《食品分析》教案 (第23次课2学时) 一、授课题目 第十三章食品中限量元素的测定 第一节概述 第二节元素的提取与分离 二、教学目的和要求 学习本章内容，要求学生了解限量元素的概念，了解原子吸收法的原理 及仪器，掌握鳌和萃取原理。 三、教学重点和难点 重点：鳌和萃取原理 难点：干扰离子的消除 四、主要参考资料 1、穆华荣、于淑萍主编，食品分析.北京：化学工业出版社，2004 2、周光理主编，食品分析与检验技术，北京：化学工业出版社，2006 3、杨月欣主编，实用食物营养成分分心手册（第二版），北京：中国轻工业出版社，2007 4、曲祖乙、刘靖主编，食品分析与检验.北京：中国环境科学出版社，2006 5 http://www.biox.cn/content/20050611/16631.htm 6http://www.shunz.net/tag/%E7%BA%BF%E6%80%A7%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7% B3%BB%E6%95%B0/ 7http://www.shunz.net/tag/%E7%BA%BF%E6%80%A7%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7% B3%BB%E6%95%B0/ 五、教学过程
《食品分析》教案 （第 23 次课 2 学时） 一、授课题目 第十三章 食品中限量元素的测定 第一节 概述 第二节 元素的提取与分离 二、教学目的和要求 学习本章内容，要求学生了解限量元素的概念，了解原子吸收法的原理 及仪器，掌握鳌和萃取原理。 三、教学重点和难点 重点：鳌和萃取原理 难点：干扰离子的消除 四、主要参考资料 1、穆华荣、于淑萍主编，食品分析.北京：化学工业出版社，2004 2、周光理主编，食品分析与检验技术，北京：化学工业出版社，2006 3、杨月欣主编，实用食物营养成分分心手册（第二版），北京：中国轻工业出版社，2007 4、曲祖乙、刘靖主编，食品分析与检验.北京：中国环境科学出版社，2006 5、http://www.biox.cn/content/20050611/16631.htm 6http://www.shunz.net/tag/%E7%BA%BF%E6%80%A7%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7% B3%BB%E6%95%B0/ 7http://www.shunz.net/tag/%E7%BA%BF%E6%80%A7%E7%9B%B8%E5%85%B3%E7% B3%BB%E6%95%B0/ 五、教学过程
1、学时分配：2学时 2、辅导手段：自习答疑 3、教学办法：讲授 4、板书设计：（见上页） 5、教学内容 第十三章 食品中限量元素的测定 第一节概述 一、食品中元素分类 1、从营养的角度分类：必需元素、非必需元素和有害元素 有毒元素：目前未发现对人体有生理功能、且人体耐受力极小、进入体内量稍大就中毒的元素。如 Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。 例：①甲基汞：在体内半衰期为70天 ②铅：在体内半衰期为1460天。在骨骼中为10年 ③镉在体内半衰期为16一31年。 2、从人体对其需要量分类： (1)常量元素：每日膳食需要量在100mg以上 (2)微量元素：在代谢上同样重要，但含量相对较少 1)在肌体中起作用的浓度以ppm、ppb计。是人体必需的、但过量又会中毒的元素。 ①F是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而多了得“血色病”。 ②Z影响人的消化与代谢，缺Zn味觉减退，出现厌食，发育不良等，过多会得胃肠 炎。（取头发进行测定可知人体内Z含量情况）。 2000年8月调查：北京、广州等城市儿童低锌率44%，而山区儿童仅为32.4%（低于 正常值) 2)微量元素的功能形式、化学价态、化学形势非常重要。 例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr0、Cr(OH))。 无机锗毒性大，有机锗毒性小。 3)注意：对这些微量元素不能盲目的补，要适量，要适宜。有时有益量与有害量相 差很小。 3、限量元素：微量元素和有害元素，在食品卫生要求中都有一定的限量规定，从食品分 析的角度，我们统称为限量元素。 4、其他
