食品檢驗(yàn)學(xué)-張虹ppt課件 3微量元素分析檢測(cè)方法

食品中微量元素分析方法微量元素=微量營(yíng)養(yǎng)元素+有毒的重金屬元素一、重金屬的危害（一）環(huán)境：鉛、鎘、汞、砷等重金屬，是由于工業(yè)活動(dòng)的發(fā)展，引起在人類(lèi)周?chē)h(huán)境中的富集，通過(guò)大氣、水、食品等進(jìn)入人體，在人體某些器官內(nèi)積累，造成慢性中毒，危害人體健康。污染物進(jìn)入環(huán)境后，隨著水和空氣的流動(dòng)，被稀釋擴(kuò)散，可能造成點(diǎn)源到面源更大范圍的污染，而且在不同空間的位置上，污染物的濃度和強(qiáng)度分布隨著時(shí)間的變化而不同。（二）毒性：決定污染物毒性強(qiáng)弱的主要因素是其物質(zhì)性質(zhì)、含量和存在形態(tài)。例如鉻有二價(jià)、三價(jià)和六價(jià)三種形式，其中六價(jià)鉻的毒性很強(qiáng)，而三價(jià)鉻是人體新陳代謝的重要元素之一。在天然水體中一般重金屬產(chǎn)生毒性的范圍大約在1～10mg/L之間，而汞，鎘等產(chǎn)生毒性的范圍在0.01～0.001mg/L之間。（三）活性和持久性：活性和持久性表明污染物在環(huán)境中的穩(wěn)定程度?；钚愿叩奈廴疚镔|(zhì)，在環(huán)境中或在處理過(guò)程中易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，毒性降低，但也可能生成比原來(lái)毒性更強(qiáng)的污染物，構(gòu)成二次污染。如汞可轉(zhuǎn)化成甲基汞，毒性更強(qiáng)。持久性則表示有些污染物質(zhì)能長(zhǎng)期地保持其危害性，如重金屬鉛、鎘等都具有毒性且在自然界難以降解，并可產(chǎn)生生物蓄積，長(zhǎng)期威脅人類(lèi)的健康和生存。（四）生物不可分解性：大多數(shù)重金屬都不易被生物分解，因此重金屬污染一但發(fā)生，治理更難，危害更大。（五）生物累積性：有兩個(gè)方面：一是污染物在環(huán)境中通過(guò)食物鏈和化學(xué)物理作用而累積；二是污染物在人體某些器官組織中由于長(zhǎng)期攝入的累積。如鎘可在人體的肝、腎等器官組織中蓄積，造成各器官組織的損傷。又如1953年至1961年，發(fā)生在日本的水俁病事件，無(wú)機(jī)汞在海水中轉(zhuǎn)化成甲基汞，被魚(yú)類(lèi)、貝類(lèi)攝入累積，經(jīng)過(guò)食物鏈的生物放大作用，當(dāng)?shù)鼐用袷秤煤笾卸?。（六）?duì)生物體作用的加和性：多種污染物質(zhì)同時(shí)存在，對(duì)生物體相互作用。污染物對(duì)生物體的作用加和性有兩類(lèi)：一類(lèi)是協(xié)同作用，混合污染物使其對(duì)環(huán)境的危害比污染物質(zhì)的簡(jiǎn)單相加更為嚴(yán)重；另一類(lèi)是拮抗作用，污染物共存時(shí)使危害互相削弱。二、微量營(yíng)養(yǎng)元素的檢測(cè)方法

紫外可分光光度法（UV）原子吸收法（AAS）原子熒光法（AFS）電感耦合等離子體法（ICP）X熒光光譜（XRF）電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）。樣品處理食品中的微量元素多數(shù)以結(jié)合態(tài)的形式存在于有機(jī)物中檢測(cè)這些元素,首先要將元素從有機(jī)物中游離出來(lái)，或者將有機(jī)物盡可能的破壞之后,才能準(zhǔn)確的測(cè)定這些元素。

食品在其進(jìn)行微量元素檢驗(yàn)之前需要進(jìn)行樣品處理，也稱(chēng)作預(yù)處理、前處理或樣品消化,目的在于破壞樣品中的有機(jī)成分,消除干擾成分,使樣品符合分析要求。樣品前處理的效果,往往是決定分析成敗的關(guān)鍵。目前常見(jiàn)的食品樣品處理方法干法濕法微波消解法干法灰化處理干法灰化處理是先去除樣品中雜物，稱(chēng)取一定克數(shù)樣品置于瓷坩堝中，先在微火上干燥目的是除去其中的水分和易揮發(fā)性組分。然后移入高溫爐中灰化成白色灰燼,灼燒后所得的灰分加入鹽酸溶液加熱煮沸,經(jīng)冷卻移入容量瓶中混勻備用。該法的優(yōu)點(diǎn)是能分解大量樣品,方法簡(jiǎn)單,無(wú)試劑污染,空白低;缺點(diǎn)是對(duì)于低沸點(diǎn)的元素常有損失,損失程度取決于灰化溫度和灰化時(shí)間,以及元素在樣品中的存在狀態(tài)。

