二氧化硫(sulfur dioxide)是最常見、最簡(jiǎn)單的硫氧化物,化學(xué)式SO2,其為無(wú)色透明氣體,有刺激性臭味。溶于水、乙醇和乙醚。二氧化硫是大氣主要污染物之一?;鹕奖l(fā)時(shí)會(huì)噴出該氣體,在許多工業(yè)過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫元素,因此燃燒時(shí)會(huì)生成二氧化硫。當(dāng)二氧化硫溶于水中,會(huì)形成亞硫酸。若把亞硫酸進(jìn)一步在PM2.5存在的條件下氧化,便會(huì)迅速高效生成硫酸(酸雨的主要成分之一)。這就是對(duì)使用這些燃料作為能源的環(huán)境效果的擔(dān)心的原因之一。
2017年10月27日,世界衛(wèi)生組織國(guó)際癌癥研究機(jī)構(gòu)公布的致癌物清單初步整理參考,二氧化硫在3類致癌物清單中。
二氧化硫?yàn)闊o(wú)色透明氣體,有刺激性臭味。溶于水、乙醇和乙醚。
液態(tài)二氧化硫比較穩(wěn)定,不活潑。氣態(tài)二氧化硫加熱到2000℃不分解。不燃燒,與空氣也不組成爆炸性混合物。
無(wú)機(jī)化合物如溴素、三氯化硼、二硫化碳、三氯化磷、磷酰氯、氯化碘以及各種亞硫酰氯化物都可以任何比例與液態(tài)二氧化硫混合。堿金屬鹵化物在液態(tài)二氧化硫中的溶解度按I->Br->Cl-的次序減小。金屬氧化物、硫化物、硫酸鹽等多數(shù)不溶于液態(tài)二氧化硫。
二氧化硫是一個(gè)彎曲的分子,其對(duì)稱點(diǎn)群為C2v。硫原子的氧化態(tài)為 4,形式電荷為0,被5個(gè)電子對(duì)包圍著,因此可以描述為超價(jià)分子。從分子軌道理論的觀點(diǎn)來(lái)看,可以認(rèn)為這些價(jià)電子大部分都參與形成S-O鍵。二氧化硫中的S-O鍵長(zhǎng)(143.1 pm)要比一氧化硫中的S-O鍵長(zhǎng)(148.1pm)短,而中的O-O鍵長(zhǎng)(127.8pm)則比氧氣中的O-O鍵長(zhǎng)(120.7pm)長(zhǎng)。二氧化硫的平均鍵能(548kJ·mol-1)要大于S-O的平均鍵能(524kJ·mol-1),而的平均鍵能(297kJ·mol-1)則小于O2的平均鍵能(490kJ·mol-1)。這些證據(jù)使化學(xué)家得出結(jié)論:二氧化硫中的S-O鍵的鍵級(jí)至少為2,與臭氧中的O-O鍵不同,臭氧中的O-O鍵的鍵級(jí)為1.5。
分子結(jié)構(gòu)與極性:V形分子,極性分子。
pH:2/3的二氧化硫溶于水生成亞硫酸(H2SO3),溶液的pH值變成2或3。
25℃時(shí)二氧化硫在空氣中的擴(kuò)散系數(shù):1.15×10-5(m2/s)。
溶解度(g/100mL)
0℃:22 50℃:5.0
10℃:15 60℃:4.0
20℃:11 70 ℃:3.5
25 ℃:9.4 80 ℃:3.4
30℃:8 90 ℃:3.5
40 ℃:6.5 100℃:3.7
在常溫下,潮濕的二氧化硫與硫化氫反應(yīng)析出硫。在高溫及催化劑存在的條件下,可被氫還原成為硫化氫,被一氧化碳還原成硫。強(qiáng)氧化劑可將二氧化硫氧化成三氧化硫,僅在催化劑存在時(shí),氧氣才能使二氧化硫氧化為三氧化硫。具有自燃性,無(wú)助燃性。液態(tài)二氧化硫能溶解如胺、醚、醇、苯酚、有機(jī)酸、芳香烴等有機(jī)化合物,多數(shù)飽和烴不能溶解。有一定的水溶性,與水及水蒸氣作用生成有毒及腐蝕性蒸氣。
二氧化硫化學(xué)性質(zhì)極其復(fù)雜,不同的溫度可作為非質(zhì)子溶劑、路易斯酸、還原劑、氧化劑、氧化還原試劑等各種作用。液態(tài)二氧化硫還可作自由基接受體。如在偶氮二異丁腈自由基引發(fā)劑存在下與乙烯化合物反應(yīng)得到聚砜。液態(tài)二氧化硫在光照下,可與氯和烷烴進(jìn)行氯磺化反應(yīng),在氧存在下生成磺酸。液態(tài)二氧化硫在低溫表現(xiàn)出還原作用,但在300℃以上表現(xiàn)出氧化作用。