1、学时分配：2 学时 2、辅导手段：自习答疑 3、教学办法：讲授 4、板书设计: (见上页) 5、教学内容 第十三章 食品中限量元素的测定 第一节 概述 一、食品中元素分类 1、从营养的角度分类：必需元素、非必需元素和有害元素 有毒元素：目前未发现对人体有生理功能、且人体耐受力极小、进入体内量稍大就中毒的元素。如 Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。 例：① 甲基汞：在体内半衰期为70天 ② 铅：在体内半衰期为1460天。在骨骼中为10年 ③ 镉在体内半衰期为16—31年。 2、从人体对其需要量分类： （1）常量元素：每日膳食需要量在100mg以上 （2）微量元素：在代谢上同样重要，但含量相对较少 1）在肌体中起作用的浓度以ppm、ppb计。是人体必需的、但过量又会中毒的元素。 ① Fe是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而多了得“血色病”。 ② Zn影响人的消化与代谢，缺Zn味觉减退，出现厌食，发育不良等，过多会得胃肠 炎。（取头发进行测定可知人体内Zn含量情况）。 2000年8月调查：北京、广州等城市儿童低锌率44 %，而山区儿童仅为32.4 %（低于 正常值） 2）微量元素的功能形式、化学价态、化学形势非常重要。 例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr2O3、Cr(OH)3）。 无机锗毒性大，有机锗毒性小。 3）注意；对这些微量元素不能盲目的补，要适量，要适宜。有时有益量与有害量相 差很小。 3、限量元素：微量元素和有害元素，在食品卫生要求中都有一定的限量规定，从食品分 析的角度，我们统称为限量元素。 4、其他
这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥 的使用、加工、制造、运输等带入：容器本身不纯，金属带入铅、锌：罐头中酸性锡的溶 出：铜器带入过量铜：另外，还有呼吸、皮肤。 我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定(P233)。表13一1， 表13一2为生活饮用水卫生标准(GB5749一85)。 联合国粮食卫生组织与世界卫生组织对有些限 量元素许多比中国规定的量大。 二、食品中限量元素的检测方法 1、原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、 简便、快速、可同时测定多中元素。 2、比色法：设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。 3、另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。 (极谱法一一光学分析的一种，让电流通过溶液，然后增加电压，由电流变化情况来 进行定量、定性分析。如：小型极谱仪，可用来自动监测自来水中限量元素的含量，实验 操作全都自动化，每隔12min记录一次水样中Cu、Pb、Cd、Zn的含量。 第二节元素的提取与分离 以上这些元素都以金属有机化合物的形式存在于食品中，要测定这些元素先要做两件 事： 1、用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失要测的成分 为原则。 2、破坏掉有机物后的样液中，多数情况下是待测元素浓度很低，另外还有其它元素 的干扰，所以要浓缩和除去干扰。 浓缩与分离处理方法与后边测定方法有关。 例： ·比色法测定： 用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂 进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。 ·原子吸收分光光度法： 测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。 一、整合苯取原理 1、样品溶液： (1)金属离子+螯合剂=金属螯合物（金属螯合物溶于有机溶剂，如果有色可进行比色测 定一一有机相 (2)水+其它组成一一水相
