食品检测技术--样品预处理中样品溶液的制备

样品溶液的制备

根据样品中被测组分存在状态的不同,选择溶解法或分解法来制备样品溶液。当样品中被测组分为游离状态时,采用溶解法制备样品溶液;当样品中被测组分为结合状态时,采用分解法制备样品溶液。

1、溶解法

采用适当的溶剂将样品中的待测组分全部溶解。

(1)水溶法

用水作为溶剂,适用于水溶性成分,如无机盐、水溶性色素等。

①酸性水溶液浸出法。溶剂为各种酸的水溶液,适用于在酸性水溶液中溶解度增大且稳定的组分。

②碱性水溶液浸出法。溶剂为碱性水溶液,适用于在碱性水溶液中溶解度增大且稳定的成分。

(2)有机溶剂浸出法

适用于易溶于有机溶剂的待测成分。常用的有机溶剂有乙醚、石油醚、氯仿、丙酮、正己烷等。根据“相似相溶”原理选择有机溶剂。

2、分解法

分解法分为全部分解法和部分分解法。全部分解法是将样品中所有有机物分解破坏成无机成分,又称为无机化处理,适用于测定样品中的无机成分;部分分解法是将样品中大分子有机物在酸、碱或酶的作用下,水解成简单的化合物,使待测成分释放出来,适用于测定样品中的有机成分。

3、干灰化法

利用高温破坏样品中的有机物,使之分解呈气体逸出。小火炭化,高温灰化,500～600℃,8～12h。最后得到白色或灰白色的无机残渣。除汞外大多数金属元素和部分非金属元素的测定都可采用这种方法对样品进行预处理。

(1)优点

①基本不添加或添加很少量的试剂,故空白值较低;

②多数食品经灼烧后所剩下的灰分体积很小,因而能处理较多量的样品,故可加大称样量,在方法灵敏度相同的情况下,可提高检出率;

③有机物分解彻底;

④操作简单,灰化过程中不需要人一直看管,可同时做其他实验的准备工作。

(2)主要的缺点

①处理样品所需要的时间较长;

②由于敞口灰化,温度又高,容易造成某些挥发性元素的损失;

③盛装样品的坩埚对被测组分有一定的吸留作用,由于高温灼烧使坩埚材料的结构改变造成微小孔穴,使某些被测组分吸留于孔穴中很难溶出,致使测定结果和回收率偏低。

(3)提高回收率的措施

①根据被测组分的性质,采取适宜的灰化温度。灰化食品样品,应在尽可能低的温度下进行,但温度过低会延长灰化时间,通常选用500～550℃灰化2h或在600℃灰化0.5h。一般不要超过600℃。

②加入灰化固定剂,防止被测组分的挥发损失和坩埚吸留。为了防止砷的挥发,常在灰化之前加入适量的氢氧化钙;加入氯化镁及硝酸镁可使砷转变为不挥发的焦砷酸镁,氯化镁还起衬垫坩埚材料的作用,减少样品与坩埚的接触和吸留。一般的灰化温度,铅、镉容易挥发损失,加硫酸可使易挥发的氯化铅、氯化镉等转变为难挥发的硫酸盐。

4、湿消化法

在加热条件下,利用氧化性的强酸或氧化剂来分解样品。常用的消化剂有硝酸、硫酸、高氯酸、过氧化氢和高锰酸钾等;常见的催化剂包括硫酸铜、硫酸汞、二氧化硒、五氧化二钒等。

该方法的优点:

①由于使用强氧化剂,有机物分解速率快,消化所需时间短;

②由于加热温度较干法灰化低,故可减少金属挥发逸散的损失,同时,容器的吸留也少;

③被测物质以离子状态保存在消化液中,便于分别测定其中的各种微量元素。

该方法的缺点:

①在消化过程中,有机物快速氧化常产生大量有害气体,因此操作需在通风橱内进行;

②消化初期,易产生大量泡沫外溢,故需操作人员随时照管;

③消化过程中大量使用各种氧化剂等,且试剂用量较大,使空白值偏高。

(1)常用的消化方法

在实际工作中,除了单独使用硫酸的消化方法外,还可采取几种不同的氧化性酸配合使用的方法,利用各种酸的特点,取长补短,以达到安全、快速、完全破坏有机物的目的。几种常用的消化方法如下。