濕法消化處理濕法消化處理又稱(chēng)氧化分解法。用液體或液體和固體的混合物作為氧化劑,在一定溫度下分解樣品中的有機(jī)物,此過(guò)程稱(chēng)為濕法灰化。此法與干法灰化的不同在于它不是依靠溫度的提高,而主要依靠氧化劑的氧化能力分解有機(jī)物。常用的氧化劑有HNO3、H2SO4、HClO4、H2O2、KMnO4等。有時(shí)為了加快有機(jī)物的分解,常加入催化劑如MgO、V2O5、AgNO2等。該法的優(yōu)點(diǎn)是適應(yīng)性強(qiáng)、簡(jiǎn)便快速、揮發(fā)損失和附著損失小;缺點(diǎn)是試劑用量較大,在消化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體,危險(xiǎn)性較大,空白值偏高。微波消解法處理微波消解法是一種新型的消化方法。原理為在微波電磁場(chǎng)的作用下,樣品與酸的混合物通過(guò)吸收微波能量,使介質(zhì)分子間相互摩擦,產(chǎn)生高熱；同時(shí),交變磁場(chǎng)使介質(zhì)分子產(chǎn)生極化,由極化分子快速排列引起張力。這兩方面的作用使得樣品的表面層不斷攪動(dòng)破裂,不斷產(chǎn)生新的表面與酸反應(yīng)。由于溶液在瞬間吸收輻射能,改變了傳統(tǒng)的分解方法中的熱傳導(dǎo)過(guò)程,因此分解迅速。在微波消解法中,微波使酸與樣品充分接觸,最大限度地發(fā)揮酸的作用,同時(shí)由于消解罐是密封的,避免了由于酸的揮發(fā)而造成的損失,故消耗酸量小,既節(jié)省試劑又減少了酸霧對(duì)環(huán)境造成的污染。微波能直接穿透樣品的內(nèi)部,里外同時(shí)加熱,不需傳熱過(guò)程,瞬時(shí)可達(dá)到較高溫度,縮短了消化時(shí)間,給快速分析創(chuàng)造了良好條件;且具有取樣量少、節(jié)省試劑、精密度高、污染機(jī)會(huì)少、回收率高、消解速度快等優(yōu)點(diǎn),因此微波消解法在國(guó)內(nèi)外的元素分析中得到了廣泛的應(yīng)用三、微量元素分析方法

（一）原子吸收光譜法（AAS）

原子吸收光譜法是20世紀(jì)50年代創(chuàng)立的一種新型儀器分析方法，它與主要用于無(wú)機(jī)元素定性分析的原子發(fā)射光譜法相輔相成，已成為對(duì)無(wú)機(jī)化合物進(jìn)行元素定量分析的主要手段。原子吸收分析過(guò)程如下：1、將樣品制成溶液（同時(shí)做空白）；2、制備一系列已知濃度的分析元素的校正溶液（標(biāo)樣）；3、依次測(cè)出空白及標(biāo)樣的相應(yīng)值；4、依據(jù)上述相應(yīng)值繪出校正曲線(xiàn)；5、測(cè)出未知樣品的相應(yīng)值；6、依據(jù)校正曲線(xiàn)及未知樣品的相應(yīng)值得出樣品的濃度值。（二）紫外可見(jiàn)分光光度法（UV）

