Chapter5灰分及几种重要矿物质元素含量的测定

*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2021/9/21,Chapter 5,灰分及几种重要矿物质元素的测定,2021/9/21,1,Section 1,灰分的测定,一、概述,1.,灰分：,食品高温灼烧时，有机成分挥发逸散，残留物主要是无机成分（无机盐和氧化物），称为灰分。,2021/9/21,2,2.,灰分不完全或不确切地代表无机物的总量。,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（或总灰分）。,2021/9/21,3,3.,灰分的分类,水溶性灰分,溶解度 水不溶性灰分,酸不溶性灰分,2021/9/21,4,4,灰分测定的意义,:,（,1,）判断食品受污染的程度。,（,2,）评价食品的加工精度和食品品质。,2021/9/21,5,二、总灰分的测定,（一） 原理,样品经炭化后放入高温炉内灼烧，残留物称重后即可计算出样品中总灰分的含量。,（二）灰化条件的选择,1.,灰化容器：,常用,素瓷坩埚,。,2.,以灼烧后得到灰分量的多少来决定,取样量,。,铂坩埚,瓷坩埚,坩埚钳,2021/9/21,6,2021/9/21,7,3.,灰化温度：一般为,500 550,。,（,1,）,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。,（,2,）,温度太低,，则灰化速度慢，时间长，不易灰化完全，也不利于除去食物吸收的,CO,2,。,4.,灰化时间：,一般不规定灰化时间，而以灼烧至无碳粒存在，并达到恒重为止。,2021/9/21,8,（,三）,操作方法,入干燥器冷却,30 min,不恒重,恒重,结果计算,马福炉、瓷坩埚的准备,灰化样品,称样品,灰化,2 h,取出,2021/9/21,9,1. 马福炉、瓷坩埚的准备,（1）马福炉的准备,（2）瓷坩埚的准备：,选取,合适大小的坩埚,用,HCl煮1 2 h,，洗净凉干编号，置于马福炉中灼烧,2,h，,移至炉口冷却到200左右后，移入干燥器中冷却至室温,，准确称量，重复上述步骤直至恒重。,2021/9/21,10,2. 样品的预处理：,可用测定水分之后的样品。,（1）水分含量较少的样品，粉碎均匀后可直接称取、炭化,；,水分含量较多的样品，,需,先,于烘箱中干燥,至一定程度后再炭化,。,（2）,液体样品,需,先在水浴上蒸干,后再炭化,。,（3）富含脂肪的样品,需,先提取脂肪后再测灰分,。,2021/9/21,11,3. 炭化,炭化时，半盖坩埚盖，小心加热使样品在通气情况下逐渐炭化，直至无黑烟产生。,注意,：,热源强度,，,以防温度高，试样中水分急剧蒸发使样品飞扬,；,对含糖多、含蛋白多、,易,发泡,膨胀,的,样品,，可在样品上加数滴辛醇或纯植物油,，,再进行炭化,，,防止高温下发泡溢出,；减少碳粒被包裹,。,2021/9/21,12,4. 灰化,炭化后，把坩埚移入已达规定温度的马福炉口，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。,2021/9/21,13,（五）,Calculation,100 %,灰分,=,m,1,空坩埚质量，,g,m,2,样品,+,空坩埚质量，,g,m,3,残灰,+,空坩埚质量，,g,B,空白试验残灰重，,g,2021/9/21,14,（六）Announcements,1. 坩埚放入马福炉中时，要在炉口停留片刻，使坩埚预热，,防止温度剧变,而破裂,。,2,. 灼烧后的坩埚应冷却到200以下再移入干燥器中,。,防止温度剧变,而破裂；,防止,因热的对流作用而,造成,的残灰飞散,。