二氧化硫可以使品紅溶液褪色,加熱后顏色還原,因?yàn)槎趸虻钠自硎嵌趸蚺c被漂白物反應(yīng)生成無(wú)色的不穩(wěn)定的化合物,破壞了起到品紅中起發(fā)色作用的對(duì)醌式,加熱時(shí),該化合物分解,恢復(fù)原來(lái)顏色,所以二氧化硫的漂白又叫暫時(shí)性漂白。
能使酸性高錳酸鉀溶液褪色。
二氧化硫可以在硫磺燃燒的條件下生成:
硫化氫可以燃燒生成二氧化硫:
加熱硫鐵礦,閃鋅礦,硫化汞,可以生成二氧化硫:
二氧化硫具有漂白性。工業(yè)上常用二氧化硫來(lái)漂白紙漿、毛、絲、草帽等。二氧化硫的漂白作用是由于它(亞硫酸)能與某些有色物質(zhì)生成不穩(wěn)定的無(wú)色物質(zhì)。這種無(wú)色物質(zhì)容易分解而使有色物質(zhì)恢復(fù)原來(lái)的顏色,因此用二氧化硫漂白過(guò)的草帽辮日久又變成黃色。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法廠商非法用來(lái)加工食品,以使食品增白等。食用這類食品,對(duì)人體的肝、腎臟等有嚴(yán)重?fù)p傷,并有致癌作用。
此外二氧化硫還能夠抑制霉菌和細(xì)菌的滋生,可以用作食物和干果的防腐劑。但必須嚴(yán)格按照國(guó)家有關(guān)范圍和標(biāo)準(zhǔn)使用。
GB 2760-96:可用于葡萄酒、果酒作為防腐劑,0.25g/kg。二氧化硫殘留量不得超過(guò)0.05g/kg。
以熏硫法漂白果干、果脯、干菜、粉絲、蜜餞類允許殘留量參照“硫磺”。熏硫就是燃燒硫磺產(chǎn)生二氧化硫,可使果片表面細(xì)胞破壞,促進(jìn)干燥,同時(shí)由于其還原作用,可破壞酶的氧化系統(tǒng),阻止氧化作用。使果實(shí)中的單寧物質(zhì)不致被氧化而變成棕褐色。尚可保存果實(shí)中的維生素C。熏硫室中二氧化硫濃度一般為1%~2%,最高可達(dá)3%。熏硫時(shí)間30~50min,最長(zhǎng)可達(dá)3h。
FAO/WHO(1984;mg/kg):白砂糖20(規(guī)格A)、70(規(guī)格B);糖粉、果糖、葡萄糖粉20(帶入量);綿白糖40;無(wú)水葡萄糖、一水葡萄糖20;葡萄糖漿40;用于制造糖果時(shí)400;高濃度葡萄糖漿40,用于制造糖果時(shí)150;漂白葡萄干1500;果醬、果凍、橘皮果凍100,帶入量;杏干2000;酸黃瓜50,由初制品帶入;帶防腐劑的菠蘿濃汁500(僅用于制造)。
EEC(1990;mg/kg):椰子干50;啤酒70;蜜餞和罐裝花椰素100;蘋果汁200;大部分果干2000;千番木瓜酶和木瓜蛋白酶30000。
EEC-HACSG建議不能用于兒童食品。
FDA,182.3862(2000):不得用于肉類及維生素B。源食品。
按日本規(guī)定的最高用量參照“連二亞硫酸鈉”。
1、用作有機(jī)溶劑及冷凍劑,并用于精制各種潤(rùn)滑油。
2、主要用于生產(chǎn)三氧化硫、硫酸、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽,也用作熏蒸劑、防腐劑、消毒劑、還原劑等。
3、二氧化硫是中國(guó)允許使用的還原性漂白劑。對(duì)食品有漂白和對(duì)植物性食品內(nèi)的氧化酶有強(qiáng)烈的抑制作用。中國(guó)規(guī)定可用于葡萄酒和果酒,最大使用量0.25g/kg,殘留量不得超過(guò)0.05g/kg。
4、農(nóng)藥、人造纖維、染料等工業(yè)部門。
5、用于生產(chǎn)硫以及作為殺蟲劑、殺菌劑。
6、按照Claude Ribbe在《拿破侖的罪行》一書中的記載,二氧化硫在19世紀(jì)早期被一些在海地的君主當(dāng)作一種毒藥來(lái)鎮(zhèn)壓奴隸的反抗。
