食品仪器分析检验技术

1. 食品仪器分析检验技术 原子吸收光谱法

2. 食品中存在的元素来源于自然存在的元素以及加工、制造过程中的外来污染元素。元素种类起码有90 种, 其中除去C、H、O、N等四种构成水和有机物质元素外，其他元素统称为矿物质。

3. 对矿物质元素而言，按人体对其需要量，可分为常量元素和微量元素对矿物质元素而言，按人体对其需要量，可分为常量元素和微量元素 常量元素：每日膳食需要量在100mg以上的，如钙、磷、镁、钾、钠、氯、硫。 微量元素：在代谢上同样重要，但含量相对较少。按照1990年FAO/WHO国际组织专家委员会的新定义，微量元素按照其生物学作用分为：（1）人体必需微量元素，共有8种：碘、锌、硒、铁、铜、钼、铬、钴。（2）可能必需的元素共有5种：锰、硅、硼、钒、镍。（3）具有潜在毒性，但低剂量时可能是人体必需的元素7种：氟、铅、镉、汞、砷、铝和锡。

4. 微量元素的特点： （1）在机体组织中的作用浓度很低，往往以ppm或ppb的含量来描述。 （2）有限量标准，如人体对硒的每日安全摄入量为50～200μg。 （3）功能受化学形式影响：如Cr6+ 有害，and Cr3+有益。 限量元素：按食品卫生的要求有一定限量规定的元素，包括：必需微量元素及有害元素。

5. 重金属的定义　 重金属指比重大于5的金属，（一般指密度大于5克每立方厘米的金属）约有45种，如铜、铅、锌、铁、钴、镍、锰、镉、汞、钨、钼、金、银等。尽管锰、铜、锌等重金属是生命活动所需要的微量元素，但是大部分重金属如汞、铅、镉等并非生命活动所必须，而且所有重金属超过一定浓度都对人体有毒。

6. 食品中重金属污染的来源 （1）环境中的高本底重金属含量。如矿区、海底火山活动的地区，因为地层有毒金属的高含量而使动植物有毒金属含量显著高于一般地区。 （2）人为的环境污染而造成有毒有害金属元素对食品的污染。工业生产中排放的含重金属的废气、废水和废渣，农用化学品，如含重金属的农药和化肥的使用，可造成水体及土壤的环境污染。即使它们在环境中的浓度很低，但由于环境不容易净化，生物从环境中摄取重金属后通过食物链在较高级生物体内成千上万倍地富积起来，然后通过食物进入人体导致潜在的危害。 （3）在食品加工、储存、运输和销售过程中使用和接触的机械、管道、容器以及因工艺需要加入的添加剂中含有的有毒金属元素导致食品的污染。

7. 国内外对食品中重金属污染的重视 食品中的重金属一旦被人体所吸收就会在人体的肝、骨骼、肾、心和脑中累积，积累到一定程度便会对健康造成无法逆转的巨大损害。鉴于食品中重金属对人体的伤害，食品中重金属污染已经成为WHO/UNDP/FAO全球食品污染监测计划中的重要项目。我国已于2005 年10 月1 日起强制实施的对食品中汞、铅、镉、砷等重金属污染限量的国家标准(GB2762-2005)。

8. 对重金属的检验，目前国内外主要的检验手段有光度法、比浊法、斑点比较法、色谱法、光谱法、电化学分析法、中子活化分析等。 • 原子吸收光谱法可对60多种金属元素及某些非金属元素进行定量分析，检出限可达ng/mL，相对标准偏差约为1～5％。 可用AAS法测定食品中元素有Na、Mg、K、Ca、B、Si、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ca、Zn、As、Se、Mo、Sn 等，以及对人体有毒有害的Cd、Hg、Pb、As, 这些元素均可用AAS 法测定。

9. AAS法分为火焰、石墨炉、氢化物发生三种类型，具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、分析速度快、仪器设备相对简单、操作简便及应用范围广等优点，是目前各类食品国家标准中普遍使用的重金属分析方法。AAS法分为火焰、石墨炉、氢化物发生三种类型，具有灵敏度高、选择性好、抗干扰能力强、分析速度快、仪器设备相对简单、操作简便及应用范围广等优点，是目前各类食品国家标准中普遍使用的重金属分析方法。

10. 原理 原子吸收光谱法是将待测元素的溶液在高温下进行原子化变成原子蒸汽，由一束锐线辐射穿过一定厚度的原子蒸汽，光的一部分被原子蒸汽中的基态原子吸收。透射光经单色器分光，测量减弱后的光强度。然后，利用吸光度与火焰中原子浓度成正比的关系求得待测元素的浓度。 朗勃比耳定律

