4.1 食品的仪器分析技术概述

第四章食品的仪器分析技术CHARTER4

Instrumentalanalysisoffood4.1概述4.2光谱法4.3色谱分析法4.4色质联用分析法4.5其他仪器分析法4.1概述现代食品分析大致可分为理化分析和仪器分析。通过对传统理化分析与现代仪器分析方法的对比，可以发现仪器分析相对于理化分析有其独特的优点，如超微量、分析速度快、定性确证、毒物筛查等。缺点是仪器购置费用高，检测人员专业性强，检测费偏高等。如今传统的理化分析方法已经趋于完善，其分析方法很难有新的突破。而仪器分析却有着无限发展空间。但是考虑到国情及企业状况，测定前必须考虑到完成一次分析所需要的费用、分析所需要的时间、分析价值、需要的灵敏度等，以最终决定使用哪一种分析方法为佳。食品仪器分析是指采用仪器分析的手段,探求食品的品质及其变化的一门科学，包括食品营养成分、添加剂、有毒有害物质等的分析检测。其特点是理论和技术含量高、应用性强。就色谱法而言,气相色谱仅能解决不到15%的食品样品的分离和分析，85%以上的食品分析问题依靠液相色谱才能解决。4.1.1仪器分析的定义

仪器分析是指采用比较复杂或特殊的仪器设备，通过测量物质（食品）的某些物理或物理化学性质的参数及其变化来获取物质的化学组成、成分含量及化学结构等信息的一类方法。

这些方法一般都有独特的原理揭示物质世界的重要手段4.1.2仪器分析的产生

◎是科学技术发展的需要、必然，也是科学技术发展的结晶。

◎我们需要分析仪器做什么？

◎分析仪器决定了我们什么？解决了什么问题？认知这个神秘的食品世界。从宏观到微观。

是有机的？还是无机的？是什么（定性分析）？占多少（定量分析）？对我们会产生什么影响？创新的食品必须要通过试验数据证实。食品科学研究过程2/3时间用于分析测试。4.1.3分析仪器的发展史

分析仪器历经近百年的发展，对人类的文明和科学、技术的进步贡献巨大，已经渗透到了我们生产、生活的各个领域、方方面面。

20世纪40~50年代兴起的材料科学，60~70年代发展起来的环境科学都促进了分析化学学科的发展。80年代以来，生命科学的发展也促进分析化学一次巨大的发展。仪器分析是分析化学的重要组成部分，也随之不断发展，不断地更新自己，为科学技术提供更准确、更灵敏、专一、快速、简便的分析方法。近十几年来，仪器分析技术在食品安全领域发挥了重要作用，如三聚氰胺毒奶粉、辣椒酱中苏丹红、海鲜产品中孔雀石绿、饮料中增塑剂、猪肉中瘦肉精、镉大米等的检测。信息时代的到来，给仪器分析带来了新的发展机遇。同时仪器分析也为各类食品信息的采集和处理做出了巨大的贡献。仪器分析的三次巨大变革第一次革命◎分析天平的发明◎溶液理论的建立（四大平衡的建立）第二次革命◎第二次世界大战前后的科学技术◎物理学和电子技术的发展为仪器分析奠定了基础

核磁共振波谱仪；色质联用仪的出现等。第三次革命◎计算机的发明◎传感器的使用分析仪器发展史，大致可以分为5代◎1人的感官视觉、听觉、嗅觉、感觉等（人的眼睛、鼻子是一个非常不错的生物检测器）◎2天平、量筒、尺◎3指针、数码显示管◎4计算机与分析仪器简单的组合◎5计算机作为分析仪器的组成部分与分析仪器密不可分4.1.4在仪器分析领域做出杰出贡献的人物

部分诺贝尔奖获得者阿尔伯特·亚伯拉罕·迈克耳孙（AlbertAbrahamMichelson，1852年12月19日－1931年5月9日），波兰裔美国藉物理学家，以测量光速而闻名，尤其是迈克耳孙-莫雷实验。1907年诺贝尔物理学奖获得者。钱德拉塞卡拉·文卡塔·拉曼（Chandrasekhara

VenkataRaman）出生1888年11月7日出生地印度蒂鲁吉拉伯利逝世1970年11月21日逝世地印度班加罗尔研究领域物理学家著名成就拉曼散射

1930年获诺贝尔物理学奖费利克斯·布洛赫FelixBloch，瑞士人，1905年10月23日-1983年9月10日。研究机构：斯坦福大学。著名成就：核磁共振现象的发现和测量。爱德华·珀塞尔（EdwardPurcell，1912年8月30日－1997年3月7日），美国物理学家，1952年诺贝尔物理学奖获得者研究机构：麻省理工学院、哈佛大学。著名成就：核磁共振现象的发现和测量；21厘米线。阿彻·约翰·波特·马丁（ArcherJohnPorterMartin，1910年3月1日－2002年7月28日)，英国化学家，1952年获诺贝尔化学奖。研究机构：彼得豪斯、剑桥大学。著名成就：色谱。理查德·劳伦斯·米林顿·辛格（RichardLaurenceMillingtonSynge，1914年10月28日－1994年8月18日），英国生物化学家。毕业于剑桥大学。他和马丁合作发明了“分配色谱法”，当时他只有27岁。著名成就：色谱。FrancisWilliamAston1877年9月1日－1945年11月20日