这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥 的使用、加工、制造、运输等带入；容器本身不纯，金属带入铅、锌；罐头中酸性锡的溶 出；铜器带入过量铜；另外，还有呼吸、皮肤。 我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定（P 233）。表13—1， 表13—2为生活饮用水卫生标准（GB5749—85）。 联合国粮食卫生组织与世界卫生组织对有些限 量元素许多比中国规定的量大。 二、食品中限量元素的检测方法 1、原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、 简便、快速、可同时测定多中元素。 2、比色法：设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。 3、另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分光光度法。 （极谱法——光学分析的一种，让电流通过溶液，然后增加电压，由电流变化情况来 进行定量、定性分析。如：小型极谱仪，可用来自动监测自来水中限量元素的含量，实验 操作全都自动化，每隔12min记录一次水样中Cu、Pb、Cd、Zn的含量。 第二节 元素的提取与分离 以上这些元素都以金属有机化合物的形式存在于食品中，要测定这些元素先要做两件 事： 1、用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。以不丢失要测的成分 为原则。 2、破坏掉有机物后的样液中，多数情况下是待测元素浓度很低，另外还有其它元素 的干扰，所以要浓缩和除去干扰。 浓缩与分离处理方法与后边测定方法有关。 例： • 比色法测定： 用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂 进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。 • 原子吸收分光光度法： 测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。 一、螯合萃取原理 1、样品溶液： （1）金属离子+螯合剂=金属螯合物（金属螯合物溶于有机溶剂，如果有色可进行比色测 定—— 有机相 （2）水+其它组成 ——水相
2、此法为液一液溶剂萃取法： 优点：较高的灵敏度，选择性，分离效果好，设备简单，操作快速。 缺点：工作量较大，耗用试剂，溶剂较高，有的易挥发，易燃，有毒等。 二、螯合反应与亲水性 金属离子在未成螯合物之前，受水分子极性作用，以水合离子形式存在，为亲水性， 难溶于有机溶剂，故不好直接用有机溶剂萃取。 选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏水性的金属螯合物，然后再萃取。 物质能否有亲水性，主要看其是否能与水分子形成氢键。 ·氢键（也是一种化学键）。 H一0一H0由于“0”电负性强（吸电子云能力），H与0的电子对被强烈吸到“0” 一边，H外边几乎没有电子云，与另一分子中“0”（带负电）产生了静电吸引，即氢键。 电负性0>N>S、C1 三、萃取分离的基本原理 1、分配系数P、KD 萃取时，有两相互不相溶，一相为水相，一相为有机相，物质A在两相中存在量不同。 在一定温度下，分配达到平衡。A在两相中活度比不再变，即P,K为常数。 ·PA=aA有/aA水 浓度很低时，用浓度代替活度α ·K=[A]有/[A]水 2、分配比 D=C有/C水 C有一一溶质在有机相中聚合、络合等总浓度 C*一一溶质在水相中聚合、络合、水解的总浓度 3.萃取百分率E:表示萃取的完全程度 E=(被萃取物在有机相中的总量/被萃取物的总量)×100% 四、萃取平衡与条件 1、常用的螯合剂 实际应用的，目前已达100多种，食品分析中常用的：双硫腙(DZ)、二乙基二硫代 甲酸钠(NaDDTC)、丁二酮肟、铜铁试剂CuP(N一亚硝基苯胲铵) 这些螯合剂与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，许 多带有颜色可直接比色。 2、金属螯合物的萃取平衡 用有机溶剂萃取金属螯合物，金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关，当其 他因素固定下来以后，金属分配率与H有关