食品藥品監(jiān)管部門抽檢發(fā)現(xiàn)部分蔬菜、水果制品、白砂糖等二氧化硫含量超標(biāo)。那么,二氧化硫究竟是什么?如何應(yīng)用于食品工業(yè)中?對(duì)人體健康是否有危害?是否可以應(yīng)用于果蔬制品、白砂糖及相關(guān)制品中?國(guó)內(nèi)外對(duì)此有哪些相關(guān)的法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)?國(guó)家食品藥品監(jiān)督管理總局發(fā)布2016年第14期《食品安全風(fēng)險(xiǎn)解析》,組織有關(guān)專家解讀:
一、二氧化硫是國(guó)內(nèi)外允許使用的一種食品添加劑,在食品工業(yè)中發(fā)揮著護(hù)色、防腐、漂白和抗氧化的作用
二氧化硫是國(guó)內(nèi)外允許使用的一種食品添加劑,通常情況下該物質(zhì)以焦亞硫酸鉀、焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、低亞硫酸鈉等亞硫酸鹽的形式添加于食品中,或采用硫磺熏蒸的方式用于食品處理,發(fā)揮護(hù)色、防腐、漂白和抗氧化的作用。比如在水果、蔬菜干制,蜜餞、涼果生產(chǎn),白砂糖加工及鮮食用菌和藻類在貯藏和加工過(guò)程中可以防止氧化褐變或微生物污染。利用二氧化硫氣體熏蒸果蔬原料,可抑制原料中氧化酶的活性,使制品色澤明亮美觀。在白砂糖加工中,二氧化硫能與有色物質(zhì)結(jié)合達(dá)到漂白的效果。
二、按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定合理使用二氧化硫不會(huì)對(duì)人體健康造成危害,但長(zhǎng)期超限量接觸二氧化硫可能導(dǎo)致人類呼吸系統(tǒng)疾病及多組織損傷
每一個(gè)食品添加劑在列入標(biāo)準(zhǔn)之前,均需經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。只要通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,獲得批準(zhǔn)并按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定和相應(yīng)質(zhì)量規(guī)格要求規(guī)范使用就是安全的?!妒称钒踩珖?guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2014)中允許使用的食品添加劑都是經(jīng)過(guò)安全評(píng)估的,在符合標(biāo)準(zhǔn)情況下使用的二氧化硫,不會(huì)給消費(fèi)者的健康帶來(lái)?yè)p害。
以食糖加工為例,食糖中的二氧化硫殘留主要是由于制糖過(guò)程中使用硫磺作為加工助劑產(chǎn)生的二氧化硫用于澄清和脫色,制糖原料及其他加工助劑可能含硫也是導(dǎo)致食糖中存在二氧化硫殘留的原因之一。少量二氧化硫進(jìn)入體內(nèi)后最終生成硫酸鹽,可通過(guò)正常解毒后由尿液排出體外,不會(huì)產(chǎn)生毒性作用。但如果人體過(guò)量攝入二氧化硫,則容易產(chǎn)生過(guò)敏,可能會(huì)引發(fā)呼吸困難、腹瀉、嘔吐等癥狀,對(duì)腦及其它組織也可能產(chǎn)生不同程度損傷。
三、國(guó)際多個(gè)國(guó)家和地區(qū)二氧化硫的使用限量及殘留量均有明確規(guī)定
國(guó)際上多個(gè)國(guó)家和地區(qū)對(duì)二氧化硫的使用均有明確的規(guī)定。國(guó)際食品法典委員會(huì)(CAC)、歐盟、美國(guó)、澳大利亞新西蘭、加拿大等國(guó)際組織、國(guó)家和地區(qū)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)中均允許二氧化硫用于相應(yīng)食品類別。聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(JECFA)對(duì)二氧化硫進(jìn)行了安全性評(píng)估,并制定了每日允許攝入量(ADI)為0-0.7mg/kg bw。國(guó)際食品法典(CODEX STAN 212-1999)對(duì)食糖中的二氧化硫也做了限量要求,白砂糖中二氧化硫殘留量應(yīng)≤15mg/kg。
