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,*,第十三章,食品中重金属含量的测定,Tuesday, November 19, 2024,方国臻,重金属污染,重金属：密度在,5,以上的金属统称为重金属，如金、银、铜、铅锌、镍、钴、镉、铬和汞等,45,种。,从污染方面所说的重金属，实际上主要是指汞、镉、铅、铬以及类金属砷等生物毒性显著的重金属，也指具有一定毒性的一般重金属如锌、铜、钴、镍、锡等。,目前最引起人们注意的是汞、镉、铬等。,重金属的危害,重金属离子对活的有机体有严重的毒理效应，所以重金属离子污染给人类带来了严重的威胁。,重金属对人体的危害，一方面通过直接饮用造成重金属中毒而损害人体健康；另一方面，间接污染农产品和水产品，通过食物链对人体健康构成威胁。,重金属能抑制人体化学反响酶的活动，使细胞质中毒，从而伤害神经组织，还可导致直接的组织中毒，损害人体解毒功能的关键器官肝、肾等组织。,一. 常见重金属及中毒,砷(Arsenic, As),急性中毒:,食入性中毒：急性期会有恶心、呕吐、腹痛、血便、休克、低血压、溶血、大蒜、及金属味、肝炎、黃疸、急性肾衰竭、昏迷、抽搐。,吸入性中毒: 咳嗽、呼吸困难、胸痛、肺水肿、急性呼吸衰竭。,氢化砷中毒: 在高浓度暴露后2-4时发作，引起大量溶血，会有腹痛、血尿及黄疸(triad)的典型病症，急性肾衰竭并不少见。,慢性中毒,A. 皮肤:湿疹、角质化、皮肤癌。 B. 神经:中枢及周边神经病变。 C. 血液:贫血、血球稀少、白血病。 D. 其他:周边血管病变、四肢坏死(乌脚病Black foot disease)及肝功能异常。 肺癌、肝癌及膀胱癌的机牵大幅上升。,镉(Cadmium, Cd),急性中毒,:,食入,恶心、腹痛、呕吐、出血性肠胃炎、肝、肾坏死、心脏扩大。 吸入,氧化镉引起严重的金属熏烟热,(Metal fume fever),在暴露后,12,一,24,小时后，发生胸痛、头痛、咳嗽、呼吸困难、发烧、肺水肿、肾肝坏死。,慢性中毒,:,食入,肾病变包括低分子量蛋白尿，胺基酸尿及糖尿、痛痛病、高血压、心脏血管疾病、及癌症。 吸入,肺纤维化及肾病变。,铬(Chromium, Cr),急性中毒: 六价铬：剧毒及腐蚀性皮肤:铬溃疡Chrome ulcer，鼻中膈穿孔，过敏性接触皮肤炎吸人,胃肠出血性胃肠炎食入1-2公克会致命，肾：急性肾衰竭食入，吸入或皮肤吸收，肺：72小时后会发生肺水肿(吸入大量). 三价铬: 为身体必须元素，为糖份代谢必要，肠胃吸收困难(As(V) MMADMA，而AsB和AsT可认为是无毒的。,另一个例子是铬，Cr(III)是人体必需，有利于糖的代谢，而Cr(VI)那么被认为是高毒性的。,2. 人工合成物质是一类新的需要分析的对象,如用作广谱杀菌的有机锡化合物，这些化合物会对生态环境产生不利影响。到目前为止，虽然食物中有机锡还缺乏以引起危害，但鱼和海产品中的这些化合物含量呈上升趋势。虽然现在不能确定这些化合物对人类产生多大的危害，确切的数据也比较缺乏，但有一点可以肯定在人类活动将它们引入到环境之前，环境中有机锡的浓度为零。,3. 另一种情况是一种元素以低毒性、低浓度、大范围的形式进入环境，但这种元素可能在食物链底部的生物体内转化为有毒物种，而且在食物链的顶部到达很危险的程度。,汞就是一个这样的例子，无机汞在酶的作用下，通过甲基化转化为高毒性的甲基汞。,三样品的预处理,1样品的储存,如何保持样品中元素各形态的稳定性是形态分析中的首要问题。,为了防止化学形态的改变，常采用调节pH、调节温度和防止光照等措施保存样品。,如：Measures等将海水用盐酸酸化到pH 2，在4个半月内没有发现硒浓度和氧化态的明显变化。,Heninger等报道使用盐酸因吸附活性位点被Cl-饱和而防止了器壁对硒的吸附。,在低pH值时，CrVI具有较强的氧化性，所以保存CrVI，可用HCO3-/H2CO3调节到pH 6.4。,研究说明硒化合物的稳定性与温度有关。SeVI在4、25和40 C分别保存30、15和7天后，有明显的损失。然而，温度对SeIV的影响相对较小。SeIV在-20和4C时相当稳定，而在25和40C分别经过6个月和15天后才发现其浓度有明显的损失。,光照对砷的形态有显著的影响。