食品中重金属砷的测定 毕业论文.docx

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食品中重金属砷的测定毕业论文

食品中重金属砷的测定毕业论文

济源职业技术学院

毕业设计（论文）

（冶金化工系）

题目食品中重金属砷的测定

专业工业分析与检验

班级分析1101

姓名郭雨桐

学号11210105

指导教师周鸿燕

完成日期2013-09-10

第一章概述……………………………………………………………………3

1.1砷的简介……………………………………………………………......…3

1.2砷在食品中存在的形式及毒性………………………………………..…3

1.3砷的测定意义…………………………………………………………..…3

第二章食品中总砷的前处理和分析方法的优化及应用……………….……4

第三章食品中总砷及无机砷的测定

3.1总砷的测定…………………………………………………………………7

3.1.1氧化物原子荧光光度法（原理）……………………………….....…7

3.1.2试剂……………………………………………………………….…7

3.1.3仪器……………………………………………………………….…7

3.1.4分析步骤………………………………………………………….…8

3.1.5标准系列制备………………………………………………….……9

3.1.6测定……………………………………………………………….…9

3.1.7结果计算………………………………………………………….…9

3.1.8精密度…………………………………………………………….…10

3.2银盐法……………………………………………………..................……10

3.2.1原理…………………………………………………….........………11

3.2.2试剂…………………………………………………………….……11

3.2.3仪器………………………………………………………….………12

3.2.4试样处理……………………………………………………….……13

3.2.5分析步骤……………………………………………………….……13

3.2.6结果计算……………………………………………………….……15

3.2.7精密度………………………………………………………….……15

3.3无机砷测定…………………………………………………………..……15

3.3.1氧化物原子荧光光度法（原理）…………………………...………15

3.3.2试剂………………………………………………………….………16

3.3.3仪器………………………………………………………….………16

3.3.4分析步骤…………………………………………………….………16

3.3.5仪器参考操作步骤…………………………………………….……16

3.3.6标准系列……………………………………………………………17

3.3.7结果计算……………………………………………………………17

3.4银盐法…………………………………………………...................……17

3.4.1原理……………………………………………………........………18

3.4.2试剂…………………………………………………………………18

3.4.3仪器…………………………………………………………………18

3.4.4分析步骤……………………………………………………………19

3.4.5标注系列制备………………………………………………………19

3.4.6测定…………………………………………………………………20

3.4.7结果计算……………………………………………………………20

3.4.8精密度………………………………………………………………20

结束语………………………………………………………………………..…20

致谢……………………………………………………………………………..21

参考文献………………………………………………………………………..22

摘要

研究重金属砷在食品中危害，食品中的有机砷和无机砷污染物是造成食源性疾病的重要原因，随着经济的发展，食品中重金属危害人们的健康的实例也屡见不鲜，食品安全问题不仅关系我国食品行业发展问题，还严重威胁人民的身体健康，为此受到有关部门的高度重视，保护消费者健康势在必得。

食品中的砷可能以不同的化学形式存在，包括总砷和无机砷，“无机砷”本身是致癌物质，可引起癌症,皮肤患病，心血管系统疾病，神经系统中毒和糖尿病。

无机砷以氧化物形式被提取，实现总砷和无机砷的分离。

关键词：

重金属、食品、砷、测定

第一章概述

1.1神的简介

砷（arsenic）是一个知名的化学元素，元素符号As,原子序33。

第一次有关砷的记录是在1250年，由大阿尔伯特所完成。

它是一种以有毒著名的类金属，并有许多的同素异形体，黄色（分子结构，非金属）和几种黑，灰色的（类金属）是一部分常见的种类。

三种有着不同晶格结构的类金属形式砷存在与自然界（严格的说是砷矿，和更为稀有的自然辉砷矿，但更容易发现的形式是砷化物与砷酸盐化合物，总共有数百种的矿物是已被发现的。

）在中国古代，三氧化二砷被称为砒霜。

砷的形态分析研究中，最常用的砷化物提取溶剂是强酸效果较好的是甲醛的水溶液，最常用的分离检测方法是液相色谱结合氧化物发生-原子荧光法，分析结果最全面最可靠的液相色谱串联原子质谱和有机质普法。

