食品中金属元素的测定-石墨炉法

食品中金属元素的检测2矿物元素的概念矿物质是构成人体组织和维持正常生理功能必需的各种元素的总称，是人体必需的七大营养素之一。人体中含有的各种元素，除了碳、氧、氢、氮等主要以水和有机物的形式存在以外，其他的元素统称为矿物质。其中大部分是金属元素。根据矿物在体内含量的高低，可以把矿物质分为常量元素和微量元素两类：常量元素在体内含量比较高，占体重的0.01%以上，如钙、镁、硫、磷、钾、钠、氯等，占矿物质总量的80%。微量元素在体内含量很低，占体重的0.01%以下，如铁、锌、锰、铜、钴、镍、锌、硅、硒、锡、碘、氟等。矿物元素的分类4从营养角度，可将微量元素分为必需元素、可能必需元素、潜在毒性元素。必需元素：含量比较恒定，缺乏时可使机体组织或功能出现异常，且摄入过量易中毒。潜在毒性元素：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，进入体内量稍大就会中毒，甚至危及生命。这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。矿物元素的分类检测的意义1、从营养学角度来说人体健康与体内微量元素的含量密切相关，如果微量元素缺乏、过量或比例失调，就会引起人体一系列的生理和病理反应，影响人体的正常生长发育，严重时会引起疾病发生。所以，从营养学角度来说，测定食品中微量元素含量有一定的意义。比如：铁元素是一种微量元素，它是血红蛋白的主要成分，在体内能够传递氧，人体缺铁的话就会引起缺铁性贫血；铁过量易得“血色病”2、从危害角度来看近年来随着工业的发展，一些不法企业的工业污染大多通过废渣、废水、废气排入环境，造成不少重金属如铅、汞、镉等进入大气、水、土壤引起严重的环境污染，导致这些有害金属元素进入食物中。这些金属元素随食物进入人体内，会转变成具有高毒性的化合物。而且多数金属具有蓄积性，能产生急性和慢性毒性反应，还有可能产生致畸、致癌和致突变的作用。镉污染事件2013年5月，湖南省攸县3家大米厂生产的大米在广东省广州市被查出镉超标。2013年5月16日，广州市食品药品监督管理局在2013年第一季度抽检的大米及米制品的合格率最低，抽检的18批次中只有10批次合格，合格率为55.56%。不合格的8批次原因都是镉含量超标镉不是人体的必要元素，毒性很大，可在人体内积蓄，主要积蓄在肾脏，引起泌尿系统的功能变化镉主要来源有电镀、采矿、冶炼、燃料、电池和化学工业等排放的废水。2013年6月14日，央视曝光了江西南昌皮蛋生产企业使用工业硫酸铜“炮制”皮蛋，工业硫酸铜中含有大量重金属砷、铅、镉。铅：铅超标会引起机体的神经系统、血液系统、消化系统的一系列异常表现，影响人体的正常机能。此外，铅超标还对儿童的智能发育、体格生长、学习能力和听力产生不利影响，一旦进入人体将很难排除。砷：侵入人体后，除由尿液、消化道、唾液、乳腺中排泄外，就蓄积于骨质疏松部、肝、肾、脾、肌肉、头发、指甲等部位。砷作用于神经系统、刺激造血器官，长时期的少量侵入人体，对红血球生成有刺激影响，长期接触砷会引发细胞中毒和毛细管中毒，还有可能诱发恶性肿瘤。皮蛋事件随着生活水平的提高，人们不仅关注食品营养，而且对食品安全问题也十分关注，所以食品中金属元素的检测也变得日趋重要。GB2762-2012《食品安全国家标准食品中污染物限量》对谷物、蔬菜、水果、肉类、水产品、乳品、饮料、酒类等20余大类食品中潜在毒性元素如砷、铅、汞等的含量有严格的规定。食品类别（名称）砷（以As计）（mg/kg）铅（以Pb计）（mg/kg）镉（以Cd计）（mg/kg）汞（以Hg计）（mg/kg）谷物及其制品0.5（总砷）0.20.1叶类蔬菜0.5（总砷）0.30.20.01肉类0.5（总砷）0.20.10.05食用菌0.5（总砷）1.00.20.1鱼类0.1（无机砷）0.50.1——生乳、灭菌乳0.1（总砷）0.05——0.01茶叶——5.0————部分食品中几种元素的限量（GB2762-2012）有些产品的卫生标准对必需元素和潜在毒性元素都进行了限量规定，如《生活饮用水卫生标准》（GB5749－2006）项目标准（mg/L）项目标准（mg/L）项目标准（mg/L）铁0.3砷0.01铬（六价）0.05锰0.1硒0.01铅0.01铜1.0汞0.001铝0.2锌1.0镉0.005学习目标知识目标：

