教學(xué)設(shè)計(jì)——重金屬檢驗(yàn)學(xué)校xxxxxx學(xué)院執(zhí)教人xxx授課班級(jí)xxx課程名稱(chēng)食品分析與檢驗(yàn)課時(shí)2課題重金屬檢驗(yàn)課型新授教學(xué)目標(biāo)1、了解元素的提取與分離的原理。2、掌握幾種金屬離子含量的測(cè)定方法。教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)重點(diǎn)：雙硫腙比色法測(cè)定鉛、鋅、鎘、汞的含量難點(diǎn)：萃取分離的基本原理教學(xué)內(nèi)容與設(shè)計(jì)第一節(jié)概述（10分鐘）一、必需元素、非必需元素、有害元素二、常量元素（日膳食需要量100mg以上）如：鈣、磷、鎂、鉀、鈉、氯、硫等三、微量元素：1．人體必需微量元素：8種碘、鋅、硒、鐵、銅、鉬、鉻、鈷2．可能必需的元素：5種錳、硅、硼、釩、鎳3．具有潛在毒性，但低劑量時(shí)可能是人體必需的元素：7種氟、鉛、鎘、汞、砷、鋁、錫微量元素在機(jī)體組織中的作用濃度很低，往往以百萬(wàn)分之一（×10-6，ppm）或十億分之一（×10-9，ppb）甚至更低來(lái)描述，故需要從食物中攝取的量也很低。微量元素的濃度與功能形式常嚴(yán)格局限在一定的范圍內(nèi)，有的元素這個(gè)范圍相當(dāng)窄（硒：正常需要量與中毒量之間相差不到10倍）。微量元素的功能形式、化學(xué)價(jià)態(tài)、與化學(xué)形式也非常重要。例如鉻：適量正三價(jià)對(duì)人體有益，正六價(jià)狀態(tài)則對(duì)人體毒害很大。四、限量元素?zé)o論是人體必需的微量元素還是有害元素，在食品衛(wèi)生要求中都有一定的限量規(guī)定，從食品分析的角度，我們統(tǒng)稱(chēng)為限量元素。第二節(jié)元素的提取與分離（5分鐘）食品中的無(wú)機(jī)元素常以金屬有機(jī)化合物的形式存在，測(cè)定前以破壞法使待測(cè)組分釋放出來(lái)，而共存元素會(huì)干擾測(cè)定，故需進(jìn)一步分離或濃縮。對(duì)組分復(fù)雜的樣品進(jìn)行處理后，使被測(cè)組分符合以下要求。１、形成游離態(tài)２、體系組分簡(jiǎn)化３、濃縮與富集本節(jié)主要介紹鰲合物的溶劑萃取法。一、鰲合萃取原理（5分鐘）金屬離子先與鰲合劑生成金屬鰲合物，然后利用與水不相溶的有機(jī)溶劑同試樣一起振蕩，金屬鰲合物進(jìn)入有機(jī)相，另一些組分仍留在水相中，從而達(dá)到提取分離的目的，這個(gè)方法稱(chēng)為液-液溶劑萃取法。二、鰲合反應(yīng)與親水性1、鰲合物：金屬離子與可提供2個(gè)或2個(gè)以上配位鍵的絡(luò)合劑起反應(yīng)，生成的2個(gè)或2個(gè)以上環(huán)狀結(jié)構(gòu)的絡(luò)合物，稱(chēng)為鰲合物。鰲合物的環(huán)通常為五元環(huán)或六元環(huán)，結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)定。如：Ni2+與丁二酮肟在堿性介質(zhì)中起反應(yīng)，生成4個(gè)環(huán)狀結(jié)構(gòu)的鰲合物，其中兩個(gè)環(huán)為五元環(huán)，2個(gè)為六元環(huán)。2、親水性（1）親水性：金屬離子在未起鰲合反應(yīng)之前，受水分子極性的作用，電離成為帶電荷的親水性離子，并進(jìn)一步結(jié)合成為水合離子，如Al(H2O)63+，Zn(H2O)62+，Ni(H2O)62+，F(xiàn)e(H2O)Clˉ等，它們易溶于水而難溶于有機(jī)溶劑，這種性質(zhì)稱(chēng)為親水性。選擇適當(dāng)?shù)慕饘裒椇蟿蓪⒔饘匐x子變成疏水性的金屬鰲合物。（2）物質(zhì)親水性強(qiáng)弱的規(guī)律物質(zhì)對(duì)氫鍵的作用能力或形成氫鍵的能力，是其親水性強(qiáng)弱的重要標(biāo)志。①凡是離子都有親水性。②物質(zhì)含親水基團(tuán)越多，其親水性越強(qiáng)。常見(jiàn)的親水基團(tuán)：—OH，—SO2H，—NH2，—NH等。