始時一半所消耗的時間2．微量元素与有毒元素在食品卫生要求中都有一定的限量规定，合称限量元素。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。三、测定的方法：食品中的无机元素常以金属有机化合物的形式存在，测定前以有机物破坏法使待测组分释放出来，而共存元素会干扰测定，故需进一步分离或浓缩。食品中矿物质元素的测定分析方法主要有：原子吸收分光光度法、溶剂萃取比色法、容量法、化学滴定法等第一节铁的测定第二节钙的测定人体是由各种物质和元素组成的，其中也包括钙。我们体内的钙质大约有lkg。钙在人体内无所不在，大多数钙以骨盐形式存在于骨骼中，约占人体总钙量的99%，在细胞外液中约占0.1%。人体内钙水平始终在一种动态平衡状态，骨组织与细胞外液的钙交换永不停止。当吸收的钙不足时，骨骼会释放出钙以维持正常血钙标准，使骨钙与血钙之间形成平衡。有关调查显示：正常人每天所需钙剂量为lOOOmg，最低标准为800mg。我国人口膳食中，每天食入钙量仅为400-600mg，而能吸收的仅20-25%，所以几乎人人缺钙。钙是中国人最缺乏的营养素，每天平均摄入量为405mg，仅达到RDA(即需要的数值)要求800mg的50.6%。人老了会比年轻时矮一些，缩短的尺寸在3到l0几厘米不等。这是由于老年人身体缺钙造成的。当吸收的钙不足时，骨骼会释放出钙以维持正常血钙标准，使骨钙与血钙之间形成平衡。所以，随着年龄增加，老年人骨骼开始缺钙，消化吸收功能下降，对钙的吸收率降低，骨质变得疏松，骨的重量减轻，骨骼慢慢压缩变短，人也就缩短了。这就是所谓骨质疏松症。早期骨质疏松可能不会引起任何不适，当骨钙丢失较多时才会出现腰痛、腿痛、睡觉时小腿肚抽筋，出虚汗或全身骨骼疼痛等症状。一、高锰酸钾滴定法：l、原理：样品经过回话后，钙与草酸铵生成草酸钙，经硫酸溶解后，用高锰酸钾溶液滴定，从而计算出钙的含量CaCl2+(NH4)2C2O4-CaC2O4+NH4Cl

CaC2O4+H2SO4-CaSO4+H2C2O4

2KMnO4+5H2SO4+3H2SO4-K2SO4+2MnSO4+l0CO2+8H2O2、流程样品处理:干法灰化-加入l:4盐酸-水浴蒸干、加入l:4盐酸转入容量瓶-去离子水洗涤灰化容器-洗涤水转入容量瓶，定容样品分析：吸取样液5ml-移入离心管，加入甲基红指示剂1滴一加入4%草酸铵，1:4醋酸〜振荡，浓氨水调节至微黄色〜再用1:4醋酸调节至为红色〜放置1h，析出沉淀f离心15min,弃上清f沉淀中加入2ml1NH2SO4—70-80°C水浴f高锰酸钾标准液滴定至溶液粉色保持30s不褪色3、计算：X=c*V*5*40*V1*1000W*V2*2000c 高锰酸钾的浓度的（N）V——滴定时小号高锰酸钾的体积（g）V1 提样液的体积（ml）V2 测定样液的体积（ml）W 样品的质量4、注意事项：（1） 、高锰酸钾标准液使用时要用草酸钠基准试剂标定（2） 、高锰酸钾滴定时要不断振荡摇匀溶液，该方法比较准确，但是要离心沉淀。第三节铜的测定铜是生物体必须的营养元素，在体内一般以铜蓝蛋白的形式存在，缺铜时将导致贫血，心脏肥大，生长停滞等一系列病症，铜不足会影响铁的利用此外，铜还是工业上广泛使用的工业金属，铜的化合物一般用作杀虫剂和杀菌剂和消毒剂，在食品加工过程中常常有与使用铜器导致铜的污染。动物内脏以及豆类、贝类、鱼类是铜的良好来源。