四、我國(guó)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)明確了可以使用二氧化硫的食品類別及相應(yīng)的使用限量和殘留量
我國(guó)《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)》(GB2760-2014)明確規(guī)定了二氧化硫作為漂白劑、防腐劑、抗氧化劑用于經(jīng)表面處理的鮮水果、水果干類、蜜餞涼果、干制蔬菜、腌漬的蔬菜、蔬菜罐頭(僅限竹筍、酸菜)、干制的食用菌和藻類、食用菌和藻類罐頭(僅限蘑菇罐頭)、腐竹類(包括腐竹、油皮等)、堅(jiān)果與籽類罐頭、可可制品、巧克力和巧克力制品(包括代可可脂巧克力及制品)以及糖果、生濕面制品(如面條、餃子皮、餛飩皮、燒麥皮)(僅限拉面)、食用淀粉、冷凍米面制品(僅限風(fēng)味派)、餅干、食糖、淀粉糖(果糖,葡萄糖、飴糖、部分轉(zhuǎn)化糖等)、調(diào)味糖漿、半固體復(fù)合調(diào)味料、果蔬(漿)、果蔬汁(漿)類飲料、甜型葡萄酒及果酒、啤酒和麥芽飲料。
同時(shí),為了保證其安全使用,參考聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織/世界衛(wèi)生組織食品添加劑聯(lián)合專家委員會(huì)(JECFA),我國(guó)原衛(wèi)生部2011年第6號(hào)公告指定了食品添加劑二氧化硫的質(zhì)量規(guī)格要求。另外,按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 預(yù)包裝食品標(biāo)識(shí)通則》(GB7718)的規(guī)定,只要在食品中使用了二氧化硫就必須在食品標(biāo)簽上進(jìn)行標(biāo)識(shí)。
因此,專家建議:一是食品生產(chǎn)企業(yè)要嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)。相關(guān)食品生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)嚴(yán)格遵守GB2760的要求,在達(dá)到預(yù)期效果的前提下盡可能降低二氧化硫在食品中的使用量,不可超范圍、超限量使用,更不可違規(guī)添加。積極通過(guò)革新工藝,采用新技術(shù),從技術(shù)、工藝上控制褐變、有害微生物的污染和繁殖,減少含硫食品添加劑的使用量。如果在食品中添加了二氧化硫,生產(chǎn)企業(yè)應(yīng)按照GB7718的規(guī)定進(jìn)行規(guī)范標(biāo)識(shí)。二是監(jiān)管部門需進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)食品添加劑使用的監(jiān)管。建議相關(guān)監(jiān)管部門進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)食品添加劑使用標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)規(guī)定的宣傳力度,同時(shí)加大監(jiān)管力度,對(duì)于超限量、超范圍使用二氧化硫的企業(yè)應(yīng)給予嚴(yán)厲處罰。三是消費(fèi)者應(yīng)樹立正確的消費(fèi)觀,認(rèn)真研讀食品標(biāo)簽。消費(fèi)者要以正確心態(tài)選購(gòu)食品,避免過(guò)度追求食品的外觀,如色澤過(guò)分鮮亮的黃花菜、雪白的銀耳等。此外,食品標(biāo)簽體現(xiàn)了該食品的名稱、配料、食品添加劑等信息,按照GB7718的規(guī)定,生產(chǎn)企業(yè)如果在食品中添加了二氧化硫就應(yīng)該在食品標(biāo)簽上標(biāo)識(shí)。消費(fèi)者在選擇食品之前,可以通過(guò)研讀食品標(biāo)簽辨認(rèn)該食品中是否添加了二氧化硫。