每一种方法都有独特的优势，当然也存在实际样品分析测定时需要具体问题具体对待。

对食品砷形态分析中的前处理技术检测技术等安全进行研究和分析。

1.2砷在食品中存在的形式及毒性

砷有三种形式存在：

不带价（As），三价砷（arsenite），五价砷（arsenate）,其化合物对哺乳动物的毒性由价数的不同，有机或是无机，是气体，液体，还是固体，溶解度高低，粒径大小，吸收率，代谢率，纯度等来决定。

一般而言无机砷比有机砷要毒，三价砷比五价砷毒，但是我们对不带价的砷的毒性了解还不多。

砷化氢的毒性和其它的砷都不同，而它可说是目前已知的砷化合物中最毒的一个。

砷的毒性以及对身体的危害在食品安全方面，砷元素被认为是一种有毒有害的元素，一直是人民关注的重点。

低剂量的无机砷如果被长期摄入，虽然不会产生急性中毒反应，但是对身体健还是产生很大的威胁，容易发生皮肤癌，膀胱癌，肾癌等疾病。

砷和癌症之间的关系，现在成为地方病调查和临床诊断等领域研究的热点问题。

科学研究发现，砷元素以许多不同化合物的形式存在。

不同的砷形态具有不同的物理及化学性质，特别是其毒性依赖与其化学形态砷的无机化合物一般具有毒性，随化合价和基因团不同，其毒性依照砷化氢，三氧化二氢（俗称砒霜），亚砷酸，砷酸的顺序依次减小，食物中的无机砷（如亚砷酸根）进入人体之后，使很多生物酶的活性降低或消失严重干扰细胞的生物功能，结构和正常代谢，而砷的有机化合物毒性一般比无机砷要小的很多，甚至有些烷基化程度较高的有机砷化合物，砷是高度毒性的元素，其毒性取决与砷的化学形式。

过去一般公认无机砷（As）比甲基化砷化合物的毒性大，据2000年世界卫生组织报道研究，三价的甲基化砷化物毒性远远大于无机砷，因此砷的形态分析成为非常重要的课题。

在环保，食品检验检疫行业开展了深入的研究，美国EPA将冷阱-还原蒸汽-原子吸收法推荐为四种毒性较高的砷形态分析的标准方法[有毒性的砷形态：

Aa（III）-As（V）-MMA-DMA]。

1.3砷的测定意义

砷是广泛存在与食品中的有毒重金属元素之一，容易在体内积累，砷在体内存在的有多种形态，不同形态砷之间的毒性差异很大，若仅进行砷总量的测定，不能正确反映其在食品中的安全性，目前食品中砷的形态越来越受到国际卫生机构的关注砷的形态分析也逐渐成为研究的热点。

砷是一种古老的毒物，摄入过多量有毒作用，近年来用于杀虫剂，存在蔬菜水果残留，产生慢性中毒危害人类健康。

随着社会的不断发展，人们对食品的重视也越来越高，食品中重金属砷超标事件，引起人们高度重视和广泛关注，所以关于砷的测定与研究我们势在必行。

砷是一种自然界常见的有毒有害元素，具有较强的毒性，同时存在致癌物质，一次过量摄入砷容易引起砷急性中毒而死亡，长期低剂量摄入会人体蓄积从而引起慢性砷中毒和诱发各类皮肤病以及肝肾损伤，应引起人们足够的重视，因此，测定食品中的砷对人们有着重大的意义。

第二章食品中砷的前处理和分析方法的优化及应用

砷的毒性与其存在形态有着密切的关系，不同形态的砷毒性差异巨大，根据砷的毒性和砷的主要存在形式，砷的形态大致可分为有机砷和无机砷。

无机砷主要形态表现为亚砷酸盐（AsⅢ）和砷酸盐（AsV）两种，均具有较强的毒性，而有机砷的形态表现多种多样，目前已知的主要存在形态有甲基砷（包括一甲基砷MMA和二甲基砷DMA），砷甜菜碱AsB，砷胆碱AsC，砷糖AsS砷脂AsL等。