③物質(zhì)含疏水基團(tuán)越多，相對(duì)分子質(zhì)量越大，其疏水性越強(qiáng)。常見(jiàn)的疏水基團(tuán)：烷基如—CH3、—C2H5等，鹵代烷基，芳香基如苯基、萘基等。三、萃取分離的基本原理（10分鐘）（一）分配系數(shù)設(shè)物質(zhì)A在萃取過(guò)程中分配在不互溶的水相和有機(jī)相中，在一定溫度下，當(dāng)分配達(dá)到平衡時(shí)，物質(zhì)A在兩相中活度比保持恒定，用下式表示：PD=аA，有/аA，水式中：PD—分配系數(shù)濃度很稀時(shí)，可以用濃度[A]代替活度。PD=[A]有/[A]水(二)分配比溶質(zhì)在有機(jī)相中的各存在形式的總濃度與在水相中的各種存在形式的總濃度之比，稱(chēng)為分配比，以D表示。D=c有/c水（三）萃取百分率在實(shí)際工作中，也常用萃取百分率E來(lái)表示萃取的完全程度。E=[被萃取物質(zhì)在有機(jī)相中的總量/被萃取物質(zhì)的總量]×100%=[D/（D+V水/V有）]×100%E的大小取決于分配比D和體積比V水/V有的大小。四、萃取平衡與條件（10分鐘）（一）常用的鰲合劑目前已得到實(shí)際應(yīng)用的鰲合劑已達(dá)100多種，在食品分析中應(yīng)用最普遍的有：二硫腙（HOZ）、二乙基二硫代氨基甲酸鈉（NaDDTC）、丁二酮肟、銅鐵試劑（N-亞硝基苯胲銨，CUP）等。（二）金屬鰲合物的萃取平衡以三氯甲烷萃取二硫腙鋅為例,反應(yīng)式:簡(jiǎn)寫(xiě)為:(見(jiàn)P351)Zn2+水+2HDZ有←→(ZnDZ2)有+2H+水KZn為萃取平衡常數(shù)。KZn值取決于：（1）HDZ在兩相中的分配系數(shù)PHDz；（2）HDZ在水相中的離解常數(shù)；（３）鰲合物ＺnDＺ２的穩(wěn)定常數(shù)ＫＺnDＺ２；（４）鰲合物ＺnDＺ２在兩相中的分配結(jié)論：若萃取劑濃度保持恒定，金屬的分配比只是pH的函數(shù)。（三）影響分配比值的幾個(gè)因素1、鰲合劑的影響Kc越大，D越大，萃取率越高。2、pH的影響pH越大，越有利于萃取，但pH不宜過(guò)高。3、萃取劑的選擇（四）干擾離子的排除1、控制溶液酸度。2、使用掩蔽劑。3、改變?cè)仉x子價(jià)態(tài)。第三節(jié)幾種金屬離子含量的測(cè)定一、溶劑萃取比色法（10分鐘）二硫腙比色法測(cè)定鉛、鋅、汞的含量1、二硫腙的性質(zhì)二硫腙又稱(chēng)打薩腙，學(xué)名二苯基硫卡巴腙，在有機(jī)相中有兩種互變異構(gòu)形式：二硫腙為紫黑色結(jié)晶粉末，不溶于水，也不溶于酸，微溶于乙醇，可溶于CHCl3、CCl4及氨堿性水溶液。在有氧化劑存在，日光照射下都易被氧化為二苯硫卡巴二腙。2、二硫腙與金屬離子的反應(yīng)可與多種金屬生成脂溶性的有色絡(luò)合物。在萃取體系中，不同離子絡(luò)合物在CCl4種的溶解度隨水相的酸度不同而異。3、二硫腙絡(luò)合元素的特效性條件(1)調(diào)節(jié)萃取溶液酸度，改善絡(luò)合物的溶解性。(2)加入掩蔽劑，排除干擾，提高選擇性。加入掩蔽劑，使干擾離子與之生成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而不與雙硫腙反應(yīng)。(3)改變?cè)仉x子價(jià)態(tài)，提高絡(luò)合能力。4、鉛含量的測(cè)定（10分鐘）（1）原理樣品經(jīng)消化后，在pH8.5～9時(shí)，鉛離子與雙硫腙形成紅色絡(luò)合物被氯仿溶解萃取，其溶液吸光度與鉛離子濃度成正比。通過(guò)加入鹽酸羥胺、氰化鉀、檸檬酸銨來(lái)消除鐵、銅、鋅等離子對(duì)其測(cè)定的干擾。用雙硫腙法測(cè)鉛含量，干擾離子有Fe3+、Sn4+、Cu2+、Cd2+、Zn2+等。除去干擾離子：①調(diào)pH8.5～9用KCN進(jìn)行掩蔽。（實(shí)驗(yàn)的缺點(diǎn)：使用大量的KCN（濃度20%），最低濃度為10%。）②加入鹽酸羥胺Fe3++3CN-→Fe(CN)3高鐵氰化物Fe(CN)3具有氧化作用，即可氧化雙硫腙，故須加入鹽酸羥胺（NH2OH·HCl）使Fe3+→Fe2+

