第四章灰分和矿物质测定

第四章灰分和矿物质的测定第一节概述第二节总灰分的测定样品的预处理灰化方法加速灰化方法.第三节水溶性灰分与酸溶性灰分的测定第四节酸不溶性灰分的测定第一节概述1、食品的组成十分复杂，由大量有机物质和丰富的无机成分组成。2、灰分的概念在高温灼烧时，食品发生一系列物理和化学变化，最后有机成分挥发逸散，而无机成分（主要是无机盐和氧化物）则残留下来，这些残留物称为灰分。它标示食品中无机成分总量的一项指标。3、粗灰分（总灰分）的概念

灰分不完全或不确切地代表无机物的总量，如某些金属氧化物会吸收有机物分解产生的CO2而形成碳酸盐，使无机成分增多了，有的又挥发了（如Cl、I、Pb为易挥发元素。P、S等也能以含氧酸的形式挥发散失）。从这个观点出发通常把食品经高温灼烧后的残留物称为——粗灰分（总灰分）。酸溶性灰分酸不溶性灰分总灰分水溶性灰分水不溶性灰分4．水溶性灰分——反映可溶性K、Na、Ca、Mg等的氧化物和盐类的含量。可反映果酱、果冻等制品中果汁的含量。

5.酸溶性灰分——反映Fe、Al等氧化物、碱土金属的碱式磷酸盐的含量。6.酸不溶性灰分——反映污染的泥沙及机械物和食品中原来存在的微量SiO2的含量。7．灰分测定的意义

考察食品的原料及添加剂的使用情况；灰分指标是一项有效的控制指标；如：（1）面粉生产，往往在分等级时要用灰分指标，因小麦麸皮的灰分含量比胚乳高20倍。富强粉应为0.3~0.5%，标准粉应为0.6~0.9%，（2）生产明胶、果胶类胶制品，灰分是它胶冻性能的标志。水溶性灰分——指示果酱、果冻等制品中的水果含量；酸不溶性灰分——来自原料本身中的或加工过程中从环境污染混入产品中的泥砂等机械污染物，以及样品组织中的微量硅。所以，灰分可作为检验食品加工过程污染情况的一项控制指标。灰分是食品成分全分析的项目之一。表4-1部分食品的灰分含量摘自USDANutrientDatabase的参考文献（1997.8.11-1）食品种类灰分含量(按湿基计)%食品种类灰分含量(按湿基计)%谷物、面包、面制品水果和蔬菜大米（褐色，大颗粒，生）1.5苹果（带皮，未经加工）0.3玉米片（整粒，黄色）1.1香蕉（未经加工）0.8去胚玉米（整粒磨碎，白色罐装）0.9土豆（带皮，未经加工）1.6白米（大颗粒，生的，强化）0.6葡萄干1.8小麦粉（整粒）1.6樱桃（甜，未经加工）0.5通心粉（干的，浓缩）0.7西红柿（红色，成熟，未经加工）0.4黑麦面包2.5肉、家禽和渔产品牛奶制品鲜鸡蛋（全部，未经加工，新鲜）0.9牛奶（未经浓缩，液状）0.7鱼片（去骨、糊状、或涂面包屑油炸）2.5牛奶(浓缩)1.6猪肉（新鲜的、腿心、全部、未经加工）0.9奶油(含盐)2.1汉堡包（单层小馅饼、普通的）1.7奶油(半液状)0.7鸡肉（烤或炸、胸脯肉、未经加工）1.0大豆人造奶油（硬状，普通）2.0牛肉（颈肉，烤前腿，未经加工）0.9普通低脂酸奶0.7第二节总灰分的测定GB/T5009.4《食品中灰分的测定方法》灰化方法干法湿法干法－湿法微波法等温等离子（一）干法测定灰分的原理

将食品经炭化后置于500-600℃高温炉内灼烧水分及挥发物质以气态放出。有机物质中的碳、氢、氮等元素与有机物质本身的氧及空气中的氧生成二氧化碳、氮的氧化物及水分而散失。无机物质以硫酸盐、磷酸盐、碳酸盐、氯化物等无机盐和金属氧化物的形式残留下来，即为灰分。（二）灰化条件

灰化容器

取样量

灰化温度

灰化时间灰化容器——坩埚

坩埚材质有多种：

①素瓷

②铂

③石英

④铁

⑤镍等，个别情况也可使用蒸发皿。①素瓷坩埚优点：耐高温可达1200℃，内壁光滑，耐酸，价格低廉。缺点：

⑴耐碱性差，灰化碱性食品（如水果、蔬菜、豆类等），坩埚内壁的釉质会部分溶解，反复多次使用后，往往难以得到恒重。

⑵温度骤变时，易炸裂破碎。②铂坩埚

优点：耐高温达1773℃，导热良好，耐碱，耐HF,吸湿性小。缺点：价格昂贵，约为黄金的9倍，要有专人保管，免丢失。使用不当会腐蚀或发脆。坩埚标记为了便于识别，所用的坩埚应做标记。用一般记号笔在坩埚上所做的标记在灰化过程中会消失。实验室现都采用用钢针蘸上墨水在坩埚上刻上标记的方法，也可先用金钢刀琢刻，然后用0.5mol/LFeCl3（20%HCl）溶液做标记，另外，将铁钉溶解在浓盐酸中可形成一种可作良好标记的褐色粘性物质。(坩埚盖子与埚要配套)

取样量根据试样种类和性状来定，一般控制灼烧后灰分为10～100mg。通常：乳粉、麦乳精、大豆粉、调味料、水产品等取1～2g。谷物及制品、肉及制品、糕点、牛乳等取3～5g。蔬菜及制品、砂糖及制品、蜂蜜、奶油等取5～10g。水果及制品取20g、油脂取50g。3、灰化温度