有机砷的众多形态中，甲基砷被认为有微弱的毒性，而其余形态更为复杂的有机砷由于可以被人体迅速排出体外而基本认为是无毒或毒性低级，基本对人体无害。

各形态砷的毒性大小顺序为：

AsH3>亚砷酸盐（AsIII）>砒霜（As2O3）>砷酸盐（AsV）>一甲基砷酸（MMA）>二甲基砷酸（DMA）>砷甜菜碱（AsB），砷胆碱（AsC）等。

FAO/WHO1998年提出的无机砷暂定每人每周耐受摄入量为0.015mg/kg.bw，以人体重60公斤计算每人每日耐受摄入量为0.129mg。

我国在国家标准GB2762-2005《食品中污染物限量》中规定了食品总砷的限量标准，而由于砷的存在形态的多样性以及毒性的差异，单单以总砷含量来评价砷对机体健康的影响并不科学。

在国标方法GB/T5009.11-2003中无机砷及无机砷的测定方法。

总砷测定采用的前处理方法有两种，一种是500ºC干灰化，另一种是应用氧化性酸进行湿法消解，但是在应用过程中发现两种前处理方法某些样品进行总砷测定时均存在回收率偏低的问题，且应用两种前处理方法进行总砷的测定同一样品所得结果偏低的问题，且应用两种前处理方法进行总砷的测定同一样品所得结果也存在大差异，说明这两种前处理方法并不合适所有类型的样品。

国标方法GB5009.11-2003中测定无机砷的方法的第一法（酸浸提-原子荧光法）分析特异性差，由于各种形态的砷被提取出来，往往得出假阳性的结果，而第二法（酸浸提-银盐法）则同样存在特异性差的问题，而且灵敏度低，不能满足含量较低的食品样品的无机砷测定。

鉴于以上原因中国疾病防控中心已经对该方法提出了改进，建立了液相色谱-在线消解-氧化物原子荧光谱法测定无机砷的方法，目前正在验证状态。

新提出的无机砷的测定方法所使用的形态分析仪比较昂贵，以当前中国的国情暂时无法在县区级基层检测机构推广。

有鉴于此，有必要对总砷及无机砷的分析测定方法进行研究改进，已建立合适向基层检测机构推广应用的总砷及无机砷测定方法。

国际上总砷测定基本采用灵敏度，精确度和检测限均很出色的一些检测手段，如ICP-MS，HG-AFS，HG-AAS等。

无机砷的测定基本采用各种联用技术，通过分离能力出色的色谱技术与特异性检测器联用，例如色谱与原子吸收技术联用，色谱与原子荧光检测技术联用，色谱与电感偶合等离子质谱联用等。

这些技术都非常适合用于形态分析，但是由于所使用仪器设备价格昂贵，使用成本较高，并不能在国内推广使用。

根据我国基层检测机构仪器设备的配置，绝大部分实验室都配有液相色谱和我国拥有自主知识产权的原子荧光光谱仪，配有砷空心阴极灯的原子荧光光谱仪可以特异性检测砷，在总砷的分析检测方面只需要对前处理方法进行优化改进，解决回收率低等问题即可使用原子荧光光谱仪来直接测定，而液相色谱则可以帮助我们实现无机砷的分离，然后直接进行原子荧光光谱法测定无机砷，找到一个合适的提取分离条件，使无机砷能充分和有机砷分离，确定无机砷的保留时间，完全收集无机砷洗脱液，然后直接应用原子荧光光谱仪进行测定。

这样我们基层检测机构就可以达到利用已有的仪器开展总砷及无机砷的测定工作的目的，而不需要购买昂贵的仪器支付昂贵的运营费。

同时可以解决基层检测机构应缺乏昂贵的仪器而无法按照我国食品中砷卫生限量标准来完成检测任务的问题，还能有效开展食品卫生监督，保证人们的食品安全，保护人民的身体健康。

本文通过对国家标准检测方法GB/T5009.11-2003中总砷分析两种消解方法（湿法消解，干灰化法）进行比对优化，通过两种消化方法的优缺点比较，分析查找分析结果不理想的原因，建立了适合与不同类型食品样品的消解效果更好的通过消解方法。