①单独使用硫酸的消化方法。此法在样品消化时,仅加入硫酸,在加热的情况下,依靠硫酸的脱水炭化作用,破坏有机物。由于硫酸的氧化能力较弱,消化液炭化变黑后要保持较长的炭化阶段使消化时间延长。为此常加入硫酸钾或硫酸钠以提高其沸点,加适量的硫酸铜或硫酸汞作催化剂,来缩短消化时间。

②硝酸-高氯酸消化法。此法可先加硝酸进行消化,待大量的有机物分解后,再加入高氯酸,或者以硝酸-高氯酸混合液先将样品浸泡过夜,小火加热待大量泡沫消失后,再提高消化温度,直至完全消化为止。此法氧化能力强,反应速率快,炭化过程不明显;消化温度较低,挥发损失少。但由于这两种酸受热都易挥发,故当温度过高、时间过长时,容易烧干,并可能引起残余物燃烧或爆炸。为防止这种情况发生,有时加入少量硫酸。有还原性较强的样品(如酒精、甘油、油脂和大量磷酸盐)存在时,不宜采用此法。

③硝酸-硫酸消化法。此法是在样品中加入硝酸和硫酸的混合液,或先加入硫酸加热,使有机物分解,在消化过程中不断补加硝酸。这样可缩短炭化过程,并减少消化时间,反应速率也适中。由于碱土金属的硫酸盐在硫酸中的溶解度较小,故此法不宜做食品中碱土金属的分析。如果样品含较大量的脂肪和蛋白质,可在消化的后期加入少量的高氯酸或过氧化氢,以加快消化的速度。

(2)消化的操作技术

①敞口消化法。这是最常用的消化技术,通常在凯氏烧瓶或硬质锥形瓶中进行消化。操作时,在凯氏烧瓶中加入样品和消化液,将瓶倾斜呈约45°用电炉、电热板或煤气灯加热,直至消化完全为止。由于该法是敞口操作,有大量消化烟雾和消化分解产物逸出,故需在通风橱中进行。

②回流消化法。测定具有挥发性成分时,可在回流消化器中进行。这种消化器由于在上端连接冷凝器,可使挥发性成分随同冷凝酸雾形成的酸液流回反应瓶中,不仅可以防止被测成分的挥发损失,而且可以防止烧干。

③冷消化法。又称低温消化法,是将样品和消化液混合后,置于室温或37～40℃烘箱内,放置过夜。由于在低温下消化,可避免极易挥发的元素(如汞)的挥发损失,不需要特殊的设备,极为方便,但仅适用于含有机物较少的样品。

④密封罐消化法。这是近年来开发的一种新型样品消化技术,此法是在聚四氟乙烯容器中加入适量样品、氧化性强酸和氧化剂等,加压于密封罐内,并置于l20～150℃烘箱中保温数小时(通常2h左右),取出自然冷却至室温,摇匀,开盖,便可取此液直接测定。此法克服了常压湿法消化的一些缺点,但要求密封程度高,高压密封罐的使用寿命也有限。

(3)消化操作的注意事项

①消化所用的试剂,应采用高纯度的酸和氧化剂,且所含杂质要少,并同时按与样品相同的操作做空白试验,以扣除消化试剂对测定数据的影响。如果空白值较高,应提高试剂纯度,并选择质量较好的玻璃器皿进行消化。

②消化瓶内可以加玻璃珠或瓷片,防止暴沸,凯氏烧瓶的瓶口应倾斜,瓶口不应对着自己或他人。加热时火力应集中于底部,瓶颈部位应保持较低的温度,以冷凝酸雾,并减少被测成分的挥发损失。消化时,如果产生大量的泡沫,除了迅速减小火力外,可加入少量不影响测定的消泡剂,如辛醇、硅油等,也可将样品和消化液在室温下浸泡过夜,第二天再进行加热消化。

③在加热过程中需要补加酸或氧化剂时,首先要停止加热,待消化液稍冷后才沿瓶壁缓缓加入,以免发生剧烈反应,引起喷溅。另外,在高温下补加酸,会使酸迅速挥发,既浪费又污染环境。

5、微波溶样法

微波溶样法是将微波加热和密闭加压消化相结合的一种新型而有效的分解样品的技术,主要用到微波炉和密封聚四氟乙烯罐。该方法的特点是快速高效,3～5min可将样品彻底分解,试剂用量少,空白值低,挥发性元素不损失。