第十三部分食品中限量元素的测定教学课件.ppt

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1、第十三章 食品中限量元素的测定,第一节 概述 食物中各种元素对人体来说，分为：,必需元素,非必需元素,有毒元素,人体内矿物质大约占人体重量 6%，其中包括常量元素、微量元素、有毒元素。一常量元素：K、Na、Ca、Mg、P二微量元素：在肌体中起作用的浓度以ppm、ppb计。是人体必需的、但过量又会中毒的元素，现有14种。Fe是人体血液形成不可少的，缺铁性贫血就是因缺乏铁，而多了得“血色病”。,Zn影响人的消化与代谢，缺Zn味觉减退，出现厌食，发育不良等，过多会得胃肠炎。（取头发进行测定可知人体内Zn含量情况）。2000年8月调查：北京、广州等城市儿童低锌率44%，而山区儿童仅为32.4%（低于正

2、常值）1微量元素的功能形式、化学价态、化学形势非常重要。例：铬的+6价毒性大，+3价对人体有益（如Cr2O3、Cr(OH)3）。无机锗毒性大，有机锗毒性小。,2注意；对这些微量元素不能盲目的补，要适量，要适宜。有时有益量与有害量相差很小。,三有毒元素：1目前未发现对人体有生理功能、且人体耐受力极小、进入体内量稍大就中毒的元素。如Hg、Cd、Pb、As、Sn、Cu、Cr等，这些元素在体内不易排出，有积蓄性，半衰期都很长。例：甲基汞：在体内半衰期为70天 铅：在体内半衰期为1460天。在骨骼中为10年 镉在体内半衰期为1631年。,北京部分农产品含砷量过高 可能导致中毒！04年网上报道。,2微量元

3、素与有毒元素合称限量元素。3.这些物质进入人体的渠道有：水源、土壤、环境、原料、辅料、添加剂、农药、化肥的使用、加工、制造、运输等带入；容器本身不纯，金属带入铅、锌；罐头中酸性锡的溶出；铜器带入过量铜；另外，还有呼吸、皮肤。日本,前几年流行含金食物，内含银、铜等杂质。饮水、食品、茶叶、烟草、化妆品等都可能被污染，环境污染已成为世界问题。,食物链水 鱼 鸭子 人 农作物 食品 饲料 家畜 肉制品,4我国食品卫生法对食品中有害元素含量的规定（P 233）。表131，表132为生活饮用水卫生标准（GB574985）。联合国粮食卫生组织与世界卫生组织对有些限 量元素许多比中国规定的量大。,13,5食品

4、中限量元素的检测方法主要有：(1)原子吸收分光光度法：选择性好、灵敏度高、简便、快速、可同时测定多中元素。(2)比色法：设备简单、价廉、灵敏度可满足要求。,13,(3)另外还有极谱法、离子选择电极法和荧光分 光光度法。（极谱法光学分析的一种，让电流通过溶液，然后增加电压，由电流变化情况来进行定量、定性分析。如：小型极谱仪，可用来自动监测自来水中限量元素的含量，实验操作全都自动化，每隔12min记录一次水样中Cu、Pb、Cd、Zn的含量。,第二节元素的提取与分离,以上这些元素都以金属有机化合物的形式存在于食品中，要测定这些元素先要做两件事：1.用灰化法和湿化法先将有机物质破坏掉，释放出被测元素。

5、以不丢失要测的成分为原则。2.破坏掉有机物后的样液中，多数情况下是待测元素浓度很低，另外还有其它元素的干扰，所以要浓缩和除去干扰。,浓缩与分离处理方法与后边测定方法有关。例：比色法测定，用合适的金属螯合剂在一定条件下与被测金属离子生成金属螯合物，然后用有机溶剂进行液液萃取，使金属螯合物进入有机相从而达到分离与浓缩。原子吸收分光光度法，测痕量元素则用离子交换法分离、提纯金属离子或除去干扰离子。,一、螯合萃取原理,1.样品溶液：金属离子+螯合剂=金属螯合物（金属螯合物溶于有机溶剂，如果有色可进行比色测定）有机相 水+其它组成 水相 2.此法为液液溶剂萃取法。优点：较高的灵敏度，选择性，分离效果好，