AsIII、AsVI、砷甜菜碱(AsB)、砷胆碱(AsC)、一甲基砷酸(MMA)和二甲基砷酸(DMA) 在适宜的pH且避光可稳定保存1年。,Demesmay等研究说明：如果在20 C不避光保存，所有的AsIII4个月后都转化成AsV，而在40 C避光保存时，在相同的时间内仅有少量的AsIII转化成AsV。,2稀释和萃取,稀释可以消除一些复杂基体的干扰。Aguilar在测定锌电镀液中的杂质FeCN64-和FeCN63-时，采用稀释的方法消除了基体锌羟基配合物的干扰，整个分析过程仅需4min。,对于固体样品，要求将分析物种转移到溶液中，可用水或缓冲液，有机溶剂萃取后再进行形态分析。,Medina等在测定甲基汞时，以Cl-作为CH3Hg+的反离子，用甲苯萃取，用0.1%的半胱氨酸水溶液反萃取，水相萃取物直接进行CE别离。,超临界和亚临界流体萃取也用于形态分析的预处理。这种技术具有快速、高效，较少使用有机溶剂的特点。,3预富集,由于生物和环境样品中形态分析重要的物种的含量较低，需要进行预富集。,四. 食品中重金属分析检测技术,紫外-可见分光光度法金属离子,原子吸收分光光度法可测定70多种元素，检出限：10-8,原子荧光光谱法As、Bi、Pb、Sn、Se、 Sb、Te、Zn、Cd g/L ,电感耦合等离子体原子发射光谱(ICP-AES) (70多种元素),电感耦合等离子体质谱(ICP-MS),多元素同时分析,检出限：10,-12,g/mL,形态分析，联用技术：HPLC-ICP-MS，CE-ICP-MS,紫外-可见分光光度法,A=kbc,原理：利用物质在被外能激发后所产生的原子发射光谱来进行分析的方法。,原子发射光谱的产生：,原子由激发态回到基态或跃迁到较低能级时，假设此以光的形式放出能量，就得到了发射光谱。其谱线的波长决定于跃迁时的两个能级的能量差。,光谱分析可用于进行定性、半定量、定量分析。,一原子发射光谱分析法,光谱定性分析：,元素的灵敏线：灵敏线一般是指一些强 度较大的谱线 。,最后线：是指当样品中某元素的含量逐渐减少时，最后仍能观察到的几条谱线。它也是该元素的最灵敏线。,分析线：进行分析时所使用的谱线。,定性分析方法：,标准试样光谱比较法,铁光谱比较法又称为标准光谱图比较法,样品三,次不同,的曝光,标准,图谱,Fe谱;,光谱半定量分析：,谱线强度比较法,将试样与不同含量的标准样品在一定条件下摄谱于同一光谱感光极上，然后在映谱仪上用目视法直接比较被测试样与标样光谱中分析线黑度，假设黑度相等，样品中欲测元素的含量近似等于该标准样品中该元素的含量。,谱线呈现法,元素含量低时，仅出现少数灵敏线，随元素含量增加，谱线随之出现。可编成一张谱线出现与含量关系表，依此估计试样中该元素的大致含量。,例如,铅的光谱,Pb % 谱线特征,0.001 2833.069 清晰可见,2614.178和2802.00弱,0.003 2833.069 清晰可见,2614.178增强2802.00变清,0.01 上述谱线增强,2663.17和2873.32出现,0.03 上述谱线都增强,0.10 上述谱线更增强,没有,出现新谱线,0.30 2393.8, 2577.26 出现,光谱定量分析,谱线强度与试样中被测元素浓度的关系： I=ac,b,式中：I为发射光谱线的强度；a为同谱线性质、实验条件有关的常数；b为与谱线的自吸有关的常数，当无自吸时，b=1，当有自吸时，b1。c为被测元素浓度。,将上式取对数，得：,lgI=lga+blgc,谱线强度的对数与被测元素浓度的对数具有线性关系,。,原子吸收光谱分析法,利用物质的气态原子对特定波长的光的吸收来进行分析的方法原子吸收光谱分析法。,原理：当适当波长的光通过含有基态原子的蒸气时，基态原子就可以吸收某些波长的光而从基态被激发到激发态，从而产生原子吸收光谱。,原子吸收分光光度计,原子分光光度计由光源、原子化系统、分光系统及检测显示系统四个局部构成。,检测显示系统,光源,原子化器,单色器,原子化系统,雾化器,样品液,废液,切光器,助燃气,燃气,光源：,光源应满足的条件：,1能辐射出半宽度比吸收线半宽度还窄的谱线，并且发射线的中心频率应与吸收线的中心频率相同。,2辐射的强度应足够大。,3辐射光的强度要稳定，且背景小。,空心阴极灯,钨棒构成的阳极和一个圆柱形的空心阴极，,空心阴极是由待测元素的纯金属或合金构成，,或者由空穴内衬有待测元素的其它金属构成。