其檢測(cè)原理是：重金屬與顯色劑—通常為有機(jī)化合物，可于重金屬發(fā)生絡(luò)合反應(yīng)，生成有色分子團(tuán)，溶液顏色深淺與濃度成正比。在特定波長(zhǎng)下，比色檢測(cè)。分光光度分析有兩種，一種是利用物質(zhì)本身對(duì)紫外及可見(jiàn)光的吸收進(jìn)行測(cè)定；另一種是生成有色化合物，即“顯色”，然后測(cè)定。雖然不少無(wú)機(jī)離子在紫外和可見(jiàn)光區(qū)有吸收，但因一般強(qiáng)度較弱，所以直接用于定量分析的較少。加入顯色劑使待測(cè)物質(zhì)轉(zhuǎn)化為在紫外和可見(jiàn)光區(qū)有吸收的化合物來(lái)進(jìn)行光度測(cè)定，這是目前應(yīng)用最廣泛的測(cè)試手段。顯色劑分為無(wú)機(jī)顯色劑和有機(jī)顯色劑，而以有機(jī)顯色劑使用較多。大多當(dāng)數(shù)有機(jī)顯色劑本身為有色化合物，與金屬離子反應(yīng)生成的化合物一般是穩(wěn)定的螯合物。顯色反應(yīng)的選擇性和靈敏度都較高。有些有色螯合物易溶于有機(jī)溶劑，可進(jìn)行萃取浸提后比色檢測(cè)。

（三）原子熒光法（AFS）

原子熒光光譜法是通過(guò)測(cè)量待測(cè)元素的原子蒸氣在特定頻率輻射能激以下所產(chǎn)生的熒光發(fā)射強(qiáng)度，以此來(lái)測(cè)定待測(cè)元素含量的方法。原子熒光光譜具有發(fā)射譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，靈敏度高于原子吸收光譜法，線(xiàn)性范圍較寬干擾少的特點(diǎn)，能夠進(jìn)行多元素同時(shí)測(cè)定。氣態(tài)自由原子吸收特征波長(zhǎng)輻射后，原子的外層電子從基態(tài)或低能態(tài)會(huì)躍遷到高能態(tài)，同時(shí)發(fā)射出與原激發(fā)波長(zhǎng)相同或不同的能量輻射，即原子熒光。原子熒光的發(fā)射強(qiáng)度If與原子化器中單位體積中該元素的基態(tài)原子數(shù)N成正比。當(dāng)原子化效率和熒光量子效率固定時(shí)，原子熒光強(qiáng)度與試樣濃度成正比。原子熒光光譜儀可用于分析汞、砷、銻、鉍、硒、碲、鉛、錫、鍺、鎘、鋅等11種元素。在國(guó)標(biāo)中，食品中砷、汞等元素的測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)中已將原子熒光光譜法定為第一法。（四）電化學(xué)法—陽(yáng)極溶出伏安法

電化學(xué)法是近年來(lái)發(fā)展較快的一種方法，它以經(jīng)典極譜法為依托，在此基礎(chǔ)上又衍生出示波極譜、陽(yáng)極溶出伏安法等方法。電化學(xué)法的檢測(cè)限較低，測(cè)試靈敏度較高，值得推廣應(yīng)用。如國(guó)標(biāo)中鉛的測(cè)定方法中的第五法和鉻的測(cè)定方法的第二法均為示波極譜法。陽(yáng)極溶出伏安法是將恒電位電解富集與伏安法測(cè)定相結(jié)合的一種電化學(xué)分析方法。這種方法一次可連續(xù)測(cè)定多種金屬離子，而且靈敏度很高，能測(cè)定10-7-10-9mol/L的金屬離子。此法所用儀器比較簡(jiǎn)單，操作方便，是一種很好的痕量分析手段。陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定分兩個(gè)步驟。第一步為“電析”，即在一個(gè)恒電位下，將被測(cè)離子電解沉積，富集在工作電極上與電極上汞生成汞齊。對(duì)給定的金屬離子來(lái)說(shuō)，如果攪拌速度恒定，預(yù)電解時(shí)間固定，則m=Kc，即電積的金屬量與被測(cè)金屬離了的濃度成正比。第二步為“溶出”，即在富集結(jié)束后，一般靜止30s或60s后，在工作電極上施加一個(gè)反向電壓，由負(fù)向正掃描，將汞齊中金屬重新氧化為離子回歸溶液中，產(chǎn)生氧化電流，記錄電壓-電流曲線(xiàn)，即伏安曲線(xiàn)。曲線(xiàn)呈峰形，峰值電流與溶液中被測(cè)離了的濃度成正比，可作為定量分析的依據(jù)，峰值電位可作為定性分析的依據(jù)。示波極譜法又稱(chēng)“單掃描極譜分析法”。一種極譜分析新力一法。它是一種快速加入電解電壓的極譜法。常在滴汞電極每一汞滴成長(zhǎng)后期，在電解池的兩極上，迅速加入一鋸齒形脈沖電壓，在幾秒鐘內(nèi)得出一次極譜圖，為了快速記錄極譜圖，通常用示波管的熒光屏作顯示工具，因此稱(chēng)為示波極譜法。其優(yōu)點(diǎn)：快速、靈敏。（五）X射線(xiàn)熒光光譜法（XRF）