在大氣中,二氧化硫會(huì)氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠,是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物。大氣中二氧化硫濃度在0.5ppm以上對(duì)人體已有潛在影響;在1~3ppm時(shí)多數(shù)人開始感到刺激;在400~500ppm時(shí)人會(huì)出現(xiàn)潰瘍和肺水腫直至窒息死亡。二氧化硫與大氣中的煙塵有協(xié)同作用。當(dāng)大氣中二氧化硫濃度為0.21ppm,煙塵濃度大于0.3mg/L,可使呼吸道疾病發(fā)病率增高,慢性病患者的病情迅速惡化。如倫敦?zé)熿F事件、馬斯河谷事件和多諾拉等煙霧事件,都是這種協(xié)同作用造成的危害。
接觸情況 急救措施
皮膚接觸 立即脫去污染的衣著,用大量流動(dòng)清水沖洗。就醫(yī)。
眼睛接觸 提起眼瞼,用流動(dòng)清水或生理鹽水沖洗。就醫(yī)。
吸入 迅速脫離現(xiàn)場(chǎng)至空氣新鮮處。保持呼吸道通暢。如呼吸困難,給輸氧。如呼吸停止,立即進(jìn)行人工呼吸。就醫(yī)。
發(fā)生中毒 應(yīng)立即將患者移至有新鮮空氣的地方,解開緊身衣服,迅速吸氧,沖洗眼睛和鼻腔,用2%蘇打溶液漱口。如不慎濺人眼內(nèi),應(yīng)速用大量溫水沖洗。嚴(yán)重者應(yīng)速送醫(yī)院治療。
危險(xiǎn)特性:不燃。若遇高熱,容器內(nèi)壓增大,有開裂和爆炸的危險(xiǎn)。
有害燃燒產(chǎn)物:氧化硫。
滅火方法:該品不燃。消防人員必須佩戴過(guò)濾式防毒面具(全面罩)或隔離式呼吸器、穿全身防火防毒服,在上風(fēng)向滅火。切斷氣源。噴水冷卻容器,可能的話將容器從火場(chǎng)移至空曠處。滅火劑:霧狀水、泡沫、二氧化碳。
迅速撤離泄漏污染區(qū)人員至上風(fēng)處,并立即進(jìn)行隔離,小泄漏時(shí)隔離150m,大泄漏時(shí)隔離450m,嚴(yán)格限制出入。建議應(yīng)急處理人員戴自給正壓式呼吸器,穿防毒服。從上風(fēng)處進(jìn)入現(xiàn)場(chǎng)。盡可能切斷泄漏源。用工業(yè)覆蓋層或吸附/吸收劑蓋住泄漏點(diǎn)附近的下水道等地方,防止氣體進(jìn)入。合理通風(fēng),加速擴(kuò)散。噴霧狀水稀釋、溶解。構(gòu)筑圍堤或挖坑收容產(chǎn)生的大量廢水。如有可能,用一捉捕器使氣體通過(guò)次氯酸鈉溶液。漏氣容器要妥善處理,修復(fù)、檢驗(yàn)后再用。
操作注意事項(xiàng):嚴(yán)加密閉,提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門培訓(xùn),嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具(全面罩),穿聚乙烯防毒服,戴橡膠手套。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與氧化劑、還原劑接觸。搬運(yùn)時(shí)輕裝輕卸,防止鋼瓶及附件破損。配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
儲(chǔ)存注意事項(xiàng):儲(chǔ)存于陰涼、通風(fēng)的庫(kù)房。遠(yuǎn)離火種、熱源。庫(kù)溫不宜超過(guò)30℃。應(yīng)與易(可)燃物、氧化劑、還原劑、食用化學(xué)品分開存放,切忌混儲(chǔ)。儲(chǔ)區(qū)應(yīng)備有泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。