对灰分测定结果影响很大由于各种食品中的无机成分组成性质及含量不同，灰化温度也不同，一般为525℃-600℃，谷类的饲料达600℃以上。?过高－－挥；过低－－慢；过快－－、长、不完全、CO2

除不净爆燃要在保证灰化完全的前提下，尽可能减少无机成分的挥发损失和缩短灰化时间。温度太高，将引起K、Na、Cl等元素的挥发损失，磷酸盐、硅酸盐也会熔融，将碳粒包藏起来，使元素无法氧化。温度太低，则灰化速度慢，时间长，不宜灰化完全，也不利于除去过剩的碱性食物吸收的CO2。鱼类、海产品、乳制品小于等于550℃；果蔬及其制品、砂糖、肉制品小于等于525℃；个别样品（如谷类饲料）可达到600℃。灰化时间

一般以灼烧至灰分呈白色或浅灰色。无碳粒存在并达到恒重（两次结果相差<0.5mg

）为止。但是有些不是?(如铁含量高的－褐色；锰、铜含量高的－篮绿色）总的灰化时间一般为2~5小时，个别样品有规定温度、时间。（三）加速灰化的方法

初步灼烧后，加入少量无离子水：使水溶性盐类溶解，被包住的碳粒暴露出来添加硝酸、碳酸铵（疏松剂）、双氧水，这些物质经灼烧后完全消失不至于增加残灰的重量。加入醋酸镁、硝酸镁等助灰化剂(避免磷酸过剩的情况），需要做空白对照磷酸将以磷酸二氢钾的形式存在，容易形成在比较低的温度下熔融的无机物，因而包住未灰化的碳造成供氧不足，难以完全灰化。有些样品难于灰化，如含磷较多的谷物及其制品。磷酸过剩于阳离子，灰化过程中易形成KH2PO4、NaH2PO4等，会熔融而包住C粒，即使灰化相当长时间也达不到恒重。⑴样品初步灼烧后，取出，冷却，从灰化容器边缘慢慢加入少量无离子水，使残灰充分湿润（不可直接洒在残灰上，以防残灰飞扬损失），用玻璃棒研碎，使水溶性盐类溶解，被包住的C粒暴露出来，把玻璃棒上粘的东西用水冲进容器里，在水浴上蒸发至干涸，至120~130℃烘箱内干燥，再灼烧至恒重。⑵经初步灼烧后，放冷，加入几滴HNO3、H2O2等，蒸干后再灼烧至恒重，利用它们的氧化作用来加速C粒灰化。也可加入10％（NH4）2CO3等疏松剂，在灼烧时分解为气体逸出，使灰分呈松散状态，促进灰化。这些物质的添加不会增加残灰的质量，灼烧后完全消失。⑶糖类样品残灰中加入硫酸，可以进一步加速。⑷加入MgAc2、Mg(NO3)2等助灰化剂，这类镁盐随灰化而分解，与过剩的磷酸结合，残灰不熔融而呈松散状态，避免了碳粒被包裹，可缩短灰化时间，但产生了MgO会增重，也应做空白试验。⑸添加MgO、CaCO3等惰性不熔物质，它们的作用纯属机械性，它们和灰分混杂在一起，使C粒不受覆盖，应做空白试验，因为它们使残灰增重。（四）总灰分的测定方法（以瓷坩埚为例）

恒重取出入干燥器冷却

30分钟结果计算不恒重灰化1小时炭化样品瓷坩埚的准备马福炉的准备称样品①瓷坩埚的准备根据取样量的大小、样品的性质（如易膨胀等）来选取坩埚的大小。有时样品太多，宜选素瓷蒸发皿。使用的容器大会使称量的误差增大（有的蒸发皿在光电天平中放不下）。将两个坩埚用（1:4）的HCl煮沸1~2小时，洗净凉干。

瓷坩埚的准备：

瓷坩埚→用盐酸（1+4）煮1~2小时

→洗净晾干

→在坩埚外壁及盖上写上编号

→置于规定温度的高温炉中灼烧1小时

→移至炉口冷却到200℃左右*

→移入干燥皿

→冷却至室温

→准确称重

→再放入高温炉内灼烧30分钟

→冷却称重→直至恒重(两次称量之差不超过0.5mg)

用FeCl3+蓝墨水的混合物在坩埚外壁及盖子上编号。打开马福炉，用坩埚钳夹住，先放在炉口预热，因炉内各部位的温度不一致，假如设定600℃，炉内热电偶附近为600±10℃，中间部位为590±10℃，前面部分为560±10℃，不论炉子大小，门口部分温度最低。

真正灼烧时不能放在靠近门口部分，每次开始放入炉内或取出时，都要放在门口缓冲一下温差，不然就会破裂，然后慢慢往里面放，把盖子搭在旁边。稍停一下在关炉门，于规定温度（500~600℃）灼烧半小时，再移至炉口冷却到200℃左右，再移入干燥器中，冷却至室温，准确称量，再入高温炉中烧30分钟，取出冷却称重，直至恒重（两次称重之差不大于0.5mg),记录数据备用。②高温炉（马福炉、蒙弗炉）的准备

SRTX-4-9型箱式电阻炉、

DRZ-4型温度控制仪。接通电源，调好要使用的温度，电线容量要大，因为功率为2000-4000W，不然会失火。如室内配电容量小，其他电器都不得与它同时使用。电加热管式（分1、2、3段），少量样品方便。箱式（有不同体积），要预热，用电量大。样品预处理