,2021/9/21,15,（六）Announcements,3.,从干燥器中取出坩埚时，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,。,4.,液体样品,需,先在水浴上蒸干,后再炭化，,以防,炭化时液体沸腾易造成溅失,。,2021/9/21,16,5.,加速灰化的方法,有些样品难于灰化，如含磷较多的谷物及其制品，灰化过程中易形成呈熔融状态的,KH,2,PO,4,、,NaH,2,PO,4,包住,C,粒，使灰化很难达到恒重。对这类样品，可采用下述方法加速灰化：,2021/9/21,17,1.,样品经初步灼烧，取出冷却，从,灰化容器边缘慢慢加入,少量无离子水，使水溶性盐类溶解，被包住的,C,粒暴露，蒸干后再灼烧至恒重。,2.,样品经初步灼烧，加入几滴,HNO,3,、,H,2,O,2,、,H,2,SO,4,，利用,氧化作用,加速,C,粒灰化，蒸干后再灼烧至恒重。,2021/9/21,18,3.,灼烧时加入,(NH,4,),2,CO,3,等,疏松剂,。,(NH,4,),2,CO,3,灼烧时分解为气体，使灰分呈松散状态，促进灰化。,4.,灼烧时加入,MgAc,2,、,Mg(NO,3,),2,等,助灰剂,。这类镁盐随灰化而分解，与过剩的磷酸结合，残灰不熔融，呈松散状态，避免碳粒被包裹，可缩短灰化时间，但会产生,MgO,，增重，应做空白试验。,2021/9/21,19,Section 2,几种重要矿物元素的测定,一、概述,（一）矿物质元素的分类,1.,从营养角度分为,必需元素、非必需元素和有毒元素,。,2021/9/21,20, 有毒元素：,目前尚未能证实对人体有生理功能，或者正常情况下人体只需要极少的数量或者人体可以耐受极少的数量，剂量稍高即可呈现毒性作用的元素，如,Hg,、,Cd,、,Pb,、,As,等，其在体内不易排出，有蓄积性，半衰期都很长。,2021/9/21,21,2.,从人体对其需求量分为常量元素（含量,0.01%,，如,Ca,、,Mg,、,K,、,Na,等）和微量元素（含量,0.01%,，如,Fe,、,Zn,、,Co,、,I,等）。, 缺,Fe,会得缺铁性贫血；,Fe,过多会得“血色病”。缺,Zn,会出现味觉减退，厌食，发育不良等；,Zn,过多会得胃肠炎。,2021/9/21,22,（二）矿物质元素的来源,Animal food,Meats,：,Na,、,K,、,Fe,、,P,含量较高，,Cu,、,Co,、,Zn,含量较少，以可溶性氯化物、磷酸盐形式存在，或与蛋白相结合。,Milk,：,主要含,Ca,，也含有少量的,Na,、,Mg,、,P,等。,Eggs,：,含人体所需的各类矿物质。,Plant food,Fruit,：,K,含量高，大部分与有机物结合，常以草酸盐、磷酸盐的形式存在。,Beans,：,矿物质含量最丰富，,K,、,P,、,Fe,、,Mn,、,Zn,等含量均较高，其中,P,主要以磷酸盐的形式存在。,Cereals,：,矿物质含量较少，主要存在于种子外皮。,2021/9/21,23,二、钙的测定, EDTA,（乙二胺四乙酸二钠）滴定法（,GB/T 5009.92-2003,）,钙是构成机体骨骼、牙齿的主要成分。,含钙较多的食品：,乳及乳制品、豆及豆制品、排骨、虾皮等。其中，乳及乳制品不但含量丰富，而且吸收率高。,2021/9/21,24,钙的吸收率取决于维生素,D,的摄入量及受太阳紫外线的照射量，同时也受膳食中钙含量及年龄的影响。,蛋白质、氨基酸、乳糖、维生素有利于钙的吸收；脂肪、镁含量过多不利于钙的吸收；草酸（菠菜、韭菜、苋菜等蔬菜中含草酸量较高）、植酸或脂肪酸的阴离子能与钙生成不溶性沉淀，影响钙的吸收。,2021/9/21,25,中国营养学会制定钙每日摄入量为,800 mg,，但全国人均不足。