通过对不同类型食品样品中砷提取条件的研究和色谱柱分离条件的考察，建立并优化了针对不同类型食品样品的提取方法和阴离子交换色谱柱分离无机砷的方法。

对原子荧光光谱仪测定砷的仪器条件进行了优化选择，通过对反应酸浓度，还原剂浓度，灯电流，载气流量等影响砷测定的关键因素进行了考察，选择最佳原子荧光光谱仪的仪器测条件。

同时进行了方法的回收率，线性，精密度，准确度，以及检测限的考察，研究砷在原子荧光光谱仪上的最佳测定条件。

在原子荧光光谱法测定总砷的方法优化中，对仪器测定条件及样品前处理进行了改进优化，对国家标准方法GB/T5009-2003中总砷测定回收率偏低的原因进行了分析总结，分别针对不同类别食品样品的消解进行了研究，建立了湿消解-千灰化联合消解原子荧光光谱法测定总砷的方法。

在对砷存在形态较复杂的样品进行总砷的分析测定中，微波消解和湿法消解由于消解温度的限制，并不能把各种形态的砷完全消解成为可以直接测定的无机砷的状态，从而造成总砷的测定结果偏低，而干灰化法则由于灰化不完全或样品炭化过程中大量气体产生氧化镁覆盖层遭到破坏等原因造成砷的损失，使总砷的测定结果偏低。

在本方法中采用硝酸沸水浴，对待测样品进行预消解之后，再加入助溶剂硝酸镁并覆盖砷吸收剂轻质氧化镁进行干灰化的前处理方法，很好的解决湿法消解不完全和干法消解容易损失的难题。

在线性范围内，湿法-干灰化法联合消解，原子荧光光谱测定总砷，线性相关系数大于0.999，回收率在94.4-102.6%，相对标准偏差小于8%。

本方法在解决了前处理问题后，测定了总砷的结果准确度得到了保证，对含有复杂形态砷的样品测定结果优于国标GB/T5009.11-2003中采用了6mmol/L盐酸热侵提的方法进行提取，侵提液直接进行原子荧光光谱法测定或者比色法测定，原因是盐酸热侵能使样品中某些形态的有机砷水解产生MMA和DMA，以及本底中所含MMA和DMA均会干扰无机砷的测定。

本方法通过对不同提取试剂的提取效果的考察，建立并优化三氟乙酸（TFA）提取的方法，以2.0mol/L的TFA为提取剂在80ºC侵提6小时，提取液经过高速离心机离心，取上清液通过减压旋转蒸发浓缩。

在常温下向浓缩液加入氧化剂过氧化氢，使AsIII转化为AsV，经过阴离子交换色谱柱分离实现AsV与MMA、DMA的分离，收集AsV洗脱液进行原子荧光光谱法测定。

以20mmol/L磷酸二氢铵（PH=6.0）为洗脱液，HamiltonPRPX-100阴离子交换色谱柱进行等梯度洗脱，流速为1mL/min，收集保留时间12分钟至16分钟之间的色谱柱洗脱液，不经消解直接进行原子荧光光谱仪测定。

结果显示，本方法在0-80ug/L的范围内呈现良好线性，相关系数r=0.9995。

定值参考物和实际样品测定结果回收率在91.7-105.0%，本方法提取效率高，避免了MMA和DMA所带来的假阳性。

能准确定各种类型食品样品中的无机砷，灵敏度和准确度均能满足国家标准GB2762-2OO5对不同食品样品的无机砷限量标准的要求。

在有良好分析方法的保证下，对食品中的总砷和无机砷的测定分析。

第三章食品中总砷及无机砷测定

3.1总砷的测定

本方法检出限：

氢化物原子荧光光度法：

0.01mg/kg，线性范围为0ng/mL~200ng/mL。

银盐法：

0.2mg/kg；砷斑法：

0.25mg/kg；硼氢化物还原比色法：

0.05mg/kg。

3.1 .1氢化物原子荧光光度法（原理）:

食品试样经湿消解或干灰化后，加入硫脲使五价砷预还原为三价砷，再加入硼氢化钠或硼氢化钾使还原生成砷化氢，由氩气载入石英原子化器中分解为原子态砷，在特制砷空心阴极灯的发射光激发下产生原子荧光，其荧光强度在固定条件下与被测液中的砷浓度成正比，与标准系列比较定量。