1.会说出食品中铅含量测定原理；

2.会说出原子吸收分光光度计的组成；技能目标：

1.会熟练操作食品中铅测定的样品前处理；

2.会正确使用原子吸收分光光度计对样品进行测定和数据处理；

3.能准确进行数据记录和处理；4.能根据正确评价食品中铅含量是否符合标准。素质目标：

1.培养学生严谨、务实的学习精神；

2.培养学生开拓创新、团结协作的职业素质。检测依据GB5009.12-2012适用范围：适用于食品中铅含量的测定测定原理试样经干法灰化或消解后，注入原子吸收分光光度计石墨炉中，电热原子化后吸收283.3nm共振线，在一定浓度范围内，其吸收值与铅含量成正比，与标准系列比较定量。具体工作任务分解任务3：原子吸收测定任务2：样品预处理任务4：数据记录与计算任务1：主要仪器设备任务一：主要仪器设备原子吸收分光光度计马弗炉任务二、样品预处理1、干法灰化法茶叶粉碎准确称取1~5g样品（精确至0.001g）于瓷坩埚中移入马弗炉中，500℃±25℃灰化6h~8h后，冷却先在电炉上炭化化至无烟用0.5mol/L硝酸将灰分溶解，过滤于25mL容量瓶中少量多次洗涤坩埚，合并洗液于容量瓶中，定容混匀备用。同时，做试剂空白任务二、样品预处理2、过硫酸铵灰化法茶叶粉碎准确称取1~5g样品（精确至0.001g）于瓷坩埚中移入马弗炉中，500℃±25℃灰化2h加2mL~4mL优级纯硝酸浸泡1h用水少量多次洗涤坩埚，合并洗液于容量瓶中，定容混匀备用。同时，做试剂空白先小火炭化冷却后，加2g~3g过硫酸铵盖于上面继续炭化至不冒烟再升至800℃，保持20min后，取出冷却加2mL~3mL1mol/L硝酸溶解灰分3、配制标准曲线铅标准储备液：浓度为1000μg/mL；铅标准使用液：用0.5mol/L硝酸将铅标准储备液稀释成10.00μg/L，20.0μg/L，40.0μg/L，60.0μg/L，80.0μg/L铅的标准使用液。任务三、原子吸收测定仪器：原子吸收分光光度计（附石墨炉）仪器条件：（1）波长：283.3nm；（2）狭缝：0.2mm~1.0mm；（3）灯电流：5mA~7mA；（4）干燥温度：120℃，20s；（5）灰化温度：450℃，持续15s~20s；（6）原子化温度：1700℃~2300℃，持续4s~5s；（7）背景校正为氘灯或塞曼效应。任务三、原子吸收测定1、标准曲线：吸取配制好的铅标准使用液10μg/L，20μg/L，40μg/L，60μg/L，80μg/L各10μL，注入石墨炉，测得其吸光值，并以浓度为横坐标，吸光值为纵坐标做标准曲线。2、试样测定：分别吸取样液和试剂空白液各10μL，注入石墨炉，测得其吸光值，带入标准曲线的方程求得样液中铅的含量。标准曲线图任务四、数据记录与计算项目名称样品名称接样日期设备检验日期检验依据GB5009.12-2010石墨炉原子吸收光谱法样品质量M（g）样液定容总体积V（mL）测定液中铅的浓度C1（μg/L）空白液中铅的浓度C0（μg/L）计算公式X=试样中铅的含量X（mg/kg）试样中铅含量的平均值（mg/kg）标准规定分析结果的精密度在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的20%。本次实验分析结果的精密度X（mg/㎏）=式中：