；③加入檸檬酸銨：絡(luò)合鈣、鎂、鉛、鐵等離子，防止生成氫氧化物沉淀。（2）測(cè)定步驟取適量樣品，用硝酸-硫酸法消化，或灰化后用硝酸溶液溶解，定容至50mL。吸取處理后樣10ml→于100ml的分液漏斗中→加20％檸檬酸銨2ml→加20％鹽酸羥胺1ml→酚紅指示劑2滴→用濃氨水調(diào)PH值8.5-9.0（顏色由黃→微紅色）→加10%氰化鉀1ml→搖勻→加雙硫腙使用液10ml→搖動(dòng)后分層→將氯仿層放入干凈的10ml比色管中→于510nm處測(cè)定吸光度→從標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)上查出相應(yīng)的含量（3）計(jì)算Pb(mg/kg)=(A1－A2)×V1/(m×V2)

A1---測(cè)定用樣品消化液中鉛的含量，μgA2---試劑空白液中鉛的含量，μg

V1---樣品消化液的總體積，mlV2---測(cè)定用樣品消化液體積，mlm---樣品質(zhì)量（g）或體積（ml）（4）注意事項(xiàng)a.

KCN為劇毒藥品，操作時(shí)應(yīng)格外小心。使用后要洗手，切勿將KCN溶液與酸接觸以免產(chǎn)生氣體而中毒。用下述辦法可以降低氰化鉀的毒性：向濃KCN溶液中加入氫氧化鈉和硫酸亞鐵使它生成鐵氰化鉀，降低毒性。b.

Pb和雙硫腙結(jié)合其顏色變化：綠→淺藍(lán)→淺灰→灰→灰白→淡紫→紫→淡紅→紅c.

本法測(cè)定重金屬的靈敏度很高，故在分析之前應(yīng)對(duì)所用的玻璃儀器用1︰3的稀硝酸浸泡，然后用水清洗干凈。d.