6、设 备简单，操作快速。缺点：工作量较大，耗用试剂，溶剂较高，有的 易挥发，易燃，有毒等。,（一）螯合反应与亲水性 金属离子在未成螯合物之前，受水分子极性作用，以水合离子形式存在，为亲水性，难溶于有机溶剂，故不好直接用有机溶剂萃取。选择适当的金属螯合剂可将金属离子变为疏水性的金属螯合物，然后再萃取。物质能否有亲水性，主要看其是否能与水子形成氢键。,氢键（也是一种化学键）。HOH O 由于“O”电负性强（吸电子云能力），H 与 O 的电子对被强烈吸到“O”一边，H外边几乎没有电子云，与另一分子中“O”（带负电）产生了静电吸引，即氢键。电负性 O N S、Cl 羰基+羟胺基 肟 C O+N-OH C

7、 N-OH,（二）萃取分离的基本原理 1.分配系数 PD、KD,萃取时，有两相互不相溶，一相为水相，一相为有机相，物质A 在两相中存在量不同。在一定温度下，分配达到平衡。A在两相中活度比不再变，即PD，KD为常数。PDA=A有/A水 浓度很低时，用浓度代替活度 KD=A有/A水,2.分配比 D=C有/C水 C有溶质在有机相中聚合、络合等总浓度C水溶质在水相中聚合、络合、水解的总浓度3.萃取百分率 E：表示萃取的完全程度E=（被萃取物在有机相中的总量/被萃取物的总量）100%书中350页公式推导：,E=C有V有/（C水V水+C有V有）上下同除以C水，=（C有/C水）V有/（V水+C有/C水V有）

8、因为C有/C水=D=D V有/（V水+D V有）=D/（V水/V有+D）（三）萃取平衡与条件一、常用的螯合剂实际应用的，目前已达100多种，,食品分析中常用的：双硫腙（HDZ）、二乙基二硫代甲酸钠（NaDDTC）、丁二酮肟、铜铁试剂 CuP（N亚硝基苯胲铵）这些螯合剂与金属离子生成金属螯合物，相当稳定，难溶于水，易溶于有机溶剂，许多带有颜色可直接比色。2、金属螯合物的萃取平衡 用有机溶剂萃取金属螯合物，金属在有机相和水相中的分配比与许多因素有关，当其他因素固定下来以后，金属分配率与pH有关。,3、影响分配比值的几个因素：（1）螯合剂的影响：螯合剂与金属离子生成的螯合物越稳定，萃取效率就越高。（

9、2）pH的影响：pH 越高，有利于萃取，但金属离子可能发生水解反应。要正确控制溶液的酸度,对萃取有利，还可提高螯合剂对金属离子的选择性。例：Zn2+的最适宜pH为6.510.,(3)萃取溶剂的选择：溶剂是否有利于萃取的分离主要取决于它们的物理性质和化学性质。一般尽量采用惰性溶剂，避免产生副反应。根据螯合物的结构，由相似相溶原理来选：含烷基螯合物选卤代烃（CCl4、CHCl3等），含芳香基螯合物选芳香烃（苯、甲苯等）溶剂的相对密度与溶液差别要大、粘度小。无毒。无特殊气体、挥发性较小。,4干扰离子的消除 一种螯合剂往往同时和几种金属离子形成螯合物，控制条件可有选择地只萃取一种离子或连续萃取几种离子

10、，使之相互分离。控制酸度 控制溶液的pH值 使用掩蔽剂 例.KCN 可掩蔽 Zn2+、Cu2+柠檬酸铵可掩蔽 Ca2+、Mg2+、AL3+、Fe3+EDTA可以掩蔽除 Hg2+、Au2+以外许多金属离子。,掩蔽剂的使用与溶液pH有关 例.碱性液+氰化物 掩蔽 Pb、Sn2+、Ti、Bi 弱酸性液+氰化物 掩蔽 Pb、Hg、Ag、Cu,3.几种重金属离子含量的测定,重金属 比重d 5 的金属 一、双硫腙比色法测 Pb、Zn、Cd、Hg的含量（一）双硫腙的性质 名称、结构式、性质、P335 腙 羰基+肼（NH2NH2）（二）双硫腙与金属离子的反应 在酸性溶液中并有过量双硫腙存在时生成单取代双硫腙盐

