灰化条件与过程

1. 样品制备

灰分测定的取样量一般在2～10g。灰化前样品需要首先研磨或者碾碎。选择研磨和碾碎设备时，要避免金属部件中的元素污染样品，特别是有些样品灰化后需要进一步测定矿物元素。反复使用的玻璃器皿也可能带来污染。稀释用的水通常需采用去离子水。

1)植物样品

一般植物样品在碾碎之前需要先干燥。新鲜的茎、叶组织可能需要两步干燥(比如先在低温55℃干燥，再转到更高的温度下烘干)。水分含量在15%及以下的植物样品可以直接灰化不需要干燥。

2)含糖和脂肪高的样品

含有大量脂肪、水分(易膨胀、溅出)或糖(起泡)的样品如动物性食品、糖浆和香料等，灰化前需要前处理，否则会造成灰化过程中样品的损失。肉、糖和糖浆需要先用水浴或红外灯蒸干水分。对容易形成表面硬壳的样品，加1～2滴油可以帮助水蒸气从样品中蒸发出来。一些样品在灰化过程中可能发烟或者着火(如奶酪、海产品和香料)，可以先将马福炉的门开着，等发烟和燃烧结束后再开始灰化。脂肪含量高的样品可以先干燥、提取脂肪再灰化。

2. 操作条件的选择

1)坩埚(crucible)的选择

测定灰分通常以坩埚作为灰化容器。常用的坩埚有瓷坩埚(porcelain crucibles)、石英坩埚(quartz crucibles)、不锈钢坩埚(steel crucibles)、铂金坩埚(platinum crucibles)和石英纤维坩埚(quartz fiber crucibles)。石英坩埚高温下耐酸和耐卤素，不耐碱。瓷坩埚性质与石英坩埚类似，但在温度急剧变化时容易破裂。瓷坩埚价格低廉是最常用的坩埚。不锈钢坩埚导热性好、高温下耐酸和碱，价格低廉，但其含有的镍和铬可能污染样品。铂金坩埚具有耐高温、耐碱、导热性好、吸湿性小等优点，可能是性能最好的坩埚，但是价格太昂贵，不适合日常大量样品的检测。一次性使用的石英纤维坩埚不易破碎，可耐1000℃高温。石英纤维多孔，可允许样品周围空气流通，加速燃烧，能显著减少灰化时间，适用于固体和黏稠液体样品。石英纤维坩埚数秒即可冷却下来，降低了着火的风险。所有的坩埚都必须用实验室墨水做好标记，还可使用钻头蚀刻坩埚后用Fe Cl3(0.5M，溶于20%HCl)染色。坩埚在使用前必须清洗和灼烧至恒重。

2)取样量

灰分大于10g/100g的试样，称取2～3g(精确至0.0001g); 灰分小于10g/100g的试样，称取3～10g(精确至0.0001g)。

3)灰化温度

灰化温度的高低对灰分测定结果影响很大。由于各种食品中的无机成分组成性质及含量各不相同，灰化温度也应有所不同，一般为525～600℃。其中只有黄油规定在500℃以下，这是因为用溶剂除去脂类后，残渣加以干燥，由灰化减量算出酪蛋白，以残渣作为灰分，还要在灰化后对食盐进行定量测定，所以采用抑制氯的挥发温度，其他食品全是525℃，550℃， 600℃及700℃。700℃仅适合于添加醋酸镁的快速法。灰化温度选定在此范围，是因为灰化温度过高，将引起钾、钠、氯等元素的挥发损失，而且磷酸盐、硅酸盐类也会熔融，将炭粒包藏起来，使炭粒无法氧化，灰化温度过低，则灰化速度慢，时间长，不易灰化完全，也不利于除去过剩的碱(碱性食品)吸收的二氧化碳。此外，加热速度也不可太快，以防急剧干馏时灼热物的局部产生大量气体而使微粒飞失爆燃。

4)灰化时间

一般以灼烧至灰分呈白色或浅灰色，无炭粒存在并达到恒重为止。灰化至达到恒重的时间因试样不同而异，一般需2～5h。通常根据经验灰化一定时间后，观察一次残灰的颜色，以确定第一次取出时间，取出后冷却、称重，然后再置入马福炉中灼烧，直至达恒重。应该指出，对有些样品，即使灰化完全，残灰也不一定呈白色或浅灰色。如铁含量高的食品，残灰呈褐色，锰、铜含量高的食品，残灰呈蓝绿色。有时即使灰的表面呈白色，内部仍残留有碳块，所以应根据样品的组成、性状注意观察残灰的颜色，以正确判断灰化程度。

表4－2 AOAC公定法规定不同食品灰分测定温度与重量

注: AOAC公定法(Official Methods of Analysis of the Association of Analytical Chemists)

5)加速灰化的方法

在常规灰化步骤的基础上，有一些方法可以加速灰化的过程:

①样品经初步灼烧后，如果仍有炭粒存在，可以加几滴去离子水或者硝酸再灰化。将初步灰化的灰分悬浮在去离子水中，水溶性盐类溶解，被包住的炭粒暴露出来，悬浮液用无灰滤纸过滤，滤液经过水浴蒸发至干后与滤纸一起放进马福炉再次灰化。

②硝酸、乙醇、碳酸铵、双氧水，甘油和氢气都可以加速灰化。这些物质经灼烧后完全消失不至于增加残灰的重量。样品经初步灼烧后，加入上述物质如硝酸(1 1)或双氧水，蒸干后再灼烧到恒重，利用他们的氧化作用来加速炭粒灰化，也可加入10%碳酸铵等疏松剂，在灼烧时分解为气体逸出，使灰分呈现松散状态，促进未灰化的炭粒灰化。

③含磷较多的谷物及其制品，磷酸过剩于阳离子，随灰化的进行，磷酸将以磷酸二氢钾、磷酸二氢钠等形式存在，在比较低的温度下会熔融而包住炭粒，难以完全灰化。加入乙酸镁的醇溶液可以加速谷物的灰化。乙酸镁随着灰化的进行而分解，与过剩的磷酸结合，残灰不熔融而呈松散状态，避免炭粒被包裹，可大大缩短灰化时间。该方法需做空白试验，以校正加入的镁盐灼烧后分解产生的Mg O的量。