運(yùn)輸注意事項(xiàng):該品鐵路運(yùn)輸時(shí)限使用耐壓液化氣企業(yè)自備罐車裝運(yùn),裝運(yùn)前需報(bào)有關(guān)部門批準(zhǔn)。鐵路運(yùn)輸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照鐵道部《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則》中的危險(xiǎn)貨物配裝表進(jìn)行配裝。采用剛瓶運(yùn)輸時(shí)必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放,并應(yīng)將瓶口朝同一方向,不可交叉;高度不得超過(guò)車輛的防護(hù)欄板,并用三角木墊卡牢,防止?jié)L動(dòng)。嚴(yán)禁與易燃物或可燃物、氧化劑、還原劑、食用化學(xué)品等混裝混運(yùn)。夏季應(yīng)早晚運(yùn)輸,防止日光曝曬。公路運(yùn)輸時(shí)要按規(guī)定路線行駛,禁止在居民區(qū)和人口稠密區(qū)停留。鐵路運(yùn)輸時(shí)要禁止溜放。
接觸控制 控制措施
監(jiān)測(cè)方法 鹽酸副玫瑰苯胺比色法;甲醛緩沖液-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法。
工程控制 嚴(yán)加密閉,提供充分的局部排風(fēng)和全面通風(fēng)。提供安全淋浴和洗眼設(shè)備。
呼吸系統(tǒng)防護(hù) 空氣中濃度超標(biāo)時(shí),佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具(全面罩)。緊急事態(tài)搶救或撤離時(shí),建議佩戴正壓自給式呼吸器。
眼睛防護(hù) 呼吸系統(tǒng)防護(hù)中已作防護(hù)。
身體防護(hù) 穿聚乙烯防毒服。
手防護(hù) 配戴橡膠手套。
其他防護(hù) 工作現(xiàn)場(chǎng)禁止吸煙、進(jìn)食和飲水。工作完畢,淋浴更衣。保持良好的衛(wèi)生習(xí)慣。
個(gè)人防護(hù):首先,應(yīng)加強(qiáng)勞動(dòng)保護(hù)及安全生產(chǎn)的教育。操作工人可以將數(shù)層紗布用飽和碳酸鈉溶液及甘油濕潤(rùn)后夾在紗布口罩中以吸收SO2。工作前后應(yīng)當(dāng)用2%碳酸鈉溶液嗽口。
常規(guī)處理SO2方法:在注意工人個(gè)人防護(hù)的同時(shí),應(yīng)采取有效措施處理SO2煙氣。從五十年代開始,中國(guó)對(duì)有色冶煉煙氣中低濃度SO2的回收利用開展了一系列的試驗(yàn)研究工作,并取得了一定的進(jìn)展。
亞銨法:采用亞銨法處理SO2是用氨水吸收SO2,副產(chǎn)品亞銨。雖然亞銨法技術(shù)較成熟,但產(chǎn)生的副產(chǎn)品是液體狀態(tài)的亞銨,產(chǎn)品的貯存運(yùn)輸都較困難,只適用于有氨源的小型冶煉廠。
亞硫酸鈉法:中小型的冶煉廠可采用亞硫酸鈉法進(jìn)行煙氣脫硫。亞硫酸鈉法是利用燒堿或純堿吸收SO2,同時(shí)產(chǎn)生副產(chǎn)品亞硫酸鈉。例如,上海冶煉廠就采用此法處理煙氣。亞硫酸鈉法工藝簡(jiǎn)單,操作方便,系統(tǒng)阻力小,投資和操作費(fèi)用低。脫硫效率高達(dá)95%左右。但需消耗純堿和燒堿,每噸無(wú)水亞硫酸鈉消耗純堿0.8t,燒堿0.1t。副產(chǎn)品亞硫酸鈉用途有限,因此不能普遍采用。
氧化鋅法:對(duì)于鉛鋅冶煉廠可采用氧化鋅法處理SO2。如湖南水口山礦務(wù)局第四冶煉廠就是采用此法。氧化鋅法是以氧化鋅為吸收劑,生成的亞硫酸鋅渣全部返回鋅精礦沸騰爐焙燒,分解出SO2氣體可用于制取濃SO2。