一、二乙基二硫代氨基甲酸光度法（DDTC）1、原理：样品消化，在碱液中二乙基二硫代氨基甲酸钠作用，生成棕黄色络合物，可以用有机溶剂萃取后比色，在440nm处有最大吸收峰。2.流程：吸取1ug/ml的标准溶液0-25ml放于分液漏斗中f加入柠檬酸铵10ml—麝香草酚蓝指示剂3滴一用1:1氨水调节有黄色到微蓝色（ph=9.0-9.2）—水调节体积到40mlf加入DDTC的钠盐2ml+CC1410mlf振荡1min,静置分层f四氯化碳过脱脂棉与干燥比色皿中〜440nm比色测定ABS建立标准曲线〜同法测定样品的ABS3、注意事项：(1)、实验中加入四氯化碳，是因为，锌、镉、汞、铅、锡与铜试剂生成的配合物可以溶解于四氯化碳，在其中几乎无色，无干扰，此外四氯化碳萃取配合物可以防止胶体悬浮物，起到富集的作用。、加入柠檬酸铵可以防止铁、铝、钙干扰；此外加入EDTA可以掩蔽镍、钴元素的干扰。二、吡啶偶氮间苯二酚光度法(PAR)1、原理：酸性溶液中，铜可以与PAR生成棕色的络合物，其颜色强度与溶液的铜含量成正比，在540nm处有最大的吸收峰。第四节原子吸收分光光度法自1954年世界上第一台原子吸收分光光度计问世以来，它的研制与应用得到了飞速发展。已广泛用于地质、冶金、环境保护、食品卫生检测等多种部门的许多领域。由于该法具有其它方法难以比拟的独到优点，故在最新颁布的国家标准食品卫生检测方法中，常被列作第一法。一、基本原理：原子吸收光谱法是基于基态自由原子对特定波长光吸收的一种测量方法，它的基本原理是将光源辐射出的待测元素的特征光谱通过样品的蒸汽时，被蒸汽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，由此可得出样品中待测元素的含量。二、仪器的机构与性能：原子吸收分光光度计由四个基本单元系统构成，即光源系统、原子化系统、分光系统和检测系统。＞光源系统主要产生待测元素的特征谱线，一般采用空心阴极灯；＞原子化系统主要用于产生待测元素的原子蒸汽；＞分光系统可以分出通过火焰的光线中待测元素的谱线；＞检测系统则把光信号转换成电信号，经调制、放大、处理，最后输出结果。其中原子化系统主要包括有火焰原子化器、石墨炉原子化器和氢化物原子化器等三种类型。＞其中火焰化原子化器：样品经过雾化器喷成细雾状，进入雾化室形成小雾滴，可以借助燃气形成气溶胶，最终点火形成稳定的火焰吸收层。＞而石墨炉原子化器以电热难溶材料石墨为原子化器，样品在其中高温熔融，即获得瞬态自由电子，样品在石墨炉中北原子化后再测定。＞氢化物原子化器主要为石英管，元素生成氢化物再测定。三、火焰原子吸收法测定（铁、钙、铜、锌、锡、铝等金属）1、 样品湿法消化，按照仪器说明书，调节仪器狭缝，空气、乙炔的流量等参数，按照所测金属离子波长确定测定波长。2、 绘制标准曲线：制备标准溶液0.5-4.0m1注入火焰化原子器中测定吸光度一建立吸光度和含量标准曲线3、 测定样品:取湿法消化的样品溶液、试剂空白一放入到火焰原子化器中测定吸光度，从标准曲线中查处含量。“ （c一c0）xfxVx100X=—mx1000x 样品中元素的含量（mg/100g）c 样品中元素的浓度（ug/ml）C0 试剂空白中元素的浓度V 样品处理液总体积（ml）f 稀释倍数m 样品的质量4、注意事项：（1） 、火焰化原子吸收法，各元素都有最低检测限度，比如铁，0.2ug/ml;锌.0.4ug/m1。（2） 、不同的元素有其最适宜的火焰温度和火焰的氧化还原性质。