几类样品果汁、牛乳等液体试样：准确称取适量试样于瓷坩埚中→水溶液上蒸发近干→炭化。若直接炭化，液体沸腾，易造成溅失。

果蔬、动物组织等含水分较多的试样：制备成均匀的试样→准确称取适量→置烘箱中干燥，→炭化谷物、豆类等水分含量较少的固体试样：粉碎成均匀的试样→取适量试样炭化

富含脂肪的样品：试样制备均匀→准确称取一定量→提取脂肪→将残留物移入坩埚→炭化。

样品的预处理

可用测定水分之后的样品。⑴富含脂肪的样品先提取脂肪后再测灰分。⑵对于液体样品应先在水浴上蒸干，否则直接炭化，液体沸腾易造成溅失。⑶果蔬、动物组织等含水分较多的样品,先制备成均匀样品，再准确称取样品置于已知重量坩埚中，放烘箱中干燥（先60～70℃，后105℃），再炭化。⑷谷物、豆类等水分含量较少的固体样，粉碎均匀后可直接称取、炭化。炭化（预灰化）

目的：防止在灼烧时，试样中的水分急剧蒸发使试样飞扬；防止糖、蛋白质、淀粉在高温下发泡膨胀而溢出坩埚；不经炭化而直接灰化，碳粒易被包住，灰化不完全。

一般在电炉或煤气灯或酒精灯上进行

操作：半盖坩埚盖，小心加热直到无黑烟产生。对特别容易膨胀的试样，可先于试样中加数滴辛醇或纯植物油，再进行炭化。

4.灰化

炭化后，把坩埚移入已达规定温度的高温炉口，稍停片刻，再慢慢移入炉膛内，以下操作同求坩埚恒重时一样，至恒重。5.结果计算

m1—空坩埚质量，gm2—样品+空坩埚质量，gm3—残灰+空坩埚质量，gB—空白试验残灰重，g×100%灰分=×100%如有空白试验为6.说明：①从干燥器中取出冷却的坩埚时，因内部成真空，开盖恢复常压时应让空气缓缓进入，以防残灰飞散。②灰化后的残渣可留作Ca、P、Fe等成分的分析。③用过的坩埚，应把残灰及时倒掉，初步洗刷后，用粗HCl(废）浸泡10~20分钟，再用水冲刷洗净。④日本有采用自制铝箔杯直接灰化的。特点：杯子不吸湿好恒重，本身重量轻，好冷却，减小误差。在600℃以下，可稳定使用，用圆形铝箔套在塑料瓶上向上捻成杯状。⑤测定值％中小数点后保留一位小数。⑥测定食糖中总灰分可用电导法，简单、迅速、准确，免泡沫的麻烦。富含盐的食品可将水不溶性组分和富盐水提取液分别灰化。为了防止溅出，使用坩埚盖。炭化时要注意热源强度，防止产生大量泡沫溢出坩埚

放入和拿出时，坩埚需预热或冷却，防止因温度剧变而使坩埚破裂。

灼烧后的坩埚应冷却到200℃以下再移入干燥器（否则因热的对流作用，易造成残灰飞散，且冷却速度慢，冷却后干燥器内形成较大真空，盖子不易打开）。三、水溶性灰分和水不溶性灰分的测定测定总灰分所得残留物→加入25ml无离子水→加热至沸→用无灰滤纸过滤→用热无离子水分多次洗涤坩埚，滤纸及残渣→将残渣连同滤纸移回原坩埚→水浴上蒸干→干燥→灼烧→冷却→称重至恒重

m4—不溶性灰分+原坩埚质量gm1—原坩埚质量gm2—样品+原坩埚质量g水溶性灰分％=总灰分％-水不溶性灰分％计算：水不溶性灰分=×100%四、酸不溶性灰分的测定

取水不溶性灰分或总灰分的残留物，加入25ml0.1mol/L的HCl，放在小火上轻微煮沸，用无灰滤纸过滤后，再用热水洗涤至不显酸性为止，将残留物连同滤纸置坩埚中进行干燥、炭化、灰化，直到恒重。计算:酸不溶性灰分％=×100%

m5—酸不溶性灰分+坩埚质量

m1—原坩埚质量

m2—样品+原坩埚质量无灰滤纸（定量滤纸）按灰分分为三个等级甲＜0.01％乙＜0.03％丙＜0.06％是化学纯度高度纯洁，疏松多孔，有一定过滤速度，显中性，耐稀酸。灰分碱度水果类和蔬菜类的灰分为碱性(Ca、Mg、K、Na)，而肉类和一些谷物类的灰分是酸性的(P、S、Cl)，灰分的碱度已经被作为水果和水果汁的一种质量指标。柠檬酸盐、苹果酸盐和酒石酸盐在灼烧时产生的碳酸盐、磷酸盐会干扰此测定。此方法已经用于计算食品的酸碱平衡。测定灰分碱度(总）的操作步骤如下：1.将灰分移入容器中(总灰分或水不溶性灰分)，并精确添加10ml0.1mol/L的HCl。2.必要时添加沸水并在水浴中加热。3.冷却，定容。4.用0.1mol/L标准NaOH溶液滴定过量的HCl，用甲基橙作指示剂。5.以ml（1mol/L酸）/100g样品为表示单位。五、湿法灰化原理：在强酸、强氧化并加热的条件下，有机物被分解，无机盐和金属离子则被留在溶液中。试剂：硫酸、硫酸-硝酸、高氯酸-硝酸-硫酸、高氯酸-硫酸、硝酸-高氯酸整个过程都在液体状态下加热进行，故称湿法灰化。也称湿法氧化或湿法分解，它主要用于矿物质分析和有毒元素分析的样品预处理。优点：样品中的矿物质溶解在溶液中，氧化的温度较低，金属等挥发损失小，氧化时间短。缺点：需要操作人员经常看管，需要氧化剂，消化样品少，操作必需在通风橱内进行。湿法优缺点用硝酸-高氯酸进行湿法氧化的操作步骤，与AOAC法测定植物中金属元素方法975.03相类似：1.