V2O5氧化法:有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的SO2濃度一般低于3.15%,不適合直接回收制造SO2。沈陽(yáng)冶煉廠為了實(shí)現(xiàn)SO2的治理。對(duì)生產(chǎn)工藝進(jìn)行了改革,采用密閉式鼓風(fēng)爐,同時(shí)改造了排煙系統(tǒng),嚴(yán)格控制爐口和煙道的負(fù)壓,降低了漏風(fēng)率,從而提高了SO2的濃度(4%~5%),達(dá)到了制酸的要求。利用V2O5 作催化劑,使SO2氧化為SO3,利用稀硫酸吸收SO3,制造H2SO4,反應(yīng)如下:
由于煙氣中含有As2O3,致使催化劑中毒,降低了SO2的轉(zhuǎn)化率。
活性炭吸咐法處理SO2:針對(duì)以上處理方法存在的問題,系統(tǒng)地研究了利用活性碳吸附法處理有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的SO2,克服了以上治理方法的缺點(diǎn)和局限性。
當(dāng)含SO2的廢氣與活性炭接觸時(shí),SO2即被吸附,當(dāng)有O2和水蒸汽存在時(shí),伴隨著物理吸附同時(shí)發(fā)生化學(xué)吸附。
當(dāng)活性炭上吸附了一定量的H2SO4后,用水洗法再生活性炭,并得到副產(chǎn)品H2SO4。
SO2轉(zhuǎn)化為SO3是在活性炭的催化作用下完成的,傳統(tǒng)的活性炭吸附法只是利用了活性炭本身的催化劑性能,催化活性低,反應(yīng)速度緩慢,設(shè)備龐大。而此種活性炭處理法是利用活性炭是催化劑載體的特性,在活性炭上載有某種活性成分,構(gòu)成了更高活性的活性炭催化劑,使SO2轉(zhuǎn)化為SO3的反應(yīng)速度大大加快,在此基礎(chǔ)又研究了影響活性炭吸附法處理SO2的其它影響因素。
從實(shí)驗(yàn)結(jié)果看,在25℃時(shí)脫硫效果最好,100℃次之。雖然25℃脫硫效率最高,但脫硫后的煙氣溫度較低,煙氣的熱浮力降低,不利于煙氣擴(kuò)散,煙氣易返回地面,造成附近地面污染。若采用100℃時(shí)脫硫,雖然脫硫效果不如25℃的好,但脫硫效率已經(jīng)達(dá)到較高的數(shù)值,并且脫硫后,煙氣溫度較高,易于排煙,因此,應(yīng)采用100℃溫度下脫硫。
影響脫硫效率的各種因素相互制約,當(dāng)脫硫溫度取100℃時(shí),H2O/ SO2=1~2,O2/ SO2=10~14,空速為3600h-1時(shí),脫硫效率可達(dá)96%。
在有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的SOx,是對(duì)操作工人身體健康影響最大的有毒氣體,必須采取有效的防治措施,以保證工人的身體健康。用活性炭處理有色金屬冶煉過(guò)程中產(chǎn)生的SO2,具有脫硫效率高、工藝簡(jiǎn)單、操作易控制、活性炭可再生重復(fù)利用、無(wú)二次污染等特點(diǎn),克服了亞銨法,亞硫酸鈉法和氧化鋅法在應(yīng)用上的局限性和缺點(diǎn),也避免了用V2O5氧化法的催化劑中毒問題,是一種行之有效且應(yīng)用前景廣泛的方法。
二氧化硫作為一種食品添加劑,被廣泛地用于食品加工中,一些不法商販在利益的驅(qū)使下,在食品中大量地添加二氧化硫及其鹽類是導(dǎo)致二氧化硫超標(biāo)的主要來(lái)源。
二氧化硫和亞硫酸鹽添加到食品中有以下用途:在食品加工過(guò)程中,利用二氧化硫和亞硫酸鹽類的氧化性,能有效地抑制食品加工過(guò)程中的非酶褐變;利用其還原性和漂白性,也可作為防腐劑,抑制霉菌和細(xì)菌的生長(zhǎng)。所以在食品的生產(chǎn)加工過(guò)程中,經(jīng)常加入二氧化硫、亞硫酸鹽等,使食品褪色和免于褐變,改善外觀品質(zhì),延長(zhǎng)保質(zhì)期。常用的二氧化硫添加劑有亞硫酸鈉、亞硫酸氫鈉、低亞硫酸鈉和焦亞硫酸鈉等。