11、，即1个双硫腙分子中有1个H原子被金属离子所取代，二价金属离子则同时与2个双硫腙分子反应。,在碱性溶液中或双硫腙量不足时、生成二代（双取代）双硫腙盐，即1个双硫腙分子中有个H原子同时被金属离子所取代。双硫腙盐的萃取性能，主要决定于水相中的pH值和双硫腙试剂的浓度。应用实例P357表12-5。某些金属离子有氧化双硫腙的性质，在水溶液中加入盐酸羟胺，可阻止氧化作用。（三）双硫腙酌三氯甲烷或四氯化碳溶液，在光的作用或高温下很快氧化成为黄色化合物。故应置冰箱保存。,(四)双硫腙比色法测定食品中铅、锌、镉、汞的含量 1.铅的测定（Pb）,铅用于选矿、冶炼、电镀等工业，制四乙基铅加到汽油中，提高辛烷值，提

12、高“号”，增加抗爆震能力。但由于环境污染，现国家已禁用。改用无水乙醇汽油。反应缶涂有铅的涂层、陶瓷、搪瓷的釉药。食品缶头马口铁焊锡中铅含量达4060%，有时会溶于食品中形成污染。会引起中毒。含铅“松花蛋”。,离地面1m处空气铅浓度是1.5m处的16倍，儿童受害，2000年8月调查北京、广州城市儿童铅高率达80%左右。验头发。铅能与许多有机试剂生成带有颜色的化合物，常用来比色测定的还是双硫腙。（1）双硫腙法 原理：在碱性（pH值在9左右）溶剂中，Pb2+双硫腙形成红色络合物，溶于氯仿或CCl4中，红色深浅与铅离子浓度成正比，比色测定。测定前要加盐酸羟胺、氰化钾、柠檬酸铵来掩蔽铁、铜、锡、镉等离子

13、。,测定步骤：（1）用铅标准溶液（1ug/ml）标定双硫腙溶液，铅标准溶液：用HNO3来溶解Pb(NO3).双硫腙溶液：0.001%（溶于CCl4）。（2）测定样品：粉碎、消化、定容（用蒸馏水）、测定，再根据所用双硫腙量计算样品中铅含量。注意：双硫腙法用氰化钾作掩蔽剂，不要任意增加浓度和用量以免干扰铅的测定。,氰化钾，剧毒，不能用手接触，必须在溶液调至碱性再加入。废的氰化钾溶液应加NaOH和FeSO4(亚铁)，使其变成亚铁氰化钾再倒掉。如果样品中含Ca、Mg的磷酸盐时，不要加柠檬酸铵，避免生成沉淀带走使铅损失。样品中含锡量150mg时，要设法让其变成溴化锡，而蒸发除去，以免产生偏锡酸而使铅丢失

14、。测铅要用硬质玻璃皿，提前用1-10%HNO3浸泡，再用水冲洗干净。（2）原子吸收分光光度法 这是国标中第一方法。灵敏度高，可用来测定含量 0.01%痕量铅。,GB/T 5009.122003 食品中铅铅的测定1.石墨炉原子吸收光谱法2.氢化物原子荧光光谱法3.火焰原子吸收光谱法4.二硫腙比色法5.单扫描极谱法,2、锌的测定（Zn）GB 5009.142003锌用在电镀、造纸、机械和自来水的制造等工业中应用，镀锌厂的废水，采用镀锌铁的容器包装食品，特别是酸性饮料，易沾有锌。金属锌本身无害。锌化合物可引起急性肠炎、肾损害，特别是氯化锌3-5g可导致死亡。,原理：在pH 4.5-5.0,锌离子与双

15、硫腙生成红色络合物，此络合物溶于CCl4，其它金属离子靠加入硫代硫酸钠、盐酸羟胺溶液和pH值的控制。,仪器：分光光度计 520nm处测定吸光度要领：（1）锌标准曲线重现性差，平行作1-2份标准锌，以进行校正。（2）硫代硫酸钠不能任意增加，因为它也是络合物。,（3）本法灵敏度较高，必须严格控制pH值，同时所用水应为无锌水，经阴、阳离子交换树脂纯化。器皿也先用硝酸溶液洗涤，然后再用无离子水冲洗干净。,2、原子吸收分光光度法 国标中第一法 样品处理后，导入原子吸收分光光度计中，原子化后，吸收213.8 nm共振线，其吸收量与Zn量成正比。锌标准溶液：精称金属锌（99.99%），溶于HCl中。,3、镉