,长期缺钙：,可导致儿童生长发育缓慢，骨软化、骨骼变形，严重缺乏者可导致佝偻病；中老年人易患骨质疏松症；易患龋齿，影响牙齿质量；钙还参与凝血过程和维持毛细血管的正常渗透压，并影响神经肌肉的兴奋性，缺钙时可引起手足抽搐。,2021/9/21,26,过量钙的摄入可能增加肾结石的危险性。,目前，钙营养强化剂有如下三代产品：,第一代，,主要以无机盐为主，主要形式为磷酸钙和碳酸钙。,第二代，,主要以有机盐为主，如乳酸钙、醋酸钙、葡萄糖酸钙、柠檬酸钙等有机钙盐。,第三代，,具有生物活性结构的有机酸钙，如,L -,苏糖酸钙、,L -,天冬氨酸钙及甘氨酸钙。,2021/9/21,27,（一） 原理,在,pH 13 14,的含钙溶液中，同时有氰化钾和柠檬酸等掩蔽剂消除干扰离子的影响，首先钙红指示剂与溶液中钙络合成酒红色，滴入,EDTA,，形成更稳定的,EDTA - Ca,络合物，钙红指示剂变成蓝色游离状态，终点时溶液呈纯蓝色，根据滴入的,EDTA,量和它的滴定度即可算出样液中钙的含量。,2021/9/21,28,（二） 操作步骤,1.,试样制备：,精确称取适量试样于烧杯中，加适量硝酸,-,高氯酸（,4,：,1,）混合酸消化液，上盖表面皿，置于沙浴上加热消化至无色透明为止，加几毫升水，加热以除去多余的硝酸。待烧杯中液体接近,2 3mL,时，取下冷却。用氧化镧溶液冲洗烧杯并将洗液移于,10 mL,刻度试管中，定容至刻度，备用。,2021/9/21,29,2.,取相同量的硝酸,-,高氯酸（,4:1,）混合酸消化液，按上述操作做试剂空白试验测定。,3.,标定,EDTA,：,吸取,0.5 mL,钙标准溶液，以,EDTA,滴定，标定,EDTA,的浓度，根据滴定结果计算出每毫升,EDTA,相当于钙的质量（,mg,），即为滴定度（,T,）。,2021/9/21,30,4.,试样及空白滴定：,分别吸取适量试样消化液及空白于试管中，加,1,滴,10 g/L,氰化钠溶液和,0.1 mL 0.05 mol/L,柠檬酸钠溶液，用滴定管加,1.5 mL 1.25 mol/L,氢氧化钾溶液，加,3,滴钙红指示剂，立即以稀释,10,倍的,EDTA,溶液滴定至指示剂由紫红色变蓝为止。,2021/9/21,31,（三） 计算,x,=,m,T,（,V - V,0,）,f,100,x,：试样中钙含量，,mg/100g,；,T,：,EDTA,滴定度，,mg/mL,；,V,：滴定试样时所用,EDTA,的量，,mL,；,V,0,：滴定空白时所用,EDTA,的量，,mL,；,f,：试样稀释倍数；,m,：试样质量，,g,。,2021/9/21,32,（四）说明,试样制备过程应特别注意防止各种污染。所用设备如电磨、绞肉机、均浆器、打碎机等必须是不锈钢制品。所用容器必须使用玻璃或聚乙烯制品。鲜样用自来水冲洗干净后，还要用去离子水充分洗净。干粉类试样取样后立即装容器密封保存，防止空气中的灰尘和水分污染。,2021/9/21,33,三、铁的测定,邻菲罗啉法,铁是人体必需的微量元素，是人体内血红蛋白和肌红蛋白的组成成分，参与了血液中氧的运输作用，又能促进脂肪氧化。,中国营养学会推荐成年男子,12 mg/d,，女子,18 mg/d,。铁缺乏会引起低色素性贫血和血浆水平低下等病症，铁过量会引起血红症等疾病。,2021/9/21,34,肉、蛋、肝脏和果蔬中均含有丰富的铁。,食品在贮存过程中常由于污染了大量铁而使之产生金属味，色泽加深并导致食品中脂肪氧化和维生素,D,分解，造成食品品质降低，影响食品风味，所以食品中铁的测定不但具有卫生意义而且具有营养学意义。,2021/9/21,35,（一）原理,邻菲罗啉亦称邻二氮菲，在酸性条件下能与,Fe,2+,作用生成橙红色络合离子，在,510 nm,波长下有最大吸收，其颜色强度与铁离子含量成正比。