1919年，成功研制出第一台速度聚焦质谱仪。著名成就：质谱整数法则1922年获诺贝尔化学奖沃尔夫冈·保罗1913年8月10日出生于德国萨克森州洛仑兹基希（Lorenzkirch）的一个农村里，父亲曾是慕尼黑大学药物化学教授，所以保罗小时候在慕尼黑受过良好教育，并很熟悉化学实验室里科学家是如何工作的。保罗1951年设计了由六个磁极构成的聚焦磁场，可以使中性分子聚集，对分子束研究极为有用。后来他又设计了一种射频四极电场，能够把带电粒子囚禁在电场中，这一电场就相当于一个捕捉粒子的陷阱。这项工作成为以后带电粒子存储技术的先驱。1989年诺贝尔物理学奖授予波恩大学的保罗等(Wolfgang

Paul，1913-1993)，以表彰他们发展了离子捕集技术。著名成就：离子阱

日本岛津公司田中耕一（大学学历）等因发明对生物大分子的基质辅助激光解吸质谱技术（MatrixAssistedLaserDesorptionIonization，MALDI）获得2002年诺贝尔化学奖

。海洛夫斯基(JaroslavHeyrovsky，1890-1967)捷克人，提出极谱学理论并发明“极谱法”。NobelPrizeinChemistry(1959)罗莎琳·苏斯曼·雅洛(rosalyn

SussmanYalow)1921年生于美国。在伊利诺斯大学取得博士学位。先在亨特女子学院工作，后来受聘于退伍军人管理局医院。由于开发了放射免疫分析法，可以定量测定未梢神经中的微量激素，1977年获诺贝尔生理学医学奖。ELISA“如果你不是医生却在医院工作，那么，只要你抓住可以充分发挥自己专业特长的课题，你有可能获诺贝尔奖。”4.1.5仪器分析方法的分类基础自然科学知识数学物理化学无机化学有机化学分析化学物理化学生物化学生物化学分析仪器分析仪器分析质谱分析(法)色谱分析(法)光谱分析(法)电导分析法电位分析法电解分析法库仑分析法伏安分析法电化学分析见续见续见续极谱分析光分析法光谱分析法非光谱分析法原子光谱分析法分子光谱分析法原子吸收光谱原子发射光谱原子荧光光谱X射线荧光光谱折射法圆二色性法X射线衍射法干涉法旋光法紫外吸收光谱法红外吸收光谱法分子荧光光谱法分子磷光光谱法核磁共振波谱法色谱分析（法）液相色谱分析(法)气相色谱分析(法)超临界流体色谱分析(法)填充柱毛细管柱超高效液相色谱高效液相色谱离子色谱气固柱色谱电色谱气液平面色谱高压经典（低压）质谱分析（法）无机质谱分析(法)有机质谱分析(法)气、液质联用样品离子化（EI,CI,ESI,APCI）滤质（Q,IT,TOF）离子信号检测定性、定量分析4.1.6食品仪器分析特点优点灵敏度高，检出限低。样品用量由化学分析的mL、mg级降低到仪器分析的

g、L级甚至更低。最低检出浓度可达g

/ml、ng/ml甚至更低。适于微量、痕量和超痕量成分的测定。选择性好。很多仪器分析方法可以通过选择或调整测定的条件，对共存的组分测定时，相互间不产生干扰。操作简便,分析速度快,易于实现自动化。能实现无损伤检验。食品仪器分析是食品分析的发展方向不足相对误差一般较大。化学分析一般可用于常量和高含量成分分析，准确度较高，误差小于千分之几。多数仪器分析相对误差较大，一般为5%，对常量和高含量成分分析需要采用特定的定量方法（如内标法）。价格一般来说比较昂贵。电化学的几千元到核磁共振仪的几百万元人民币。相对方法，定量分析时需要标准物质。化学分析方法通常是根据消耗标准溶液中基准物质的量计算出溶液中含有待测物质的量，即基准物质和待测物质不是同一物质；而仪器分析方法通常必须有标准物质才能测定待测物质，二者是同一物质。含量的多少是根据产生信号（如电压、峰面积等）的大小比较来的。4.1.7分析仪器的基本组件及工作站现在输出的信号大多显示在计算机终端显示器（多为液晶显示器）工作站和数据库

WorkingstationandDatabase

已经是分析仪器的重要组成部分。合格的分析工作者需要花费大量的时间去熟悉、掌握、使用工作站，才能获得准确、有效的分析数据和试验结果。由于有不同的版本、生产厂家、仪器设备，使用前要进行认真培训。例如色