16、的测定（Cd)GB 5009.152003 镉用于治金、电镀、颜料、原子工业、农药等，生活用水，因使用镀锌、塑料管中镉的污染经消化道、呼吸道进入人体，损害人的肾、肝，易引起“骨痛病”。书中介绍的测定方法不是标准方法。国标有四种方法：,第一法：石墨炉原子吸收光谱法原理：酸性溶液中，镉离子与碘离子形成络合物，并经4-甲基戊酮2萃取分离，导入原子吸收仪中，原子化后，吸收228.8nm共振线，与标准系列比较定量。镉标准溶液：用金属镉溶于HCL中加 HNO3+H2O稀释。,第二法：原子吸收分光光度法（碘化钾4-甲基戊酮2 法）（双硫腙乙酸乙酯法）原理：样品经消化处理后，在pH6左右的溶液中，镉离子与双硫

17、腙形成络合物，并经碘化钾4-甲基戊酮2或乙酸乙酯萃取分离，导入原子吸收仪中。,第三法：比色法第四法：原子荧光法,4、汞的测定 汞多用于电气仪器及设备、电解食盐、农药等等。工业自动化越发展，汞的用量越大，环境污染就越严重。污染严重的日本、瑞典40ug/人 天摄入，其它国家10 ug/人天，FAO/WHO规定34 ug/人天，中国食品汞允许量（mg/kg）粮食 0.02 禽肉蛋 0.05 水产 0.3 牛乳 0.01蔬菜水果 0.01 植物油 0.05,汞挥发性强，气态汞被人呼吸进入肺部，大部分进入红血球中；进入消化道；接触或皮肤吸收进入体内。汞对中枢神经损害，汞蒸汽中毒：兴奋亢进、易怒、健忘失眠

18、。汞急性中毒：恶心、呕吐、腹痛、肾损害、死亡。有机汞毒性更强，特别是甲基汞：使人感官失调、视野缩小、头发损伤、各机 群间共济失调。,（1）比色法：（1 mg/kg）原理：双硫腙氯仿溶液与样品中汞离子在酸性条件下生成双硫腙汞，在氯仿溶液中呈橙黄色，颜色深浅与汞离子浓度成正比。主要仪器：消化装置：上带冷凝管的平底烧瓶。721型分光光度计（2）测汞仪法（1 mg/kg）又叫冷离子吸收 法现有590型测汞仪。（3）甲基汞测定：1、薄层层析分离 2、气相色谱法,另：分离测定痕量汞时要注意试剂、滤纸、橡皮管上可能含有少量汞。,汞若洒在地上，应马上用吸尘器或用洗耳球吸除干净，或用脱汞剂去除。（1）硫磺粉（2

19、）20%FeCl2溶液（3）矿物油+含有粉末硫、碘的水乳浊液（4）盐酸酸化的10%KMnO4溶液。,GB 5009.172003总汞及有机汞的测定 1.氢化物原子荧光光谱法（双道原子荧光光度计）2.冷原子吸收光谱法 3.二硫腙比色法,二、其他比色法测定锡、铜、铬的含量选用比双硫腙专用性更强的螯合剂进行测定。（一）锡的测定 除了工业污染外，罐头食品中镀锡马口铁有时被内容物侵蚀，产生了溶锡现象，还有的因焊锡涂布不牢而溶锡，有机锡毒性很大，如锡化氢SnH41、苯芴酮比色法 样品消化后，在酸性介质中，4价锡离子与苯芴酮生成的橙红色胶体颗粒络合物，在动物胶存在下不聚集，可比色定量。加抗坏血酸、酒石酸作掩