2、此法为液—液溶剂萃取法： 优点：较高的灵敏度，选择性，分离效果好，设备简单，操作快速。 缺点：工作量较大，耗用试剂，溶剂较高，有的易挥发，易燃，有毒等。 二、螯合反应与亲水性 金属离子在未成螯合物之前，受水分子极性作用，以水合离子形式存在，为亲水性， 难溶于有机溶剂，故不好直接用有机溶剂萃取。 选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏水性的金属螯合物，然后再萃取。 物质能否有亲水性，主要看其是否能与水分子形成氢键。 •氢键（也是一种化学键）。 H—O—H ┄ O 由于“O”电负性强（吸电子云能力），H 与 O 的电子对被强烈吸到“O” 一边，H外边几乎没有电子云，与另一分子中“O” （带负电）产生了静电吸引，即氢键。 电负性 O ＞ N ＞ S、Cl 三、萃取分离的基本原理 1、分配系数 PD、KD 萃取时，有两相互不相溶，一相为水相，一相为有机相，物质A 在两相中存在量不同。 在一定温度下，分配达到平衡。A在两相中活度比不再变，即PD，KD为常数。 • PDA = αA有/αA水 浓度很低时，用浓度代替活度 α • KD = [A]有 / [A]水 2、分配比 D = C有 / C水 C有——溶质在有机相中聚合、络合等总浓度 C水——溶质在水相中聚合、络合、水解的总浓度 3.萃取百分率 E：表示萃取的完全程度 E =（被萃取物在有机相中的总量 / 被萃取物的总量） ×100% 四、萃取平衡与条件 1、常用的螯合剂 实际应用的，目前已达100多种，食品分析中常用的：双硫腙（HDZ）、二乙基二硫代 甲酸钠（NaDDTC）、丁二酮肟、铜铁试剂 CuP （N—亚硝基苯胲铵） 这些螯合剂与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，许 多带有颜色可直接比色。 2、金属螯合物的萃取平衡 用有机溶剂萃取金属螯合物，金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关，当其 他因素固定下来以后，金属分配率与pH有关
3、影响分配比值的几个因素： (1)螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。 (2)pH的影响：pH越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。 ,.要正确控制溶液的酸度，对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。 例：Zn2的最适宜p为6.5一10. (3)萃取溶剂的选择： 溶剂是否有利于萃取的分离主要取决于它们的物理性质和化学性质。 ①一般尽量采用惰性溶剂，避免产生副反应。 ②根据螯合物的结构，由相似相溶原理来选： 含烷基螯合物选卤代烃(CC1、CHC1,等)， 含芳香基螯合物选芳香烃（苯、甲苯等） ③溶剂的相对密度与溶液差别要大、粘度小。 ④无毒。无特殊气体、挥发性较小。 4、干扰离子的消除 一种螯合剂往往同时和几种金属离子形成螯合物，控制条件可有选择地只萃取一种离 子或连续萃取几种离子，使之相互分离。 (1)控制酸度 控制溶液的pH值 (2)使用掩蔽剂 例：KCN可掩蔽Zn2、Cu2 柠檬酸铵可掩蔽Ca2、Mg2、AL”、Fe EDTA可以掩蔽除Hg、Au以外许多金属离子。 掩蔽剂的使用与溶液H有关 例：碱性液+氰化物掩蔽Pb、Sn”、Ti、Bi 弱酸性液+氰化物掩蔽Pb、Hg、Ag、Cu 六、作业 1、测定食品中限量元素时为什么需要分离和浓缩？鳌合溶剂萃取分离的原理是什么？ 七、课后记
3、影响分配比值的几个因素： （1）螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。 （2）pH的影响：pH 越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。 ∴要正确控制溶液的酸度,对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。 例：Zn2+的最适宜pH为6.5—10. （3）萃取溶剂的选择： 溶剂是否有利于萃取的分离主要取决于它们的物理性质和化学性质。 ①一般尽量采用惰性溶剂，避免产生副反应。 ②根据螯合物的结构，由相似相溶原理来选： 含烷基螯合物选卤代烃（CCl4、CHCl3等）， 含芳香基螯合物选芳香烃（苯、甲苯等） ③溶剂的相对密度与溶液差别要大、粘度小。 ④无毒。无特殊气体、挥发性较小。 4、干扰离子的消除 一种螯合剂往往同时和几种金属离子形成螯合物，控制条件可有选择地只萃取一种离 子或连续萃取几种离子，使之相互分离。 ⑴控制酸度 控制溶液的pH值 ⑵使用掩蔽剂 例：KCN 可掩蔽 Zn2+、Cu2+ 柠檬酸铵可掩蔽 Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+ EDTA可以掩蔽除 Hg2+、Au2+ 以外许多金属离子。 掩蔽剂的使用与溶液pH有关 例：碱性液+氰化物 掩蔽 Pb、Sn2+、Ti、Bi 弱酸性液+氰化物 掩蔽 Pb、Hg、Ag、Cu 六、作业 1、测定食品中限量元素时为什么需要分离和浓缩？鳌合溶剂萃取分离的原理是什么？ 七、课后记