11. 原子吸收光谱仪 光源（发射特征谱线）→原子化器（试样转化为原子蒸汽）→分光系统（分离特征谱线）→检测系统 （信号转换、放大、显示）

12. 原子吸收仪器的心脏——火焰原子发生器 由三部分构成，即喷雾器(nebulizer)、雾化室(spray chamber)、和燃烧器(burner)。 整个装置必须能使液体分散成气溶状态，选择所需雾滴大小（排除过大的液滴），并能将样品输送到燃烧器，使之形成原子态。

13. 矿物质元素的分离与浓缩 金属元素一般以金属有机化合物的形式存在于食品中: 1. 有机物质破坏——分离——浓缩——检测。 2. 分离——浓缩最主要的方法是金属鳌合物溶剂萃取法。 • 鳌合萃取原理 金属离子先与鳌合剂生成金属鳌合物，然后利用与水不相溶的有机溶剂同试液一起振荡，金属鳌合物进入有机相，另一些组分仍留在水相中，从而达到提取分离的目的，这个方法称为液－液溶剂萃取法。

14. 破坏有机物的方法 测定食品的金属元素， 一般需首先破坏样品中的有机物质，这一过程通常被称为样品的消化。已报道的消化分解程序多数属于湿法消化和干法灰化二者之一，每种方法往往有许多变异，具体的方法有高温干灰化， 湿法灰化、水解法、密闭体系燃烧法和发酵分解法等，每种方法各有利弊，选用何种方法，在某种程度上，取决于分析元素及基体性质。

15. 1、高温干法灰化 预先将样品在100～105℃干燥，目的是除去其中水分及易挥发性组分。灰化温度宜在450～500℃, 分解温度不宜低于此温，否则会造成灰化不彻底, 残存的小碳粒吸附金属元素，很难用稀酸将其溶解，造成结果偏低。此法在应用过程中也常采取加入灰化辅助剂和再次高温灰化等措施，这些措施可促进有机的分解和提高金属元素的回收率。

16. 高温干灰化的优点是：能分解大量样品，方法简单，无试剂污染，空白低，高温干灰化的优点是：能分解大量样品，方法简单，无试剂污染，空白低， 缺点：对于低沸点元素常有损失，损失程度取决于灰化温度和灰化时间，以及元素在样品中的存在形态。

17. 2、湿法灰化 湿法灰化又称氧化分解法。用液体或液体与固体的混合物作氧化剂，在一定温度下分解样品中的有机质，此过程称为湿法灰化。此法主要是依靠氧化剂的氧化能力来分解样品中的有机质，温度不是主要因素，常用的氧化剂有HNO3、H2SO4、HClO4、H2O2、KMnO4等。

18. 此法在应用时常加入催化剂以加速有机质分解过程，经常使用的催化剂有MgO、V2O5、AgNO3等。此法在应用时常加入催化剂以加速有机质分解过程，经常使用的催化剂有MgO、V2O5、AgNO3等。 该法的优点是适用性强、快速、挥发损失或附着损失小； 缺点是试剂用量大，空白高。

19. 3、水解法 利用水解作用来破坏有机物的方法称为水解法，常用的方法有酸水解法和碱水解法。如在测定样品中的金属元素时, 可加入1mo l·L - 1的HCl，加热至100～130℃，维持一段时间，将其中的有机物分解而金属元素留在溶液中。 目前这种处理食品的方法已成功地用于粮食谷物样品中Pb、Cd、A s、Se、Cu 及Zn 的测定。水解法试剂空白低，可防止挥发性元素的损失，并能快速消化，缺点是不便处理成批样品。

20. 4、密闭体系燃烧分解法 将样品置于充满氧气(常压或高压) 的容器中燃烧分解的方法，称为密闭休系燃烧分解法，样品在充满氧气的容器中，燃烧彻底，在容器内预先加入吸收剂溶液，则被测组分以氧化物或气态形式被吸收液所吸收；此法现在用于对食用油中某些金属元素的测定，优点是金属元素的回收率高，不易损失和污染，分解快速，缺点是需专用仪器，且安全性较差。

21. 最佳实验条件的选择 原子吸收光谱分析中影响测量条件的可变因素多，在测量同种样品的各种测量条件不同时，对测定结果的准确度和灵敏度影响很大。选择最适的工作条件，能有效地消除干扰因素，可得到最好的测量结果和灵敏度。