對(duì)高蛋白樣品消化時(shí)，應(yīng)先加硝酸緩緩加熱，待劇烈反應(yīng)后，稍冷，再加入硫酸繼續(xù)消化以防泡沫溢出。目前測(cè)定食品中的痕量鉛多采用原子分光光度法測(cè)定，因其靈敏度高。二、原子吸收分光光度法1954年，世界上第一臺(tái)原子吸收分光光度計(jì)問(wèn)世，已廣泛應(yīng)用于地質(zhì)、冶金、環(huán)境保護(hù)、食品衛(wèi)生檢測(cè)等多種部門(mén)的許多領(lǐng)域。由于該法具有其他方法難以比擬的獨(dú)到優(yōu)點(diǎn)，故在最新頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品衛(wèi)生檢測(cè)方法中，常被列作第一法。（一）基本原理（5分鐘）原子吸收光譜法是基于基態(tài)自由原子對(duì)特定波長(zhǎng)吸收的一種測(cè)量方法。使光源輻射出的待測(cè)元素的特征光譜通過(guò)樣品的蒸氣時(shí)，被蒸氣中待測(cè)元素的基態(tài)原子所吸收，在一定范圍與條件下，入射光被吸收而減弱的程度與樣品中待測(cè)元素的含量呈正相關(guān)，由此可得出樣品中待測(cè)元素對(duì)含量。（二）儀器的結(jié)構(gòu)與性能（10分鐘）儀器的組成光源系統(tǒng)：產(chǎn)生待測(cè)元素的特征譜線(xiàn)，一般采用空心陰極燈；原子化系統(tǒng)：主要用于產(chǎn)生待測(cè)元素的原子蒸氣；分光系統(tǒng)：分出通過(guò)火焰的光線(xiàn)中待測(cè)元素的譜線(xiàn)；檢測(cè)系統(tǒng)：把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，經(jīng)調(diào)制、放大、處理，最后輸出結(jié)果。（3）鐵、銅、錳、鎂、鋅的測(cè)定我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定食物中這五種金屬含量的測(cè)定方法均采用原子吸收分光光度法（GB12396-1990、GB/T5009.13-1996、GB/T5009.14-1996）。樣品用濕法消化（硝酸、高氯酸4︰1混合液）制成試樣溶液，按照儀器說(shuō)明書(shū)調(diào)節(jié)儀器狹縫、空氣及乙炔的流量、燈頭高度、元素空心陰極燈電流等參數(shù)至最佳狀態(tài)。鐵、銅、錳、鎂、鋅原子吸收分光光度法測(cè)定參數(shù)元素波長(zhǎng)/nm狹縫寬/nm火焰類(lèi)型標(biāo)準(zhǔn)工作液濃度/（μg/ml）鐵銅錳鎂鋅248.3324.8279.5285.2213.90.20.50.20.51.0空氣-乙炔空氣-乙炔空氣-乙炔空氣-乙炔空氣-乙炔0.5～4.00.1～0.40.5～3.00.1～0.50.2～1.0以標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法進(jìn)行定量計(jì)算：X=（ρ－ρ0）V×?×100/（m×1000）X—樣品中元素的含量，mg/100g；ρ—測(cè)定用樣品中元素的濃度（由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)查出），μg/ml；ρ0—試劑空白液中元素的濃度（由標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)查出），第三節(jié)幾種金屬離子含量的測(cè)定；V—樣品定容體積，ml；?—稀釋倍數(shù)；m—樣品質(zhì)量，g；100/1000—折算成每百克樣品中元素的含量，以mg計(jì)。本法中，以上元素的最低檢測(cè)限分別為：鐵0.2μg/ml，錳0.1μg/ml，銅0.0016μg/ml，鋅0.4μg/ml，鎂0.05μg/ml。（四）鉛、鎘、鉻的測(cè)定（石墨爐原子化法）由于火焰原子化法的原子化程度較低，且被火焰氣體大量稀釋?zhuān)瑢?duì)于要求靈敏度較高的一些重金屬含量測(cè)定，石墨爐原子化法是理想等選擇。國(guó)標(biāo)GB/T5009.12-1996中選用該法作為鉛測(cè)定的第一法。樣品經(jīng)消解（可選用干法灰化、壓力消解法、常壓濕法消化、微波消解法中的任何一種）后，制成供試樣液，按照儀器說(shuō)明書(shū)調(diào)節(jié)有關(guān)參數(shù)至最佳狀態(tài)，以標(biāo)準(zhǔn)曲線(xiàn)法進(jìn)行定量計(jì)算。鉛、鉻、鎘無(wú)火焰原子吸收法測(cè)定參數(shù)元素波長(zhǎng)/nm狹縫寬/nm燈電流/mA干燥溫度/℃與時(shí)間/s灰化溫度/℃與時(shí)間/s原子化溫度/℃與時(shí)間/s鉛鎘鉻283.3228.8257.90.2～1.00.5～1.00.5～1.05～78～108～10120，20120，20110，40450，15～20350，15～201000，301700～2300，4～51700～2300，4～52800