改变它们，灵敏度及干扰因素的干扰程度就发生改变。电离电位低的元素，可使用温度较低的空气一煤气火焰；而电离电位高的元素，宜用高温火焰（如N20—乙炔焰）。火焰的氧化还原性质决定于助燃气/燃气流量比，它对元素的原子化也有影响。空气 乙炔火焰特别适用于形成非难熔氧化物的一些元素测定，如Ca、Cr、Fe、Co、Ni、Mg、Mo、Sr等。N2O-C2H2火焰则适用于形成难熔氧化物的一些元素的测定，如Al、Si、Ta、Ti、V、Zr等。四、石墨炉原子化法：由于火焰原子化法的原子化程度比较低，且容易被火焰大量稀释，对于灵敏度要求高的一些重金属元素或者元素的含量，石墨炉原子化法比较理想。1、样品消解制造试样溶液，按照仪器说明书调节有关参数到最佳状态，比如波长、狭缝、灯电流、干燥温度、原子化程度等2、绘制标准曲线;\取一定浓度标准溶液0.1-0.8按照一定要求稀释与一定波长下测定其吸光度，建立标准曲线。3、 样品测定：吧处理好的样品液、空白液加入到石墨炉原子化器中测定，记录吸光度，与标准曲线查处含量。4、 计算“ （c一c0）xfxVx100X=_mx1000x 样品中元素的含量（mg/100g）c 样品中元素的浓度（ug/ml）C0 试剂空白中元素的浓度V 样品处理液总体积（ml）f 稀释倍数m 样品的质量5、注意事项（1） 、对于灵敏度高的元素，本法较为理想，为国标法第一法（2） 、对于有些金属，为提高精度，应高在样品消化后加入有机溶剂萃取富集待测金属，如硒元素，要加入吡咯烷二流代甲酸铵（APDC）和甲基异丁基酮（MIBK）分层萃取，MIBK为待测液。五、原子吸收法最佳条件的确定原子吸收法具有灵敏度高，选择性好的优点，但在应用中也受到了许多因素的制约，除了仪器本身的性能影响之外，操作条件的选择也非常重要，只有选择合适的测定参数，使仪器处于最佳工作状态，才能得出优良的分析结果。实际操作时，应根据仪器说明书，以及下列条件，选择合适的测定参数。1、火焰原子法：（1）燃气、助燃气种类、流量和它们间的比值：不同的元素有其最适宜的火焰温度和火焰的氧化还原性质。改变它们，灵敏度及干扰因素的干扰程度就发生改变。电离电位低的元素，可使用温度较低的空气一一煤气火焰；而电离电位高的元素，宜用高温火焰（如N20—乙炔焰）。（2） 光路与灯头的距离：样品进入火焰后，随着气流由下往上快速通过时，进行一系列复杂的反应。蒸发、裂解为基态原子，吸收、电离、激发、复合为分子等。因此在火焰的不同部位，有不同的基态原子浓度，灵敏度和干扰程度也各不相同。如Cr6+在还原火焰中，光路通过灯头上4mm的吸光值为灯头上1mm的1/3。有机溶剂和水溶液的适宜高度也不同，一般前者较后者要小。（3） 溶液提升量：负压大，溶液提升量大，且雾化率高，进入火焰的样品也多，可提高灵敏度。但也会造成降低火焰温度，和因空气流量大而稀释了火焰中的原子蒸气浓度，灵敏度反而下降。因此，选择适宜的溶液提升量是必要的。2、石墨炉原子化法（1）干燥温度和时间：干燥温度应根据溶剂或样品中液态组分的沸点来选择，一般应稍高于溶剂的沸点。对稀的水溶液可在100〜130°C之间。所选择的温度应使溶液不产生沸腾但可较快蒸发掉，以免样品飞溅，导致分析精确度降低。干燥时间取决于样品体积的大小，一般情况下，10pL用15秒，20yL用20秒，50yL用40秒，lOOyL用60秒。超过lOOyL者，宜分次进样干燥，但灰化时间也应适当增加。（2）灰化温度