教學設計10重金屬檢驗VIP

教學設計——重金屬檢驗學校xxxxxx學院執(zhí)教人xxx授課班級xxx課程名稱食品分析與檢驗課時2課題重金屬檢驗課型新授教學目標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定方法。教學重點與難點重點：雙硫腙比色法測定鉛、鋅、鎘、汞的含量難點：萃取分離的基本原理教學內容與設計第一節(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、錫微量元素在機體組織中的作用濃度很低，往往以百萬分之一（×10-6，ppm）或十億分之一（×10-9，ppb）甚至更低來描述，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格局限在一定的范圍內，有的元素這個范圍相當窄（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、化學價態(tài)、與化學形式也非常重要。例如鉻：適量正三價對人體有益，正六價狀態(tài)則對人體毒害很大。四、限量元素無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）食品中的無機元素常以金屬有機化合物的形式存在，測定前以破壞法使待測組分釋放出來，而共存元素會干擾測定，故需進一步分離或濃縮。對組分復雜的樣品進行處理后，使被測組分符合以下要求。１、形成游離態(tài)２、體系組分簡化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溶劑同試樣一起振蕩，金屬鰲合物進入有機相，另一些組分仍留在水相中，從而達到提取分離的目的，這個方法稱為液-液溶劑萃取法。二、鰲合反應與親水性1、鰲合物：金屬離子與可提供2個或2個以上配位鍵的絡合劑起反應，生成的2個或2個以上環(huán)狀結構的絡合物，稱為鰲合物。鰲合物的環(huán)通常為五元環(huán)或六元環(huán)，結構比較穩(wěn)定。如：Ni2+與丁二酮肟在堿性介質中起反應，生成4個環(huán)狀結構的鰲合物，其中兩個環(huán)為五元環(huán)，2個為六元環(huán)。2、親水性（1）親水性：金屬離子在未起鰲合反應之前，受水分子極性的作用，電離成為帶電荷的親水性離子，并進一步結合成為水合離子，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溶劑，這種性質稱為親水性。選擇適當?shù)慕饘裒椇蟿?，可將金屬離子變成疏水性的金屬鰲合物。（2）物質親水性強弱的規(guī)律物質對氫鍵的作用能力或形成氫鍵的能力，是其親水性強弱的重要標志。①凡是離子都有親水性。②物質含親水基團越多，其親水性越強。常見的親水基團：—OH，—SO2H，—NH2，—NH等。③物質含疏水基團越多，相對分子質量越大，其疏水性越強。常見的疏水基團：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)設物質A在萃取過程中分配在不互溶的水相和有機相中，在一定溫度下，當分配達到平衡時，物質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，可以用濃度[A]代替活度。PD=[A]有/[A]水(二)分配比溶質在有機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，稱為分配比，以D表示。D=c有/c水（三）萃取百分率在實際工作中，也常用萃取百分率E來表示萃取的完全程度。E=[被萃取物質在有機相中的總量/被萃取物質的總量]×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際應用的鰲合劑已達100多種，在食品分析中應用最普遍的有：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,反應式:簡寫為:(見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、改變元素離子價態(tài)。第三節(jié)幾種金屬離子含量的測定一、溶劑萃取比色法（10分鐘）二硫腙比色法測定鉛、鋅、汞的含量1、二硫腙的性質二硫腙又稱打薩腙，學名二苯基硫卡巴腙，在有機相中有兩種互變異構形式：二硫腙為紫黑色結晶粉末，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可與多種金屬生成脂溶性的有色絡合物。在萃取體系中，不同離子絡合物在CCl4種的溶解度隨水相的酸度不同而異。3、二硫腙絡合元素的特效性條件(1)調節(jié)萃取溶液酸度，改善絡合物的溶解性。(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)定的絡合物，從而不與雙硫腙反應。(3)改變元素離子價態(tài)，提高絡合能力。4、鉛含量的測定（10分鐘）（1）原理樣品經消化后，在pH8.5～9時，鉛離子與雙硫腙形成紅色絡合物被氯仿溶解萃取，其溶液吸光度與鉛離子濃度成正比。通過加入鹽酸羥胺、氰化鉀、檸檬酸銨來消除鐵、銅、鋅等離子對其測定的干擾。用雙硫腙法測鉛含量，干擾離子有Fe3+、Sn4+、Cu2+、Cd2+、Zn2+等。除去干擾離子：①調pH8.5～9用KCN進行掩蔽。（實驗的缺點：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：絡合鈣、鎂、鉛、鐵等離子，防止生成氫氧化物沉淀。（2）測定步驟取適量樣品，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→搖動后分層→將氯仿層放入干凈的10ml比色管中→于510nm處測定吸光度→從標準曲線上查出相應的含量（3）計算Pb(mg/kg)=(A1－A2)×V1/(m×V2)