,原子化器,原子化器是将样品中的待测组份转化为基态原子的装置。,火焰原子化器：火焰原子化法是利用气体燃烧形成的火焰来进行原子化的。火焰型的原子化系统我们把它叫做火焰原子化器。,非火焰原子化法：常用的非火焰原子化法主要有电热高温石墨管原子化法和化学原子化法。,石墨炉原子化器,石墨炉原子化器与火焰原子化器比较有如下优点：,1原子化效率高，可到达90%以上，而后者只有10%左右。,2绝对灵敏度高可到达10-1210-14，试样用量少。适合于低含量及痕量组分的测定。,3温度高，在惰性气氛中进行且有复原性C存在，有利于易形成难离解氧化物的元素的离解和原子化。,分光系统一般用光栅来进行分光,检测系统包括检测器、放大器、对数转换器、显示 器几局部。,原子吸收光谱法定量分析,原子吸收光谱法是一种元素定量分析方法，它可以用于测定60多种金属元素和一些非金属元素的含量。,定量分析方法：,一标准曲线法：配制一系列不同浓度的待测元素标准溶液，在选定的条件下分别测定其吸光度，以测得的吸光度A为纵坐标，浓度为横坐标作图，得到标准曲线。,再在相同条件下测定试液的吸光度，由标准曲线上就可求得待测元素的浓度或含量。,本卷须知：,配制标准溶液时，应尽量选用与试样组成接近的标准样品，并用相同的方法处理。如用纯待测元素溶液作标准溶液时，为提高测定的准确度。可放入定量的基体元素。,应尽量使得测定范围在T=3090%之间即A=0.050.5，此时的测量误差较小。,每次测定前必须用标准溶液检查，并保持测定条件的稳定。,应扣除空白值，为此可选用空白溶液调零。,标准参加法：,取两份体积相同的试样溶液，设为A和B，在B中参加一定量的待测元素，然后分别将A和B稀释到相同体积，再分别测定其吸光度。,形态分析-联用技术,金属和有机金属化合物的毒性和生物效应取决于它们的化学形态。研究说明，元素的不同形态具有不同的毒性特点和化学特性，同系的化合物其物理化学性质以及生物效应可能有很大差异。如砷化合物的毒性顺序是：As(III)As(V)MMAADMAA，而AsB和AsC根本无毒。,仅依靠测定金属的总量已经不能充分反响它们对人体的危害。,必须准确鉴别和测定食品中微量或者痕量的金属和有机金属形态。,形态分析-联用技术,气相色谱、高效液相色谱、毛细管电泳具有高的别离效率。,原子吸收光谱、原子荧光光谱、电感耦合等离子体质谱是高灵敏度和高选择性的元素分析技术。,色谱分析技术和光谱分析技术联用，为含有金属和一些非金属元素的物质的复杂混合物提供了高别离效能、高选择性和高灵敏度的形态分析技术。,形态分析-联用技术,气相色谱,-,原子光谱联用,高效液相色谱,-,原子光谱联用,毛细管电泳,-,原子光谱联用,流动注射,-,原子光谱联用,GC-AAS,GC-ICP-MS,HPLC-AAS,HPLC-ICP-MS,HPLC-AFS,CE-AAS,CE-AFS,CE-ICP-MS,FI-AAS,FI-AFS,FI-ICP-MS,食品中痕量铅的石墨炉原子吸收法测定,样品预处理消化：,首先，称取样品35 g 置入盖有外表皿的高型烧杯中，加 10 mL 浓硝酸，混合后放置过夜。然后将烧杯置于加热板上缓慢加热，待样品溶液颜色变浅，体积减少到约0.5 mL时，稍冷后，参加 2 mL高氯酸，继续缓缓加热浓缩，直到有高氯酸的白烟生成或直至样品变成微黄色或无色时分解完毕。当样品溶液体积再次减至约0.5 mL时，从电热板上取下来，冷却后，移入50 mL容量瓶，定容至刻度，待测。,仪器测定条件,(1) 分析线波长： 283.3nm,(2) 灯电流 10 mA,(3) 通带宽度 1.0 nm,(4) 枯燥温度和时间 150 ，20 s,(5) 灰化温度和时间 800，23 s,(6) 原子化温度和时间 2400, 2 s,(7) 清洗温度和时间 2500, 2 s,(8) 氩气流量 0.1 L/min,标准曲线的绘制,取1.000 mg /mL 的 Pb 标准溶液 100 L 于 100 mL 容量瓶中，用0.5 mol/L的硝酸稀释至刻度，浓度为1 g /mL。分别准确吸取1 g /mL的Pb 标液 0.0，0.50，1.0，2.0, 4.0, 5.0 mL于 50 mL 容量瓶中，用0.5 mol/L的硝酸定容至刻度，混匀，此标准系列含铅分别为0, 10，20，40，80，100 g/L。,谢 谢,