,2021/9/21,36,（二）实验步骤, 测量波长的选择：,用吸管吸取铁标准溶液，注入比色管中，加入盐酸羟胺溶液（？），摇匀，加入邻二氮菲溶液，溶液（？），以水稀释至刻度。采用试剂溶液为参比溶液，在,440 560 nm,间，每隔,10 nm,测量一次吸光度（在最大吸收波长处，每隔,2 nm,），选择测量的适宜波长。,2021/9/21,37,加盐酸羟胺的目的：,铁常以,Fe,2+,和,Fe,3+,的混合形式存在，,Fe,3+,能与邻菲罗啉生成淡蓝色配合物，而,Fe,2+,与邻菲罗啉生成稳定的桔红色配合物， 络合更为完全，所以在加入显色剂之前，应在酸性溶液中加入盐酸羟胺将,Fe,3+,还原为,Fe,2+,，消除强氧化剂的影响，再进行铁总量的测定。,添加,NaAc,溶液的目的：,调整反应液,pH,值至酸性。,2021/9/21,38,2.,显色剂用量的选择：,在,6,支比色管中各加入铁标准溶液和盐酸羟胺溶液，摇匀。分别加入,0.1, 0.5, 1.0, 2.0, 3.0,及,4.0 mL 0.15%,邻菲罗啉溶液，,5.0 mL NaAc,溶液，以水稀释至刻度，摇匀。采用试剂溶液为参比溶液，测吸光度。以邻菲罗啉溶液体积为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制吸光度,-,试剂用量曲线，从而确定最佳显色剂用量。,2021/9/21,39,3.,铁含量的测定,（,1,）标准曲线的制作：,分别往,6,支比色管中加入,0.0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mL 100 g/mL,铁标准溶液，再加入盐酸羟胺，邻菲罗啉和,NaAc,，以水稀释至刻度，摇匀。以试剂空白为参比，在,512 nm,处测吸光度,A,。,（,2,）试样测定：,准确吸取适量样品三份，按标准曲线的操作步骤，测定吸光度。,2021/9/21,40,（三）实验结果与分析,1. 测量波长的选择,波长,(nm),480,490,492,494,496,498,吸光度,A,0.3478,0.3645,0.3686,0.3768,0.3768,0.3788,波长,(nm),500,502,504,506,508,510,吸光度,A,0.3809,0.3872,0.3979,0.3862,0.3872,0.4001,波长,(nm),512,514,516,518,520,530,吸光度,A,0.4067,0.4034,0.4001,0.3979,0.3882,0.3188,2021/9/21,41,2.,显色剂用量的测定：（,=512 nm,）,邻菲罗啉的体积,(mL),0.10,0.50,1.00,2.00,3.00,4.00,吸光度,A,0.0701,0.2916,0.4389,0.445,0.4425,0.4342,2021/9/21,42,3. 食品中铁含量的测定,（1）标准曲线的制备,铁标液体积,(mL),0,0.2,0.4,0.6,0.8,1.0,铁浓度,(g/mL),0,0.4,0.8,1.2,1.6,2.0,吸光度,A,0,0.0706,0.1785,0.2381,0.3862,0.4191,据上面数据，,作得标准曲线,为,y = 0.2216,x,- 0.0061,，,R,2,= 0.98,。,2021/9/21,43,（,2,）试样的测定,把y,=,0.0851,0.1244代入标准曲线方程,y = 0.2216,x,- 0.0061,，,得到,x,=,0.4116,0.5889，即,样品,中铁的含量为0.4116,g/mL,0.5889,g/mL。