将1g干燥研碎的样品，放入150毫升的格氏烧杯中。2.

加10毫升硝酸浸泡，如果是高脂样品可以浸泡过夜。3.

加入3毫升60%的高氯酸(预防措施：在移取过程中，在移液管下方方一只烧杯)，放在电炉上缓慢加热至350°C，直到起泡结束和硝酸基本挥发干。4.

继续加热至高氯酸产生大量烟雾，然后在烧杯上放置观测玻片，观察溶液颜色至无色或浅黄色，液体不能烧干。5.

移去烧杯，冷却。6.

少量的蒸馏水洗涤观测玻片，然后再加入10毫升5%的盐酸。7.

移入50毫升容量瓶中定容。8.

结束后冲洗高氯酸（通风橱中）。六、改良的湿法-干法氧化样品在100℃或微波炉中蒸干。在电炉上加热至停止冒烟。在525℃的条件下灰化3～5小时。冷却，用蒸馏水湿润，加0.3～0.5毫升的硝酸溶解。在电炉或蒸汽浴上蒸干，在525℃条件下灰化1～2小时。在干燥器中冷却后，称重。如果仍有炭化物，重复步骤4和5(注意：重复灰化可能使钾元素挥发)。七、低温等离子灰化用一个高频电磁场发生器产生初生态氧，在低真空的条件下，可氧化所有的有机物。通过调整电源频率可改变灰化的速度，使之成为一个较缓和的灰化过程，灰分物质的微观结构（例如片状的草酸钙晶柱）保持良好。优点：与典型的干法灰化相比，损失的微量元素少，使用的低温(小于150℃)通常使细微的晶体结构保持不变。缺点：样品容量小和设备的损耗。在灰化易挥发性盐样品时，是首选的方法。八、微波灰化在一个封闭系统中微波湿法灰化，可以程序升温，先脱水，然后灰化，同时可控制真空度和温度。微波湿法消化比干法灰化时间短，快速且安全（已有专门的设备，家用微波炉使用时注意安全）。如：面粉的微波干法灰化只需10～20分钟。对照试验显示，使用这种微波系统干法灰化约40分钟的效果相当与在一个传统的马福炉中灰化4小时，对于植物样品（除铜的测定外），已证明用微波系统灰化20分钟就足够了，而要得到类似的结果，用马福炉则需要40分钟。这种微波灰化技术可显著加快分析速度，但其一次所能处理的样品数量有限。

介绍一种新的样品处理技术——微波密闭消解高压消解+微波快速加热微波加热原理：微波——300～300000Mhz间的电磁波。微波密闭消解常用2450Mhz

为工作频率。微波产生的电磁场正负信号变换24.5亿次/每秒钟，溶液中极性分子在微波电场作用下，以24.5亿次/每秒钟的速度改变其正负方向，使分子产生高速的碰撞和摩擦而产生高热。同时还有离子的导电作用。样品和溶剂放在密闭容器里进行微波加热，产生高压。消解速度是传统方法的10～100倍，消解完全彻底，回收率高，易挥发元素损失少，环境污染少，劳动强度低等优点。操作简便：只需把样品及溶剂防入消解罐，调整好所需要的压力，设定好加热时间，即可进行微波消解。微波密闭消解仪器：1.上海新仪微波化学科技有限公司生产的

MDS—2002A型压力自控密闭微波溶样系统。2.美国CEM公司生产的

MARS—5型微波消解系统实际消解速度：食品样品最多只要10分钟（2.5MPa);化妆品样品有的要12分钟（3MPa);药、保健品最多只要10分钟（2.0MPa);冶金类样品最多要20分钟（2.5MPa);灰化方法比较总结干法灰化为最常用的方法，是以在马福炉中的高温条件下氧化为基础。湿法消化(氧化作用)用在肉和肉制品的测定时，用同时溶解矿物质和氧化所有有机物的方法，可用于特殊元素分析的一种样品预处理。低温等离子灰化器则用一个高频电磁场发生器产生初生态氧，在低真空的条件下，可氧化所有的有机物，用这种灰化方法保留了易挥发元素。

思考题1.确定在灰分分析的样品制备中四种可能的错误来源，并描述克服每种错误的方法。2.利用干法灰化的方法确定产品中灰分的总量。由于湿法氧化的时间比干法短，考虑换成湿法氧化：a.你是否会考虑时间的问题？为什么？b.如不考虑这个问题，你为何仍使用干法灰化？能改成使用湿法氧化吗？3.你实验室的实验员使用干法灰化测定含脂牛奶的灰分，称取5ｇ含脂牛奶放入铂坩埚中，使用坩埚钳将其放入马福炉中，在800℃高温下灰化48hr，坩埚从马福炉中取出，冷却后称重。在开始操作之前，你应告诉实验员哪些注意事项，以避免出现误差。4.区分传统的干法灰化和低温等离子灰化的原理和应用。

5.