20、蔽剂，排除铁离子干扰。,仪器：分光光度计 490 nm处测吸光度注意：天冷时，由于显色反应很慢，标准和样品分析溶液加入显色剂后，可在37恒温箱放置30分钟，再比色。另外还有：1、栎精比色法（又叫栎皮黄素，一种天然染料）2、二硫酚法3、碘法 4、原子吸收分光光度法 灵敏度约为1ppm.。,GB 5009.162003食品中锡的测定 1.氢化物原子荧光光谱法（双道原子荧光光度计）2.苯芴酮比色法,（二）铜的测定 GB 5009.132003中第一法是原子吸收光谱法,铜在工业广泛应用，铜的化合物作为杀虫剂、杀菌剂和消毒剂等。食品加工中由于使用铜器而易于受污染，铜是人体所必须的微量元素，但过量在人体积

21、累中毒可引起肝肾障碍，甚至死亡。经“食物链”进入人体。书中介绍：二乙胺基二硫代甲酸钠比色法，常 用的方法，可检出2.5 ppm。,（三）铬的测定 GB 5009.1585 铬用于印染、电镀、制革工业中。主要是6价铬对人体造成危害。测定方法：1.二苯碳酰二肼比色法：二苯碳酰二肼（二苯胺基脲、二苯卡巴脲、二苯 偕肼）C6H5NH-NH C=O C6H5NH-NH,原理：在消化液中加KMnO4，将铬氧化成铬酸，在酸性溶液中，铬酸变为重铬酸，再遇二苯胺基脲，溶液由黄色变为紫色。注意：1)用重铬酸钾溶于水制标准样液。2)二苯碳酸二肼用丙酮溶解，不稳定，临用时配置。3)此法测出的是6价铬与3价Cr的总量。

22、4)所用仪器不能用重铬酸钾洗液洗涤。要排除铁的干扰，可用铜铁试剂处理（二乙基硫代氨甲酸钠）2.铬及原子吸收光谱测定,三、原子吸收分光光度法 测定限量元素的含量,原子吸收分光光度法是利用原子吸收分光光度计来测定限量元素。原子吸收光谱分析的仪器包括四大部分 光源 原子化系统 分光系统 检测系统,火焰原子化法原子化法 无火焰原子化法 石墨炉法 冷原子化法,原理：1.火焰式仪器内有燃烧的火焰，提供一定能量让含有限量元素的溶液雾化后，经过火焰获得能量，热离解为原子状态就可吸收特定波长的光，由基态激发态，不同的原子所吸收的波长不一样，如测Cu就要将仪器换上Cu空心阴极灯，让其发射出Cu的特定波长光，根据其

23、吸收的多少来定量。（与标准曲线比较）,2.无火焰原子化法 石墨炉法：让样品溶液在石墨管小空间内完成干燥、灰化、原子化三步，仪器提供高温，原子再去吸收特定波长光。灵敏度比火焰原子化法高。冷原子化法：让溶液进行化学反应，使元素为原子态，再喷 入原子吸收分光光度计测定。,原子吸收分光光度法的特点：优点：灵敏度高，应用广，选择性好，抗干扰性 强，适于元素的痕量分析。缺点：要连续测不同的元素，就要多次换不同的阴极灯。,我校内 河北省分析测试研究中心 有美国PE公司AAS100型原子吸收分光光度计，可以测定76种元素。同时具有火焰装置与石墨炉。,省师大的实验中心：原子吸收分光光度计，中国 WFX1F 波长

24、 190860nm。这些仪器都是，数字显示，自动打印数据，可读瞬时值、积分值、峰值、峰面积等。应用于物质中微量和痕量无机元素的定量分析。另有“电感耦合等离子体光谱仪”，属电子发射光谱仪。,澳大利亚产 8410型 波长160820nm，分辨率0.008nm，用于无机物和有机物中微量、痕量元素的分析。原理：给元素一个额外能量，让其电子越迁到高能级轨道（为激发态），但时间不长，又会放出能量，回到原轨道（基态），不同元素会发出不同波长光，测定发射波长及强度可定性、定量。克服了原子吸收分光光度法的缺点。不用总换 空心灯。,等离子体由正离子、游离电子组成的物体，是物质的高温电离状态，不带电，导电性很强，电