22. 吸收波长（分析线）的选择：通常选用共振吸收线为分析线，测量高含量元素时，可选用灵敏度较低的非共振线为分析线。吸收波长（分析线）的选择：通常选用共振吸收线为分析线，测量高含量元素时，可选用灵敏度较低的非共振线为分析线。 • 狭缝宽度的选择 不引起吸光度减少的最大狭缝宽度，即为应选取得适合狭缝宽度。对于谱线简单的元素，如碱金属、碱土金属可采用较宽的狭缝以减少灯电流和光电倍增管高压来提高信噪比，增加稳定性。对谱线复杂的元素如铁、钴、镍等，需选择较小的狭缝，防止非吸收线进入检测器，来提高灵敏度，改善标准曲线的线性关系。

23. 燃烧器的高度 锐线光源的光束通过火焰的不同部位时对测定的灵敏度和稳定性有一定影响，为保证测定的灵敏度高应使光源发出的锐线光通过火焰中基态原子密度最大的“中间薄层区”。通过实验来选择适当的燃烧器高度，方法是用一固定浓度的溶液喷雾，再缓缓上下移动燃烧器直到吸光度达最大值，此时的位置即为最佳燃烧器高度。

24. 空心阴极灯工作条件的选择 • a、预热时间：为使发射的共振线稳定，必须对灯进行预热，使灯内原子蒸汽产生的自吸收和发射的共振线的强度稳定。 • b、工作电流：灯电流小，使能辐射的锐性光谱线窄、测量灵敏度高，但灯电流太需提高光电倍增管灵敏度的增益，会增加噪音、降低信噪比；若灯电流过大，会使辐射的光谱产生热变宽和碰撞变宽，灯内自吸收增大，使辐射锐线光的强度下降，背景增大，使灵敏度下降，还会加快灯内惰性气体的消耗，缩短灯的使用寿命。空心阴极灯上都标有最大使用电流（额定电流，约为5-10mA），对大多数元素，日常分析的工作电流应保持额定电流的40%-60%较为合适，可保证稳定、合适的锐线光强输出。

25. 火焰燃烧器操作条件的选择 • 1）进样量：选择可调进样量雾化器，可根据样品的黏度选择进样量，提高测量的灵敏度。进样量小，吸收信号弱，不便于测量；进样量过大，在火焰原子化法中，对火焰产生冷却效应，在石墨炉原子化法中，会增加除残的困难。在实际工作中，应测定吸光度随进样量的变化，达到最满意的吸光度的进样量，即为应选择的进样量。 • 2）原子化条件的选择 在火焰原子化法中，火焰类型和性质是影响原子化效率的主要因素。调节燃气和助燃气的比例，可获得所需性质的火焰。

26. 定量分析方法 • 原子吸收光谱分析进行定量测定时主要使用工作曲线法、标准加入法。

27. 原子吸收光谱法测定食品中的铅 标准依据: GB/T5009.12-2003《食品中铅的测定》

28. 一、石墨炉原子吸收光谱法 【原理】 样品经灰化或酸消解后，将样液注入原子吸收分光光度计的石墨炉中，经过电热原子化，铅在波长为283.3nm处，对铅空心阴极灯发射的谱线有特异吸收。在一定范围内，其吸收值与铅的含量成正比，与标准系列比较后求出食品中铅的含量。

29. 【仪器】 所用玻璃仪器均须以硝酸(1十5)浸泡过夜，用水反复冲洗，最后用去离子水冲洗干净。 ①原子吸收分光光度计 (附石墨炉及铅空心阴极灯)。 ②马福炉或恒温干燥箱。 ③瓷柑抿或压力消化器。 ④微波消解装置。 　 ⑤分析天平。

30. 【试剂】 ①硝酸。　　②过硫酸胺。　　 ③过氧化氢 (30%)。　 　 ④高氯酸。 ⑤硝酸溶液 (1十1) ⑥硝酸溶液 (0·5mol/L) ⑦硝酸溶液(1·0mol/L) ⑧磷酸胺溶液 (20g/L) ⑨混合酸 (硝酸-高氯酸):(5十1)。 ⑩铅标准储备液:精密称取1·000g金属铅 (99·99%)或1·598g硝酸铅(优级纯)，分次加入不超过37mL的硝酸 (1十1)，加热溶解后，移人1000mL容量瓶，用0·5mol/L硝酸溶液定容至刻度。储存于聚乙烯瓶内，冰箱保存。此溶液每毫升含1·0mg铅。 铅标准使用液:吸取铅标准储备液10·0mL于l00mL容量瓶中，用0·5mol/L硝酸溶液稀释至刻度，如此经多次稀释，制成每毫升含10·0、20·0、40，0、60·0、80·0ug铅的标准使用液。该溶液每毫升相当于100ug铅。储存于聚乙烯瓶内，冰箱保存。