,未知样标号,1,2,样品液的体积,(mL),1.0,1.5,吸光度,A,0.0851,0.1244,样品中铁的含量,(g / mL),0.4116,0.5889,2021/9/21,44,结论,：,通过实验数据可知，最适宜波长为512,nm；,邻菲罗啉,(,0.15,%),的适宜用量为2,mL；最终由标准曲线得,样品,中铁的含量为,0.5 g/mL,。,2021/9/21,45,（四）说明,强氧化剂、氰化物、亚硝酸盐、焦磷酸盐、偏聚磷酸盐及某些重金属离子会干扰测定。,经加酸煮沸可将氰化物及亚硝酸盐除去，并使焦磷酸盐、偏聚磷酸盐转化为正磷酸盐以减轻干扰。,3.,水样有底色，可用不加邻菲罗啉的试液作参比，对水样的底色进行校正。,2021/9/21,46,4.,邻菲罗啉能与其中某些金属离子形成有色络合物而干扰测定，但在,乙酸,-,乙酸铵缓冲溶液,中，不大于铁含量,10,倍的铜、锌、钴、铬及小于,2 mg/L,的镍，不干扰测定。当含量再高时，可加入过量显色剂予以消除。汞、镉、银等能与邻菲罗啉形成沉淀，含量低时，可加入过量邻菲罗啉来消除；含量高时，可将沉淀过滤除去。,2021/9/21,47,四、碘的测定,氯仿萃取比色法,碘是人体必需的微量元素之一，是人体内甲状腺球蛋白、甲状腺素的重要组成成分。甲状腺素能能够调节体内新陈代谢，促进身体的生长发育，是人体正常健康生长必不可少的激素之一。,2021/9/21,48,人体对碘的日需要量为,100 150 g,。身体缺碘时，会发生甲状腺肿大，甲状腺素的合成减少甚至缺乏，可使人产生呆小症。,食品中碘含量最丰富的是海产品，如海带、紫菜、海参等。,2021/9/21,49,（一）原理,样品在碱性条件下灰化，碘被有机物还原成,I,-,，,I,-,与碱金属离子结合成碘化物，碘化物在酸性条件下与重铬酸钾作用，定量析出碘。当用氯仿萃取时，碘溶于氯仿中呈,粉红色,，当碘含量低时，颜色深浅与碘含量成正比，故可以比色测定。,Cr,2,O,7,2-,+ 6 I,-,+ 14 HI 2 Cr,3+,+ 10 I,2,+ 7 H,2,O,2021/9/21,50,（二）实验步骤,1.,样品处理：,准确称取样品于坩埚中，加入,KOH,溶液（？），烘干，电炉上碳化，然后移入高温炉中，在,460 500,下灰化至呈白色灰烬。取出冷却后加水，加热溶解，过滤，用热水分次洗涤坩埚和滤纸，洗液并入容量瓶中，以水定容至刻度。,2021/9/21,51,2.,标准曲线绘制：,准确吸取,10 g/mL,碘标准溶液,0.0, 2.0, 4.0, 6.0, 8.0, 10.0 mL,分别置于分液漏斗中，加水至总体积为,40 mL,，加入浓,H,2,SO,4,，重铬酸钾溶液，摇匀后静置,30 min,，加入氯仿，振摇,1 min,，静置分层后通过棉花将氯仿层过滤至比色皿中，在,510 nm,波长处测定吸光度，绘制标准曲线。,2021/9/21,52,3.,样品测定：,根据样品含碘量高低，吸取数毫升样液置于分液漏斗中，以下步骤按标准曲线制作进行，测定样液吸光度，在标准曲线上查出相应的碘含量（,g,）。,2021/9/21,53,（三）计算,碘含量（,g/100g,）,=,100,m,V,m,1,V,0,m,1,：在标准曲线上查得的测定用样液中的碘量，,g,；,V,0,：样液总体积，,mL,；,m,：样品质量，,g,；,V,：测定时吸取样液的体积，,mL,。,2021/9/21,54,（四）说明,1. 灰化样品时，加入KOH的作用是使碘形成难挥发的碘化钾，防止碘在高温灰化时挥发损失。,2. 样品灰化后一定要用热水分数次洗涤并过滤，避免碘的损失。,3. 本法操作简便，显色稳定，重现性好。,2021/9/21,55,六、铅的测定,双硫腙比色法,（一）原理,在加入掩蔽剂后，调节,pH,为,8.5 9.0,，铅离子可与双硫腙形成可溶于三氯甲烷的,红色双硫腙铅,，根据三氯甲烷呈现颜色与标准比色，,510 mm,处测定。