X射線(xiàn)熒光光譜法是利用樣品對(duì)x射線(xiàn)的吸收隨樣品中的成分及其多少變化而變化來(lái)定性或定量測(cè)定樣品中成分的一種方法。它具有分析迅速、樣品前處理簡(jiǎn)單、可分析元素范圍廣、譜線(xiàn)簡(jiǎn)單，光譜干擾少，試樣形態(tài)多樣性及測(cè)定時(shí)的非破壞性等特點(diǎn)。其檢出限多數(shù)可達(dá)10-6。與分離、富集等手段相結(jié)合，可達(dá)10-8。測(cè)量的元素范圍包括周期表中從F-U的所有元素。多道分析儀，在幾分鐘之內(nèi)可同時(shí)測(cè)定20多種元素的含量。x射線(xiàn)熒光法不僅可以分析塊狀樣品，還可對(duì)多層鍍膜的各層鍍膜分別進(jìn)行成分和膜厚的分析。當(dāng)試樣受到x射線(xiàn)，高能粒子束，紫外光等照射時(shí)，由于高能粒子或光子與試樣原子碰撞，將原子內(nèi)層電子逐出形成空穴，使原子處于激發(fā)態(tài)，這種激發(fā)態(tài)離子壽命很短，當(dāng)外層電子向內(nèi)層空穴躍遷時(shí)，多余的能量即以x射線(xiàn)的形式放出，并在教外層產(chǎn)生新的空穴和產(chǎn)生新的x射線(xiàn)發(fā)射，這樣便產(chǎn)生一系列的特征x射線(xiàn)。特征x射線(xiàn)是各種元素固有的，它與元素的原子系數(shù)有關(guān)。所以只要測(cè)出了特征x射線(xiàn)的波長(zhǎng)λ，就可以求出產(chǎn)生該波長(zhǎng)的元素。即可做定性分析。（六）電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）

ICP-MS的檢出限給人極深刻的印象，其溶液的檢出限大部份為ppt級(jí)，實(shí)際的檢出限不可能優(yōu)于你實(shí)驗(yàn)室的清潔條件。必須指出，ICP-MS的ppt級(jí)檢出限是針對(duì)溶液中溶解物質(zhì)很少的單純?nèi)芤憾缘?，若涉及固體中濃度的檢出限，由于ICP-MS的耐鹽量較差，ICP-MS檢出限的優(yōu)點(diǎn)會(huì)變差多達(dá)50倍，一些普通的輕元素（如S、Ca、Fe、K、Se）在ICP-MS中有嚴(yán)重的干擾，也將惡化其檢出限。ICP-MS由作為離子源ICP焰炬，接口裝置和作為檢測(cè)器的質(zhì)譜儀三部分組成。ICP-MS所用電離源是感應(yīng)耦合等離子體（ICP），其主體是一個(gè)由三層石英套管組成的炬管，炬管上端繞有負(fù)載線(xiàn)圈，三層管從里到外分別通載氣，輔助氣和冷卻氣，負(fù)載線(xiàn)圈由高頻電源耦合供電，產(chǎn)生垂直于線(xiàn)圈平面的磁場(chǎng)。如果通過(guò)高頻裝置使氬氣電離，則氬離子和電子在電磁場(chǎng)作用下又會(huì)與其它氬原子碰撞產(chǎn)生更多的離子和電子，形成渦流。強(qiáng)大的電流產(chǎn)生高溫，瞬間使氬氣形成溫度可達(dá)10000k的等離子焰炬。被分析樣品通常以水溶液的氣溶膠形式引入氬氣流中，然后進(jìn)入由射頻能量激發(fā)的處于大氣壓下的氬等離子體中心區(qū)，等離子體的高溫使樣品去溶劑化，汽化解離和電離。部分等離子體經(jīng)過(guò)不同的壓力區(qū)進(jìn)入真空系統(tǒng)，在真空系統(tǒng)內(nèi)，正離子被拉出并按照其質(zhì)荷比分離。在負(fù)載線(xiàn)圈上面約10mm處,焰炬溫度大約為8000K,在這么高的溫度下,電離能低于7eV的元素完全電離，電離能低于10.5ev的元素電離度大于20%。大部分重要的元素電離能都低于10.5eV，因此都有很高的靈敏度，少數(shù)電離能較高的元素，如C，O，Cl，Br等也能檢測(cè)，只是靈敏度較低。東海經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的多元素分析產(chǎn)地判別研究