31. 【操作步骤】 (1)样品的预处理 采样和制备过程中，应注意不便样品污染。 ①粮食、豆类:去壳去杂物后，磨碎过20目筛，储于塑料瓶中保存备用。 　②蔬菜、水果、鱼类、肉类及蛋类:洗净，晾干，取可食部分捣碎或经匀浆机打成匀浆储于塑料瓶中保存备用。

32. (2)样品的消解 ①干灰化法:称取1.00～5.00g样品 (根据铅含量而定)于瓷柑祸中，先于可调式电热板上用小火炭化至无烟，再移人马福炉中，于500℃士25℃条件下灰化6 ～8h，放冷。若个别样品灰化不彻底，则可加lmL混合酸，在于可调式电热板上小火上加热，反复多次直到消化完全。放冷后，用硝酸 (0·5mol/L)将灰分溶解，用滴管将样品消化液洗人或过滤人10 ～25mL容量瓶中，少量多次用水洗涤瓷柑塌，洗液也一并注人容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用，同时做试剂空白试验校正结果。

33. ②过硫酸胺灰化法:称取样品1.00～5.00g于瓷柑锅中，加2～4mL硝酸浸泡lh以上，先用小火炭化，冷却后加2～3g过硫酸胺盖于上面，继续炭化至不冒烟，转人马福炉内，于500℃恒温2h，再升温至800℃，保持2Omin，冷却，加2～3mL硝酸溶液 (1.Omol/L)，用滴管将样品消化液洗人或过滤人10～25mL，容量瓶中，少量多次用水洗涤瓷柑堪，洗液也一并注人容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用，同时做试剂空白试验校正结果。

34. ③压力消解罐法:称取1.00～2.00g样品 (干样、含脂肪高的样品少于1.00g，鲜样少于2.00g或按压力消解罐使用说明书称取样品)于聚四氟乙烯罐内，加硝酸2 ～4mL浸泡过夜。再加30%的过氧化氢2~3mL(总量不能超过罐内容积的1/3)。盖好内盖，旋紧外盖，放人恒温箱中，于120～140C保温3～4h，于箱内自然冷却至室温。用滴管将样品消化液洗人或过滤人 (视消化后样品的含盐量而定) 10～25mL容量瓶中，少量多次用水洗涤瓷柑祸，洗液也一并注入容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用，同时做试剂空白试验校正结果。

35. ④湿法消解:称取样品1.000～5.000g于三角瓶中，放人数粒玻璃珠，加入l0mL混合酸 (或再加1～2mL硝酸)，加盖浸泡过夜。在瓶口上放置1个小漏斗，于电炉上消解，若变棕黑色，则再加混合酸。直至冒白烟，消化液应无色透明，或略带黄色。放冷用滴管将样品消化液洗人或过滤人10～25mL容量瓶中，少量多次用水洗涤瓷钳锅，洗液也一并注入容量瓶中，定容至刻度，摇匀备用，同时做试剂空白试验校正结果。

36. (3)测定 ①仪器参考条件:波长283.3nm;狭缝0.2~1.0nm;灯电流5~7mA;120C，30s;灰化温度450℃，15~20s；原子化温度1700~2300℃，4~5s，背景校正为氖灯或塞曼效应。 ②标准曲线绘制:将仪器性能调至最佳状态。待稳定后，分别吸取已配制的铅标准使用液10.0、20.0、40.0、60.0、80.0ug/mL各10ul，注入石墨炉中，测得其吸光值，并求得吸光值与浓度关系的一元线性回归方程。 ③样品测定:分别吸取试剂空白液和样液10ul，注大石墨炉中，测得其吸光值，代人标准系列的一元线性回归方程中求得样液中铅含量。对于有干扰的样品，需要同时吸取基体改进剂 (20g/L磷酸氢二胺溶液)5.0ul，注入石墨炉。

37. 4)结果计算 式中：X——样品中铅的含量，ug/kg(或ug/L); m1——测定用样品消化液中铅的含量，ng/L; m2——试剂空白溶液中铅的含量，ng/L; V1——实际进样品消化液体积，mL; V2——迸样总体积，mL V3——样品消化液的总体积，mL; m——样品的质量 (或体积)，g或mL。