指导实验员如何克服在干法灰化某些样品时可能出现的下例一些问题：a.当要求测定磷的含量时，灰化时防止磷的挥发。b.在一般干法灰化过程中，高糖产品产生不完全燃烧（例如：出现黑色灰分而不是白色或灰白色灰分）。c.一般操作过程太长，需要加快速度，但又不想使用标准的湿法氧化。d.在干法灰化后形成的待测化合物可能会与灰化所用的瓷坩埚反生反应。e.要测定一些食品中的铁的含量，但干法灰化不能获得可溶性的铁。6.比较微波湿法消化器与传统装置的优劣点。7.说出两种可用于评估水果及制品质量的灰分测定法。

练习题1.称取一含有11.5%水分的粮食5.2146g，样品放入坩埚(28.5053g)中，灰化后称重为28.5939g，计算样品中灰分的百分含量（a）以样品标准重计，(b)以干基计。2.23.5000g蔬菜中含有0.0940g酸不溶性灰分，酸不溶性灰分的百分含量是多少？3.假如想得到100mg以上的谷物灰分，而谷物的平均灰分含量为2.5%，那么应该称取多少克谷物样品进行灰化？*4.在灰分分析中要使得变异系数（ＣＶ）小于5%，现得到下列灰分含量的数据：2.15%,2.12%,2.07%，这些值是否可行？变异系数（ＣＶ）是多少？*5.以下是对汉堡包灰分含量测定的数据：样品重2.034g;干燥后重1.0781g；乙醚抽提后重0.4679g；灰化后重0.0233g。求灰分的含量（a）以湿重计，(b)以除脂后干重计。

几种重要矿物元素的测定

（不包括微量、痕量、有毒元素）第二节食品中各种元素的测定主要内容矿物质的分析方法：重量分析、滴定分析、比色分析以及原子吸收分光光度法。对水、植物或动物类食品原料的矿物质分析都作了介绍。对一些特殊食品的分析要求，可参考AOAC的法定方法或其它一些法定分析方法。矿物质膳食中的矿物质主要有Ca、P、Na、K、Mg、Cl和S(含量都≥0.01%)每天需要量很少(以毫克计)的十种微量元素，包括Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mn、Mo、F、Se和Si超微量矿物质：V、Sn、Ni、As和B。有毒：Pb、Hg、Cd和Al。Ca、P、Na、K、Mg、Cl和S膳食中的矿物质主要有Ca、P、Na、K、Mg、Cl和S，成人每天至少需要100mg这些矿物质每一种矿物质在人体内都有其特殊的功能，如果日常膳食中这些矿物质不能正常供给，肌体就会发生病变。人体大约98%的钙和80%的磷存在于骨骼中Mg、K、Ca、Na则与神经传导和肌肉收缩有关。胃中的盐酸对膳食中的矿物质溶解及吸收有很大的影响。微量元素食品中含量一般≤0.01%每天需要量很少(以毫克计)的十种微量元素：Fe、I、Zn、Cu、Cr、Mn、Mo、F、Se和Si。在维持机体的功能方面，每种元素都有其特殊的生理作用。

例如：铁是血红蛋白和肌红蛋白分子的组成成分，与细胞间传送氧气的功能有关。

超微量矿物质超微量矿物质，目前正处于研究阶段，还不能明确解释其生物作用，这类矿物质包括：V、Sn、Ni、As和B有毒元素包括：Pb、Hg、As、Cd和Al等。必需矿物质如Fe和Se，在正常的饮食水平下，它们对生物机能是有益的，但如果摄入过多对人体则有危害。本节内容一、食品中主要矿物元素的测定

Ca、P、Na、I二、食品中主要限量元素的测定

Pb、Zn、Hg、As基本方法：元素的测定方法很多，常用的原子吸收分光光度法、化学分析法及比色法。此外，极谱法、离子选择电极法、荧光法等也有一定应用。一、食品中主要矿物元素的测定

饮用水是一些矿物质的主要膳食来源水作为膳食中需求量最大的一种营养物质(成人每天需2-3升)，是一些矿物质的主要膳食来源。例如：烹调水中氟的含量强化在0.7-1.0ug/kg水平时，可以使10-12岁人群的龋齿、掉牙或补牙的发生率下降70%。

食品加工中的矿物质天然食品中一些矿物质的含量非常丰富，例如：乳是钙的一个很好的来源.在食品加工中，有时加入食盐可降低水分活度从而起到保护作用，并因而提高了食品中钠的含量，例如咸肉、腌菜、干酪。通常在早餐食品中添加Ca、Fe、Na等矿物质，使用加碘盐已基本消除了甲状腺肿大病。强化面粉按规定必须在白面粉中添加铁。*矿物质分析

样品制备在用传统的分析方法进行矿物质分析前，必须先进行样品制备，样品经预处理能去除某些干扰因素，但也会增加外来的污染物质或损失一些挥发性元素。分析前样品的正确处理对食品中矿物质含量的分析结果非常重要。样品制备

传统的分析方法通常要求把矿物质以某种形式从有机介质中分离出来。做空白对照试验以消除试剂污染。测定方法

重量分析法

EDTA络合滴定法

氧化还原反应沉淀滴定

原子吸收分光光度法比色法

一、重量分析法重量分析法用于测定不溶性矿物质。样品经沉淀、洗涤、干燥、称重后可测得矿物质的含量。重量分析法基于待测元素在样品的元素组成中有固定的比例，例如：NaCl中总是含有39.3%的Na。待测组分是以选择性的形式与其它杂质分离，然后洗涤以减少吸附或夹杂的其它元素，最后将沉淀物干燥称重。当样品中待测矿物元素全部形成了沉淀物后，样品中待测矿物元素的重量与沉淀物中的重量是一致的。例如：氯化物通常以AgCl的形式沉淀，AgCl经洗涤，烘干称重；因为氯在每摩尔AgCl中的含量为24.74%，所以氯的含量可通过AgCl的重量计算出来。改良重量法测定钙含量

（AOAC法910.01）通过灰化已称重的样品，用稀盐酸溶解灰分，然后加入草酸铵，使钙形成草酸钙沉淀，然后再将草酸钙沉淀反复洗涤干净后，进行第二次灰化形成CaO，利用CaO的重量来计算样品中钙的含量(Ca÷CaO=0.7147)。应用

重量分析法最适合于测定大量样品。而大多数微量元素在食品中的含量很低，而重量分析法定量测定灵敏度低，故没有测定价值。缺点：当草酸钙转变成氧化钙时，需要的灰化时间较长，而且洗涤草酸钙沉淀时，可能使部分沉淀溶解，此外其它矿物质可能产生的共沉淀也使得洗涤过程变得相当重要。