3.1.2试剂

（1）氢氧化钠溶液（2g/L）。

（2）硼氢化钠（NaBH）溶液（10g/L）：

称取硼氢化钠10.0g，溶于2g/L氢氧化钠溶液1000mL中混匀。

此液于冰箱可保存10天，取出后应当日使用（也可称取14g硼氢化钾代替10g硼氢化钠）。

（3）硫脲溶液（50g/L）。

（4）硫酸溶液：

量取硫酸100mL，小心倒入水900ml。

中，混匀。

（5）氢氧化钠溶液（100g/L）（供配制砷标准溶液用，少量即够）。

（6）砷标准溶液

a.砷标准储备液：

含砷0．1mg/mL。

精确称取于100％：

干燥以上的三氧化二砷（As203）0．132og。

加。

[00g/L氢氧化钠10mL，溶解，用适量水转入1000mL容量瓶中，加（1+9）硫酸25mL，用水定容至刻度。

b.砷使用标准液：

含砷1/mL。

吸取1．00mL砷标准储备液于100mL容量瓶中，用水稀释至刻度。

此液应当日配制使用。

（7）湿消解试剂：

硝酸、硫酸、高氯酸。

（8）千灰化试剂：

六水硝酸镁（150g/L）、氯化镁、盐酸（1+1）。

3.1.3仪器

原子荧光光度计。

3.1.4分析步骤

（1）试样消解

a.湿消解：

固体试样称样1g～2．5g液体试样称样5g～10g（或mL）（精确至小数点后第二位），置人50mL～100mL锥形瓶中，同时做两份试剂空白。

加硝酸20mL～40mL，硫酸1．25mL，摇匀后放置过夜，置于电热板上加热消解。

若消解液处理至10mL左右时仍有未分解物质或色泽变深，取下放冷，补加硝酸5mL～10mL，再消解至10mL左右观察，如此反复两三次，注意避免炭化。

如仍不能消解完全，则加入高氯酸1mL～2mL，继续加热至消解完全后，再持续蒸发至高氯酸的白烟散尽，硫酸的白烟开始冒出。

冷却，加水25mL，再蒸发至冒硫酸白烟。

冷却，用水将内容物转入25mL容量瓶或比色管中，加入50g/L硫脲2．5mL，补水至刻度并混匀，备测。

b.干灰化：

一般应用于固体试样。

称取1g～2．5g（精确至小数点后第二位）于50mL～100mL．坩埚中，同时做两份试剂空白。

加150g/L硝酸镁10mL混匀，低热蒸于，将氧化镁1g仔细覆盖在干渣上，于电炉上炭化至无黑烟，移入550~C：

高温炉灰化4h。

取出放冷，小心加入（1+1）盐酸10mL，以中和氧化镁并溶解灰分，转入25mL容量瓶或比色管中，向容量瓶或比色管中加入50g/L硫脲2．5mL，另用（1+9）硫酸分次涮洗坩埚后转出合并，直至25mL刻度，混匀备测。

3.1.5标准系列制备

取25mL，容量瓶或比色管6支，依次准确加入1pg/mL砷使用标准液0、0．05、0．2、0．5、2．0、5．0mL（备相当于砷浓度0、2．0、20．0、80．0、200．0ng/mL）各加（1+9）硫酸12．5mL，50g/L硫脲2.5mL，补加水至刻度，混匀备测。