采用電感耦合等離子體質(zhì)譜（ICP-MS）和原子吸收光譜（AAS）測(cè)定了東海四種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)中25種礦物元素，多元統(tǒng)計(jì)分析元素組成并判斷經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的地理起源。結(jié)果顯示，主成分分析（PCA）可以判別魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)地并揭示在地理多樣性中起著重要作用的元素。偏最小二乘判別分析（PLS-DA）和概率神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（PNN）建立的判別模型可以準(zhǔn)確的判別魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)地。進(jìn)一步分析顯示，PLS-DA和PNN建立的判別模型在不考慮魚(yú)種的情況下，準(zhǔn)確率分別達(dá)到97.92%和100%。結(jié)果表明，基于礦物元素指紋信息的產(chǎn)地判別技術(shù)可有效地應(yīng)用于近海三個(gè)產(chǎn)地的四種經(jīng)濟(jì)魚(yú)類(lèi)的產(chǎn)地判別。1.材料和方法1.1材料舟山、溫州和寧波三個(gè)產(chǎn)地的鯧魚(yú)、帶魚(yú)、魷魚(yú)和小黃魚(yú)分別采用漁船拖網(wǎng)捕撈自舟山東部海域、溫州蒼南海域及寧波象山海域。不同產(chǎn)地的不同魚(yú)類(lèi)樣本均由3個(gè)不同批次的捕獲樣本組成，同種魚(yú)類(lèi)樣本的采集以個(gè)體大小相近，新鮮無(wú)病變?yōu)樵瓌t，并于冰敷冷藏條件下運(yùn)輸至實(shí)驗(yàn)室。樣品解凍后，用去離子水洗凈表面，去皮取其背部肌肉部分，經(jīng)充分?jǐn)囁榛靹蚝笥?40℃下密封冷凍貯藏。1.2儀器與工作參數(shù)微波消解儀，MARS，美國(guó)CEM公司；原子吸收光譜儀(AAS)，SOLAARM6，美國(guó)ThermoFisher公司；電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS），X-seriesⅡ，美國(guó)ThermoFisher公司。

微波消解儀的工作參數(shù)：功率最大值1600W，升溫時(shí)間15min，壓力350PSI，溫度180℃，保持時(shí)間15min。AAS工作參數(shù)：狹縫寬度1.0nm，燃?xì)饬髁?.2L/min，測(cè)定波長(zhǎng)分別為766.5nm（K）、589.0nm（Na）、422.7nm（Ca）、285.2nm（Mg）。ICP-MS工作參數(shù)：RF發(fā)射功率1300W，冷卻氣13.0L/min，輔助氣0.80L/min，四極桿偏壓-1.8V，六極桿偏壓-4.0V，掃描方式跳峰。1.3實(shí)驗(yàn)方法1.3.1樣品前處理準(zhǔn)確稱(chēng)取經(jīng)攪碎均質(zhì)的魚(yú)肉樣品0.8g（精確到0.0001g）于消解罐中，加入5ml濃硝酸和2ml的30%過(guò)氧化氫，蓋好安全閥進(jìn)行微波消解，同時(shí)做樣品空白。消解完畢后取出消解罐，于135℃下趕酸至剩余體積1mL左右，轉(zhuǎn)移到50mL的容量瓶中，超純水定容。1.3.2標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)配制準(zhǔn)確吸取相應(yīng)體積的各單元素標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備液及多元素混合標(biāo)準(zhǔn)儲(chǔ)備溶液于100mL容量瓶中，用1%HNO3配制中間儲(chǔ)備液并逐級(jí)稀釋。AAS分析的K、Na、Ca、Mg的濃度范圍分別為，K：0.1-1.5mg/L；Na：0.05-1.0mg/L；Ca：0.5-15.0mg/L；Mg：0.05-1.0mg/L。ICP-MS分析的混合標(biāo)準(zhǔn)元素的濃度為0-120μg/L。在優(yōu)化的實(shí)驗(yàn)條件下進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)的繪制及樣品測(cè)定1.3.3試樣分析采用AAS進(jìn)行K、Na、Ca、Mg的分析。采用ICP-MS在標(biāo)準(zhǔn)模式下進(jìn)行52Cr、55Mn、56Fe、59Co、65Cu、66Zn、75As、82Se、85Rb、88Sr、98Mo、111Cd、118Sn、127I、137Ba、202Hg、208Pb、209Bi的分析；在碰撞反應(yīng)池模式（CCT）下進(jìn)行48Ti、51V、52Cr、56Fe、60Ni、75As的分析。在ICP-MS分析時(shí)，加入10μg/mL的內(nèi)標(biāo)溶液25μL于50