二、EDTA络合滴定法有很多含有叔胺的羧酸能与金属离子形成稳定的络合物。乙二胺四乙酸（EDTA）是一种极重要的络合剂，常用的为它的二钠盐。通常EDTA与金属离子以1:1的比例形成络合物，典型的反应式如下：m2++H2Y2-→mY2-+2H+[1]m3++H2Y2-→mY-+2H+[2]m4++H2Y2-→mY+2H+[3]pH能影响到络合物的形成。由于EDTA络合物非常稳定，所以EDTA滴定常用于定量分析。

EDTA滴定法测定钙含量

EDTA与样品消化液中的钙能形成EDTA-Ca，比钙红指示剂与钙形成的络合物更稳定。在pH13-14，钙红指示剂与钙形成酒红色络合物，随着EDTA的加入，由于形成更稳定的EDTA-Ca，钙红指示剂变成兰色的游离状态，终点呈纯兰色。加入KCN为了消除锌、铁、铜、铝、镍等金属离子的干扰，加柠檬酸钠防止钙和磷形成磷酸钙沉淀。EDTA络合滴定法适用于富含钙而不含大量镁磷的水果、蔬菜和其它的食品，在滴定前，先在pH3.5条件下经OmberliteIR-4B层析柱除去灰化原料中的磷，而镁的含量可使用钙镁指示剂通过差值法计算出来(AOAC法967.30)。EDTA滴定法测定钙定量移取约含2-10mg钙的可溶性样品灰分于250ml烧杯中↓稀释至50ml，用KOH-KCN溶液(28gKOH+6.6gKCN溶解于100ml去离子水中)调节pH至12.5-13.0，并用磁力搅拌机搅拌均匀↓加入100mgL-抗坏血酸和250mg羟基萘酚蓝指示剂↓立即用0.01M的EDTA标准溶液（3.72g纯度大于99%的Na2H2EDTA·2H20用去离子水溶解于1升的容量瓶，定容并摇匀）滴定至深蓝色终点

标准曲线分别移取含2.5，5.0，7.5，10.0mg的钙标准溶液测定做标准曲线标准溶液

先将基准级碳酸钙于2850F下干燥2小时

↓称取2.5g经干燥的CaCO3，移入1L容量瓶中↓用50ml3MHCl溶解↓用去离子水稀释定容，充分混匀，配成1.00mg/ml的钙标准溶液，即2.5、5.0、7.5和10ml此溶液分别代表含有2.5、5.0、7.5和10mg的钙。EDTA滴定法测定钙含量（AOAC法968.31）

AOAC法968.31三、氧化还原反应原理在一些氧化还原滴定中，可用有颜色变化的反应物或生成物作为指示剂。高锰酸盐显深紫色，而二价锰离子显粉红色，这样，高锰酸盐本身的颜色变化就成了滴定反应的指示剂

。

氧化还原滴定法测定钙含量（高锰酸钾滴定法）

(AOAC921.01法)在钙含量分析中，磷和镁可能对测定产生干扰，为了减少最后滴定溶液中干扰物质的含量，在氧化还原滴定法中，钙通常也以草酸钙的形式沉淀。样品灰化→盐酸溶解→加草酸→钙与草酸生成草酸钙沉淀→

洗涤→

加硫酸使草酸游离→

用高锰酸钾滴定草酸至微红色→

据高锰酸钾的消耗量确定钙的量氧化还原比色法测定铁的含量

许多有机化合物可形成稳定的颜色来作为反应的指示剂，它们能在特定吸收波长下用比色法定量测定。铁离子具有与有机化合物（邻菲罗啉）形成络合物的能力，形成络合物颜色的深浅与铁离子含量成正比，从而可对铁离子定量测定。分析过程中所用的玻璃器皿必须先用酸洗，并用去离子水冲洗三次以避免其它铁离子的污染。空白对照实验。氧化还原法测定铁含量

在一个清洁干燥的坩埚中加入一定量的食品样品(大约含50-500微克铁)↓加10ml甘油乙醇(1+1)混合物低温加热干燥，避免溅出↓600℃下灰化24h↓冷却后加1ml硝酸然后蒸干↓再放入马福炉中，600℃下1h，至完全灰化↓冷却，灰分中加入5ml6mol/L盐酸↓水浴加热15min↓滤纸过滤至100ml容量瓶中，并至少用热去离子水冲洗3次↓冷却到室温后定容↓定量移取10ml至25ml清洁的容量瓶中↓加1ml10%盐酸羟铵溶液↓混均后静置数分钟↓加5ml醋酸缓冲液(8.3g醋酸钠用20ml去离子水溶解，移入100ml容量瓶中，再加入12ml醋酸后定容)↓加入1ml0.1%正二氮杂菲或2ml0.1%α,α-双吡啶溶液作为显色剂↓稀释到刻度并混匀↓静置30min↓510nm波长下测吸光度(AOAC法944.02)测定铁标准曲线精确称取0.1g分析纯铁丝，用20ml浓HCl溶解并稀释至1L，得100ppm的标准铁贮备溶液。↓准确移取标准铁贮备液0.0，2.0，5.0，10.0，15.0，20.0，25.0，30.0，35.0，40.0和45.0ml分别移入100ml容量瓶中，各加2ml浓HCl并稀释定容，得到标准铁工作溶液↓分别取10ml上述铁标准工作溶液和10ml样品溶液按前述方法一样进行测定↓绘制标准曲线，计算样品中铁的含量。