,2021/9/21,56,（二）操作步骤,吸收适量样液于分液漏斗中加适量,柠檬酸铵,、,盐酸羟胺,、酚红指示剂用浓氨水调,pH,为,8.5 9.0,加适量,氰化钾,摇匀加适量双硫腙氯仿应用液,摇动后分层将氯仿层放入干净的比色管中,510nm,测定吸光度 从标准曲线上查出相应铅含量。,2021/9/21,57,（三）说明,1. KCN,是剧毒药品，操作时不能用嘴吸，使用后要洗手，且不能与酸接触以防产生氰化氢气体而中毒。向浓,KCN,溶液中加入,NaOH,和硫酸亚铁使它生成氰氢化钾，可降低,KCN,的毒性。,2021/9/21,58,（三）说明,2.,采用双硫腙法测,Pb,，干扰离子有,Fe,3+,、,Sn,4+,、,Cu,2+,、,Cd,2+,、,Zn,2+,等。,加入盐酸羟胺,使,Fe,3+,Fe,2+,，可避免因,Fe,3+,+ 3 CN,-,Fe(CN),3,高铁氰化物，氧化双硫腙。,3.,加柠檬酸铵的目的,是阻止碱性条件下金属离子与碱生成金属离子的氢氧化物。,2021/9/21,59,（三）说明,4.,本法适用于测定天然水和废水中微量铅。测定铅浓度在,0.01 0.30 mg/L,之间。铅浓度高于,0.30mg/L,，可对样品作适当稀释后再进行测定。,2021/9/21,60,七、总砷的测定,银盐法,砷广泛存在于自然界，几乎在人类所有食品中都有，各种食品及饮水中允许含量，各国都有规定。,三氧化二砷经口服,5, 50mg,即可中毒，,60 100mg,即可致死。,2021/9/21,61,（一）原理,样品经强酸消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，再与溴化汞试纸生成黄色至橙色的色斑，与标准砷斑比较定量。,AsH,3,+3HgBr,2,As(HgBr),3,+3HBr,（黄色）,2As(HgBr),3,+AsH,3,3AsH(HgBr),2,（黄褐色）,As(HgBr),3,+AsH,3,3HBr+As,2,Hg,3,（棕色）,2021/9/21,62,（二）操作步骤,1.,样品处理：,准确称取,5g,样品置于瓷坩埚中，加入,2g,氧化镁粉，,10mL,10%,硝酸镁溶液，水浴蒸干。小火炭化后，移入,550,高温炉中灰化至白色灰烬，冷却，加入,10mL,浓盐酸溶解残渣，用水定容至,100mL,。,2.,样品分析：取,7,个,100mL,三角瓶，编号，,分别加入,1mg/mL,砷标准溶液,0.0,、,1.0,、,2.0,、,3.0,、,4.0,、,5.0mL,和样品溶液,20mL,，于各瓶中加入,20%,碘化钾溶液,5mL,，,40%,氯化亚锡溶液,2mL,，于样品溶液中再加入浓盐酸,13mL,，标准溶液中各加入浓盐酸,15mL,，并各加入水使总体积为,45mL,。,2021/9/21,63,放置,10min,后，加入锌粒,5g,，迅速装上已装有溴化汞试纸，醋酸铅棉花和滤纸的测砷管，,25 30,下避光放置,45min,，取出溴化汞试纸，将样品和标准色斑比色，求出样品溶液中的含砷量。,2021/9/21,64,（三）说明,1.,H,2,S对本法有干扰，遇,HgBr,2,试纸亦会产生色斑。乙酸铅棉花应松紧合适，能顺利透过气体又能除尽H,2,S 。,2.,锑、磷等都能使溴化汞试纸显色，鉴别方法是采用氨蒸熏黄色斑，,如果,先变黑再褪去为砷,，不变为磷，变黑为锑,。,3.,同一批测定用的溴化汞试纸的纸质必须一致，否则因疏密不同而影响色斑深度。制作时应避免手接触到纸，晾干后贮于棕色试剂瓶内。,As,2,O,3,剧毒，,AsH,3,及,HgBr,2,极毒，要在通风橱内进行，实验后妥善处理。,2021/9/21,65,