3.1.6测定

a.仪器参考条件：

光电倍增管电压：

400V；砷空心阴极灯电流：

35mA；原子化器：

温度820℃～850℃；高度7mm；氩气流速：

载气600Ml/min；测量方式：

荧光强度或浓度直读，读数方式：

峰面积}读数延迟时间：

1s{读数时间：

15s；硼氢化钠溶液加入时间：

5s；标液或样液加入体积：

2mL。

b.浓度方式测量：

如直接测荧光强度，则在开机并设定好仪器条件后，预热稳定约20min。

按“B”键进入空白值测量状态，连续用标准系列的“0”管进样，待读数稳定后，按空档键记录下空白值（即让仪器自动扣底）即可开始测量。

先依次测标准系列（可不再测“0”管）。

标准系列测完后应仔细清洗进样器（或更换一支），并再用“O”管测试使读数基本回零后，才能测试剂空白和试样，每测不同的试样前都应清洗进样器。

记录（或打印）下测量数据。

c.仪器自动方式：

利用仪器提供的软件功能可进行浓度直读测定，为此在开机、设定条件和预热后，还需输入必要的参数，即：

试样量（g或mL）；稀释体积（mL）；进样体积（mL）；结果的浓度单位；标准系列各点的重复澳0量次数；标准系列的点数（不计零点），及各点的浓度值。

首先进入空白值测量状态，连续用标准系列的“0”管进样以获得稳定的空白值并执行自动扣底后，再依次测标准系列（此时“0”管需再测一次）在测样液前，需再进入空白值测量状态，先用标准系列“0”管测试使读数复原并稳定后，再用两个试剂空白各进一次样，让仪器取其均值作为扣底的空白值，随后即可依次测试样。

测定完毕后退回主菜单，选择“打印报告”即可将测定结果打出。

3.1.7结果计算

 如果采用荧光强度测量方式，则需先对标准系列的结果进行回归运算（由于测量时“O”管强制为0，故零点值应该输入以占据一个点位），然后根据回归方程求出试剂空白液和试样被测液的砷浓度，再按式

（1）计算试样的砷含量：

X＝（C1－C0）/m×（25/1000）

式中：

X——试样的砷含量，单位为毫克每千克或毫克每升（mg/kg或mg/L）

c——试样被测液的浓度，单位为纳克每毫升（ng/rnL）；

G——试剂空白液的浓度，单位为纳克每毫升（ng/mL）；

m——试样的质量或体积，单位为克或毫升（g/mL）。

计算结果保留两位有效数字。

3.1.8精密度

湿消解法在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的10％。

干灰化法在重复性条件下获得的两次独立测定结果的绝对差值不得超过算术平均值的15％。

3.1.9准确度

湿消解法测定的回收率为90％～100％；干灰化法测定的回收率为85％～100％。

3.2银盐法

3.2.1原理

试样经消化后，以碘化钾、氯化亚锡将高价砷还原为三价砷，然后与锌粒和酸产生的新生态氢生成砷化氢，经银盐溶液吸收后，形成红色胶态物，与标准系列比较定量。

3.2.2试剂

（1）硝酸。

硫酸。

盐酸。

氧化镁。

无砷锌粒。

（2）硝酸一高氯酸混合溶液（4+1）：

量取80mL硝酸，加20mL，高氯酸，混匀。

（3）硝酸镁溶液（150g/L）：

称取15g硝酸镁[Mg（NO3）2·6H2O]溶于水中，并稀释至100mL。

（4）碘化钾溶液（150g/L）：

贮存于棕色瓶中。

（5）酸性氯化亚锡溶液：

称取40g氯化亚锡（SnCIz·2H：

O），加盐酸溶解并稀释至100mL，加人数颗金属锡粒。

（6）盐酸（1+1）：

量取50mL盐酸加水稀释至100mL。

（7）乙酸铅溶液（100g/L）。

（8）乙酸铅棉花：

用乙酸铅溶液（：

[0.01g/mL）浸透脱脂棉后，压除多余溶液，并使疏松，在100℃以下干燥后，贮存于玻璃瓶中。

（9）氢氧化钠溶液（200g/L）。

（10）硫酸（6+94）：

量取6．0mL硫酸加于80mL水中，冷后再加水稀释。

（11）二乙基二硫代氨基甲酸银一三乙醇胺一三氯甲烷溶液：

称取0．25g二乙基二硫代氨基甲酸银[（czHs）zNcszAg]置于乳钵中，加少量三氯甲烷研磨，移入100mL量筒中，加入1．8mL三乙醇胺，再用三氯甲烷分次洗涤乳钵，洗液一并移人量简中，再用三氯甲烷稀释至100mL，放置过夜。

滤人棕色瓶中贮存。

（12）砷标准储备液