AOAC法944.02应用钙、镁、铜、碘的含量可以通过这种方法测定。与原子吸收法相比，采用氧化还原比色法测定铁样品具有更大的回收率。在食品工业中氧化还原反应被广泛应用于测定元素和化合物。例如，AOAC法990.28使用氧化还原滴定来测定食品中的硫。AOAC法967.21则使用氧化还原法即2，6-二氯酚靛酚滴定来测定抗坏血酸。三、沉淀滴定

当滴定产物至少有一个产物是不溶沉淀物时，被称作沉淀滴定法。Mohr滴定法测定黄油中的食盐（AOAC法960.29）食品中的食盐可通过用银滴定氯离子来进行测定。在滴定过程中，当所有氯离子与银反应完毕，过量的银与重铬酸钾反应呈现出铬酸银的颜色，即桔红色，因此，反应的终点是桔红色。

2Ag++CrO42-→AgCrO4↓（只有在所有的Cl-被反应完后才形成桔红色沉淀）在制备试剂时，需用煮沸过的去离子水从而避免水中碳酸盐的干扰。

MOHR滴定法测定食盐称取约5g黄油于250mlErlenmeyer瓶中，加入100ml煮沸的去离子水溶解↓间或振荡5-10分钟↓加入2ml5%重铬酸钾溶液（用去离子水溶解）↓用按下述方法配制的0.1N硝酸银标准溶液滴定至桔红色，并保持30秒不褪色

0.1N硝酸银标准溶液的标定准确称取300mg结晶氯化钾于250mlErlenmeyer瓶中，用40ml去离子水溶解↓加入1ml5%重铬酸钾溶液，并用0.1N硝酸银标准溶液滴定至桔红色↓滴定体积减去滴定75ml水溶液（含1ml5%重铬酸钾）所用的硝酸银的毫升数↓根据下述公式由硝酸银标准溶液的体积数可得到硝酸银的浓度：AgNO3浓度=KCl毫克数÷（AgNO3毫升数×74.555克KCl/摩尔）

黄油中食盐含量的计算：食盐的含量=（0.1NAgNO3毫升数×0.585）÷样品的克数[0.585=(58.5gNaCl/mol)÷100]MOHR滴定法测定黄油中食盐含量的分析步骤。AOAC法960.29

Volhard滴定法

（AOAC法915.01）测氯

另是一种间接或返滴定的方法，即将过量的硝酸银溶液加至氯化物溶液中。过量的硝酸银再用硫氰化钾或硫氰化铵标准液返滴定，并用二价铁作为指示剂。在返滴定法如Volhard法中，用返滴定过量银的方法来计算在第一步反应中沉淀银所用的氯的量。Ag++Cl-→AgCl

↓

（至所有Cl-全部结合）（6）Ag++SCN-→AgSCN

↓(没有与Cl-反应的Ag)

（7）3SCN-+Fe3+

→Fe(SCN)3

↓

（当存在没有与Ag+结合的SCN-时，溶液呈红色）

（8）

称取5g样品放入坩锅中，用去离子水润湿，加20ml5%碳酸钠溶液↓蒸发至干↓在通风橱中碳化，直至停止发烟↓在500℃条件下灼烧24小时↓加10ml5N的硝酸溶解残留物↓加去离子水稀释至25ml↓用标准硝酸银溶液（见Mohr法）滴定至不再有白色氯化银沉淀产生，并稍过量↓充分搅拌，滤纸过滤，并充分洗涤AgCl沉淀↓于上述滤液和洗涤液中加入5ml饱和Fe(NH4)(SO4)2.12H2O溶液↓加入3ml12N硝酸溶液，并用0.1N硫氰酸钾滴定过量的银

硫氰酸钾标准溶液的标定准确移取40-50ml标准硝酸银溶液，加入2ml饱和Fe(NH4)(SO4)2指示溶液和5ml9N的硝酸，来标定0.1N的硫氰酸钾标准工作液↓用硫氰酸盐溶液滴定到溶液变成稳定的淡红色为止（须振荡）↓氯浓度的计算AgNO3的净体积=加入AgNO3的总体积-硫氰酸钾滴定的体积0.1MAgNO3/ml=3.506mgCl-VOLHARD滴定法测定植物原料中氯含量的分析步骤（AOAC法915.01）

应用适合于任何含氯量高的食品。如加入食盐的肉类食品。AOAC法971.19中使用的氯滴定法是基于Mohr滴定法的原理改进而来，使其能非常快速地测定食品中盐的含量，NaCl

的浓度在0.3%—10%范围内，其测定精确度可达到+-10%。

四、比色法1.比色法测定磷含量的分析步骤(AOAC法986.24)样品中的磷经灰化或消化后以磷酸盐的形式进入溶液，在酸性条件下与钼酸铵形成淡黄色的磷钼酸铵，高价的钼具有氧化性，可被抗坏血酸、氯化亚锡还原成兰色的化合物——钼蓝，在650-660nm下有最大吸收，吸光度与磷浓度成正比。磷的比色分析法将2g样品在600℃下灰化4小时↓冷却，加入5ml6N的HCl和数滴硝酸↓加热使灰分完全溶解↓冷却后移入100ml容量瓶中并用去离子水定容↓定量移取含0.5-1.5mg或其整数倍的上述磷溶液于100ml容量瓶中↓加入20ml二价钒酸盐试剂(该试剂的制备是用200ml热去离子水溶解20g钼酸铵，用125ml热去离子水溶解1g偏钒酸铵，冷却后加入140ml浓硝酸，将冷却后的钒酸盐溶液和钼酸盐溶液混合并定容至1000ml)↓将样品和二价钒酸盐试剂定容至100ml↓放置10min以充分发色↓在400nm处读出吸光度并与标准曲线相比较