25、流通过时，产生百万度的高温。等离子状态：是物质存在的一种形态。高温、强大的紫外线、X射线和丙种射线等都能使气态物质变成等离子态。,4、砷、硒、氟的测定,一、砷的测定 GB5009.112003 砷广泛存在于自然界，几乎在人类所有食品中都有，各种食品及饮水中允许含量，各国都有规定。中国原粮0.7 mg/kg；日本原粮1 mg/kg 书中介绍的两种方法为 GB5009.1185 中 食品总砷的测定方法,（一）银盐法1、原理：样品消化后，让所含5价砷ASH3，再与二乙氨基二硫代甲酸银作用，在有机碱（三乙醇胺）存在下，生成棕红色胶态银，进行比色测定。在生成AsH3过程中，有H2S，会干扰测定，可用浸泡

26、过醋酸铅的棉花来排除H2S的干扰。,2、仪器：P382、图12-3，左边为AsH3发生器，里边放：样品消化液、HCl、KI、SnCl2,Zn粒。横管中有Pb(AC)2吸收H2S。右边为AgDDC吸收管。,（二）、砷斑法（古蔡氏法）,1、原理：样品经消化后，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，再与溴化汞试纸生成黄色至橙色的色斑，与标准砷斑比较定量。,2、P382、图12-43、操作：用标准AS2O3液，让溴化汞试纸成一系列不同颜色的标准色斑，为保存时间长一些，可用油画颜料画出标准色斑，在暗处保存。,5、讨论：(1)H2S对本法有干扰，遇溴化汞试纸亦会产

27、生色斑。乙酸铅棉花应松紧合适，能顺利透过气体又能除尽H2S。(2)锑、磷等都能使溴化汞试纸显色，鉴别方法是采用氨蒸熏黄色斑，如果失变黑再褪去为砷，不变时为磷，变黑时为锑。(3)同一批测定用的溴化汞试纸的纸质必须一致，否则因疏密不同而影响色斑深度。制作时应避免手接触到纸，晾干后贮于棕色试剂瓶内。加：AS2O3剧毒，AsH3及HgBr2极毒，要在通风橱内进行，实验后妥善处理。,二、硒的测定,硒化氢，H2Se是无色气体，具有令人厌恶的臭味。水溶液是酸。Se化合价有2、4、6。硒酸H2SeO4属于强酸，它的性质与H2SO4相似。不易挥发，它的盐硒酸盐，很像硫酸盐。硒的一切化合物都有毒。ADI值5020

28、0g 硒是与S共存的非金属。应用于电讯器材、半导体和玻璃制造等，所以硒的污染来自半导休工业和冶金工业等排出的三废。,硒是动物生长中必需的微量元素之一，起调节氧化还原反应速度，强化某些酶系的活性，调节VA、C、E、K 在体内的吸收和消耗。牛、马、羊和鸡缺Se是能引起“白肌病”、心肌坏死、微血管出血等，动物休内过量地积累硒也引起中毒，出现脱毛、脱蹄、脱爪等。食物中5ppm引起中毒，但一般膳食中Se含量能满足又安全。（一）二氨基萘荧光光度法 本法最低检测量为0.005 ug硒。（二）3，3二氨基联苯胺比色法 最低检测量为1ug硒。,三、氟的测定,氟在普通条件下为气体，淡黄绿色，具有特殊气味。环境中的

29、氟与地理条件有关，另污染来自熔融冰晶石，以磷矿石为主的磷肥生产、铝制造业、炼钢、制玻璃、燃烧煤等放出含F气体和氟化物灰尘。食品中F，一是环境污染，二是施过磷肥的农作物。F是人体需要的微量元素之一，对牙齿有防龋抗蚀作用，微量能促进儿童发育、预防老人骨质变脆。正常情况下，人体每天摄入F=3.04.5mg左右，摄入过量会积累，中毒，出现氟斑釉齿、氟骨症，在心脏中积累，会得心脏病、畸变。慢性F中毒会食欲一振、恶心、反应迟钝。,（一）扩散氟试剂比色法 1、原理：食品中氟化物在扩散盒内与酸作用，产生氟化氢气体，经扩散被氢氧化吸收。氟离子与镧（）、氟试剂（茜素氨羧络合剂）在适宜pH下生成蓝色三元络合物，颜色随氟离子浓度的增大而加深，用或不用含胺类有机溶剂提取，与标准系列比较定量。（二）氟离子选择电极法,1.什么是限量元素？双硫腙的性质？锡的测定。砷的测定。原子吸收光谱分析的仪器包括哪四大部分？原子化方法有哪几种？,第十三章重点,