X——试样中铅的含量,单位为毫克每千克（mg/kg）；

C1——测定液中铅的浓度，单位为微克每升（μg/L）；

C0——空白液中铅的浓度，单位为微克每升（μg/L）；

V——样液定容总体积，单位为毫升（mL）；

m——试样的质量，单位为克（g）。以重复性条件下获得的两次独立测定结果的算术平均值表示，结果保留两位有效数字。精密度：在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的20%。计算公式：知识拓展1、原子吸收分光光度计原子吸收分光光度计又称原子吸收光谱仪，根据物质基态原子蒸汽对特征辐射吸收的作用来进行金属元素分析，它能够灵敏可靠的测定微量或痕量元素。原子吸收光谱分析，由于其灵敏度高、干扰少、分析方法简单快速，现巳广泛地应用于工业、农业、生化、地质、冶金、食品、环保等各个领域。2、原子分光光度计原理原子吸收分光光度计是元素在原子化器中被加热原子化，成为基态原子蒸汽，空心阴极灯发射的特征谱线通过样品的蒸气时，被蒸气中待测元素的基态原子选择性吸收。在一定浓度范围内，其吸收强度与试液中被测元素的含量成正比，由此可得出样品中待测元素的含量。3、原子分光光度计的组成原子吸收分光光度计一般由光源、原子化器、单色器、检测器和信号处理系统组成。原子吸收分光光度计示意图3、原子分光光度计的组成（1）光源：空心阴极灯，提供待测元素的特征波长光。每测一种元素均需更换相应的空心阴极灯。空心阴极灯组成一个带有石英窗的玻璃管，管内充入低压惰性气体一个空心圆柱形阴极：待测元素的高纯金属或一个阳极：钨棒（2）原子化器：主要有四种类型：火焰原子化器、石墨炉原子化器、氢化物发生原子化器及冷蒸气发生原子化器。（a）火焰原子化器：由雾化器及燃烧灯头等主要部件组成。其功能是将供试品溶液雾化成气溶胶后，再与燃气混合，进入燃烧灯头产生的火焰中，以干燥、蒸发、离解供试品，使待测元素形成基态原子。燃烧火焰由不同种类的气体混合物产生，常用乙炔—空气火焰。（b）石墨炉原子化器：由电热石墨炉及电源等部件组成。其功能是将供试品溶液干燥、灰化，再经高温原子化使待测元素形成基态原子。一般以石墨作为发热体，炉中通入保护气，以防氧化并能输送试样蒸气。（c）氢化物发生原子化器：由氢化物发生器和原子吸收池组成，可用于砷、锗、铅、镉、硒、锡、锑等元素的测定。其功能是将待测元素在酸性介质中还原成低沸点、易受热分解的氢化物，再由载气导入由石英管、加热器等组成的原子吸收池，在吸收池中氢化物被加热分解，并形成基态原子。（d）冷蒸气发生原子化器：由汞蒸气发生器和原子吸收池组成，专门用于汞的测定。其功能是将供试品溶液中的汞离子还原成汞蒸气，再由载气导入石英原子吸收池，进行测定。目前普遍应用的是火焰原子化器和石墨炉原子化器，因而原子吸收分光光度计，就有火焰原子吸收分光光度计和带石墨炉的原子吸收分光光度计。火焰原子化器：优点：操作简便，重现性好，有效光程大，对大多数元素有较高灵敏度，因此应用广泛。缺点：原子化效率低，灵敏度不够高，而且一般不能直接分析固体样品。石墨炉原子化器