标准曲线的制作精确称取8.7874g经105℃下干燥2小时的磷酸二氢钾↓移入1000mL容量瓶中，加入约750ml去离子水溶解。↓用去离水定容，配成2mg/ml的标准磷储备液。↓冰箱保存备用↓取50ml储备液用去离子水定容至1000ml，使其成为0.1mg/ml的磷标准工作溶液↓将标准工作液0，5，8，10，15ml分别移入100ml容量瓶中(这些溶液相当于含0，0.5，0.8，1.0，1.5mg的磷)↓在这些含标准工作液的容量瓶中分别加入20ml二价钒酸盐试剂↓分别用去离子水定容到刻度并混匀↓放置10min，充分发色↓在400nm处测定吸光度,用空白对照调零图10-5磷比色分析法的操作步骤。AOAC法986.24

二、食品中主要限量元素的测定1.测定限量元素的意义

包括微量元素和有害元素P233表13－12.食品中限量元素的提取和分离

螯合萃取原理和主要螯合剂3.几种重要金属离子的测定

原子吸收分光光度法

比色法元素的提取和分离食品中的无机元素，一般常与有机物质结合，以金属有机化合物的形式存在于食品中，在测定无机元素之前，必须先破坏有机物质。破坏有机物后得到的洋液中，除含有待测元素外，通常还会有多种其它元素。这些元素常常干扰测定。待测元素的浓度通常都很低。因此，需要进一步分离和浓缩，以除去干扰元素和富集待测元素。处理的方法应根据最后所采用的测定方法而定。螯合萃取金属螯合物溶剂萃取比色法广泛应用于食品中重金属含量测定，选用合适的金属螯合剂在一定的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，金属螯合物进入有机相从而达到分离和浓缩。原子吸收分光光度法测定微量元素时，可用离子交换法分离提纯金属离子或除去干扰离子，如测某些阳离子时，除去干扰的阴离子。螯合萃取比色法的原理金属离子先与螯合剂生成金属螯合物，然后利用与水不相溶的有机溶剂铜试液一起振荡，金属螯合物进入有机相，另一些组分仍留在水相中，从而达到分离、浓缩的目的，这个方法称为液-液溶剂萃取法。如果被萃取组分是有色化合物，则可以取有机相直接进行比色测定，这种方法称为萃取比色法。萃取比色法具有较高的灵敏度和选择性，分离效果好，设备简单，操作快速。缺点是工作量较大，耗用试剂、溶剂较多，有的带来易挥发、易燃和有毒等问题。1．

常用的螯合剂金属离子与螯合剂的阴离子结合而形成中性螯合物分子，选择合适的萃取剂和控制一定的条件，一般都能达到完全萃取的要求，在分析化学中得到了广泛的应用。目前已得到实际应用的螯合剂已达100多种，在食品分析中应用最普遍的有双硫腙（HOZ），二乙基二硫代胺基甲酸钠（NaDDTC），丁二酮肟，铜铁试剂（N-亚硝基苯胲铵，CUP）等。它们所生成的金属螯合物都相当稳定，难溶于水而易溶于有机溶剂，很多都带有可直接比色的颜色，故用于金属离子的测定十分简便。金属离子与螯合剂的萃取反应三氯甲烷萃取双硫腙锌P237以三氯甲烷萃取双硫腙锌为例，其反应为：Zn水2＋＋2HDZ有→（ZnDZ2）有＋2H水＋影响分配比值的几个因素P239干扰离子的消除1.控制酸度2.适用掩蔽剂最普遍的一个方法2.双硫腙比色法测定铅、锌、镉、汞的含量

双硫腙的性质双硫腙（Dithizone），为紫黑色结晶粉末，可溶于CHCl3及CCl4中。溶液呈绿色，使用时必需精制纯化。金属离子与双硫腙反应P244（1）铅含量的测定原理样品经消化后，在pH8～9时，铅离子与双硫腙生成红色螯合物，可被三氯甲烷、四氯化碳等有机溶剂萃取，颜色的深浅与铅离子浓度成正比。加入盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵等，可防止铁、铜、锌等离子干扰。①酚红指示液：称取0.1g酚红，溶于100ml95%乙醇中，过滤。②20%柠檬酸铵溶液：称取50g柠檬酸铵，溶于100ml水中，加2滴酚红指示剂，用1+1氨水调至微红色（PH8.5～9），置于分液漏斗中，用双硫腙三氯甲烷溶液分次抽提，每次10～20ml，至溶剂层绿色不变为止。弃去双硫腙三氯甲烷层，加水稀释至250ml。③20%盐酸羟胺溶液：称取20g盐酸羟胺，溶于50ml水中，加2滴酚红指示剂，用1+1氨水调至PH8.5～9（由黄变红，在多加2滴），置于分液漏斗中，同试剂②处处理除铅和除去残余双硫腙，将盐酸羟胺溶液用盐酸酸化（呈黄色），加水至100ml。④10%氰化钾溶液：称取10g氰化钾，溶于100ml水中。如需除铅，称取20g溶于100ml水中，同试剂②处理除铅和参与双硫腙，最后稀释至200ml。⑤0.05%双硫腙贮备液：称取精制过的双硫腙0.05g，加100ml三氯甲烷溶解，贮备于冰箱中。⑥双硫腙使用液：吸取1.0ml双硫腙贮备液，加三氯甲烷至10ml，混匀，用1cm比色杯，以三氯甲烷调节仪器零点，于波长510nm处测定吸光度（A），用下式算出配制100ml双硫腙使用液（70%透光率）所需双硫腙贮备液的毫升数（V）⑦铅标准溶液：精密称取0.1598g硝酸铅，加10ml1%硝酸，全部溶解后，移入100ml容量瓶中，加水稀释至刻度。此溶液每毫升相当于1mg铅。⑧铅标准使用液：吸取1.0ml铅标准溶液于100ml容量瓶中，加水稀释至刻度。此溶液每毫升相当于10ug铅。