A1---測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---測定用樣品消化液體積，mlm---樣品質量（g）或體積（ml）（4）注意事項a.

KCN為劇毒藥品，操作時應格外小心。使用后要洗手，切勿將KCN溶液與酸接觸以免產生氣體而中毒。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和雙硫腙結合其顏色變化：綠→淺藍→淺灰→灰→灰白→淡紫→紫→淡紅→紅c.

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

對高蛋白樣品消化時，應先加硝酸緩緩加熱，待劇烈反應后，稍冷，再加入硫酸繼續(xù)消化以防泡沫溢出。目前測定食品中的痕量鉛多采用原子分光光度法測定，因其靈敏度高。二、原子吸收分光光度法1954年，世界上第一臺原子吸收分光光度計問世，已廣泛應用于地質、冶金、環(huán)境保護、食品衛(wèi)生檢測等多種部門的許多領域。由于該法具有其他方法難以比擬的獨到優(yōu)點，故在最新頒布的國家標準食品衛(wèi)生檢測方法中，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)自由原子對特定波長吸收的一種測量方法。使光源輻射出的待測元素的特征光譜通過樣品的蒸氣時，被蒸氣中待測元素的基態(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元素的含量呈正相關，由此可得出樣品中待測元素對含量。（二）儀器的結構與性能（10分鐘）儀器的組成光源系統(tǒng)：產生待測元素的特征譜線，一般采用空心陰極燈；原子化系統(tǒng)：主要用于產生待測元素的原子蒸氣；分光系統(tǒng)：分出通過火焰的光線中待測元素的譜線；檢測系統(tǒng)：把光信號轉換成電信號，經調制、放大、處理，最后輸出結果。（3）鐵、銅、錳、鎂、鋅的測定我國國標規(guī)定食物中這五種金屬含量的測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，按照儀器說明書調節(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定參數(shù)元素波長/nm狹縫寬/nm火焰類型標準工作液濃度/（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以標準曲線法進行定量計算：X=（ρ－ρ0）V×?×100/（m×1000）X—樣品中元素的含量，mg/100g；ρ—測定用樣品中元素的濃度（由標準曲線查出），μg/ml；ρ0—試劑空白液中元素的濃度（由標準曲線查出），第三節(jié)幾種金屬離子含量的測定；V—樣品定容體積，ml；?—稀釋倍數(shù)；m—樣品質量，g；100/1000—折算成每百克樣品中元素的含量，以mg計。本法中，以上元素的最低檢測限分別為：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，對于要求靈敏度較高的一些重金屬含量測定，石墨爐原子化法是理想等選擇。國標GB/T5009.12-1996中選用該法作為鉛測定的第一法。樣品經消解（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，按照儀器說明書調節(jié)有關參數(shù)至最佳狀態(tài)，以標準曲線法進行定量計算。鉛、鉻、鎘無火焰原子吸收法測定參數(shù)元素波長/nm狹縫寬/nm燈電流/mA干燥溫度/℃與時間/s灰化溫度/℃與時間/s原子化溫度/℃與時間/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