例如一般在水果、蔬菜等新鮮植物性食物中,亞硫酸鹽由于可以抑制多酚氧化酶的活性,防止蘋果、馬鈴薯、蘑菇等的褐變,因此干制食品時(shí)常用于控制果蔬的褐變。葡萄酒在發(fā)酵過(guò)程中有充二氧化硫或用溶有二氧化硫的水來(lái)做防腐劑。啤酒生產(chǎn)過(guò)程中為了保持風(fēng)味穩(wěn)定性,往往采取在灌裝前添加二氧化硫作為抗氧化劑。但是,二氧化硫及亞硫酸鹽易與食品中的糖、蛋白質(zhì)、色素、酶、維生素、醛、酮等發(fā)生作用,并以游離型和結(jié)合型的二氧化硫殘留在食品中。
一旦這些添加劑使用過(guò)量,并且無(wú)后序的二氧化硫清除技術(shù),必然會(huì)導(dǎo)致二氧化硫殘留超標(biāo)。這不僅會(huì)破壞食品的品質(zhì),而且會(huì)嚴(yán)重影響消費(fèi)者的健康。
雖然二氧化硫及其鹽類的殘留超標(biāo)主要是人為過(guò)量添加導(dǎo)致,但食品自身產(chǎn)生的二氧化硫也是不可忽視的另一重要來(lái)源。
研究發(fā)現(xiàn),人為未添加任何亞硫酸鹽等添加劑的情況下,某些食品在發(fā)酵過(guò)程中也會(huì)產(chǎn)生亞硫酸鹽。葡萄酒和果酒類發(fā)酵過(guò)程自然產(chǎn)生的亞硫酸鹽含量最高可達(dá)到300mg/kg,即使在一般情況下也會(huì)達(dá)到40mg/kg,這一指標(biāo)也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了美國(guó) FDA規(guī)定的食品中亞硫酸鹽含量的安全范圍要求。
另外,本實(shí)驗(yàn)室在大量的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)香菇在采后由于自身代謝也會(huì)產(chǎn)生二氧化硫,并且嚴(yán)重地超出了許多國(guó)家規(guī)定的殘留標(biāo)準(zhǔn),導(dǎo)致其出口嚴(yán)重受阻。
另一方面,由于食品中有相當(dāng)大的一部分是植物體,在植物體的生長(zhǎng)過(guò)程中,大氣中的二氧化硫會(huì)通過(guò)植物體的葉面氣孔進(jìn)入植物體內(nèi),其他土壤或水中的結(jié)合態(tài)的二氧化硫也會(huì)通過(guò)植物的吸收作用進(jìn)入到植物體內(nèi)。進(jìn)入植物體的二氧化硫,很容易和植物體內(nèi)的醛酮類化合物特別是糖類化合物等發(fā)生反應(yīng)生成結(jié)合態(tài)的亞硫酸,所以植物體內(nèi)都有一定含量的游離態(tài)的和結(jié)合態(tài)的二氧化硫。
動(dòng)物在生長(zhǎng)過(guò)程中,由于進(jìn)食植物,體內(nèi)也會(huì)積累一定量的二氧化硫。所以動(dòng)物食品和植物食品都含有一定量的天然來(lái)源的二氧化硫。
鑒于二氧化硫?qū)θ梭w的嚴(yán)重危害性,為避免食品中二氧化硫殘留量超標(biāo)而引起食用者中毒等不良反應(yīng),各國(guó)都制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)來(lái)嚴(yán)格控制二氧化硫使用量和殘留量。
美國(guó)FDA要求亞硫酸鹽使用量高于10mg/kg的食品要予以標(biāo)明,日本對(duì)鹽漬蔬菜、淀粉等食品中二氧化硫限量為30 mg/kg,德國(guó)對(duì)大蒜制品限量為50mg/kg。鑒于亞硫酸鹽在啤酒中使用,許多國(guó)家對(duì)啤酒中的二氧化硫殘留限量也作了規(guī)定。
我國(guó)《發(fā)酵酒衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB2758- 1981)規(guī)定了以游離SO2計(jì)的殘留SO2的限量。我國(guó)《食品添加劑使用衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)二氧化硫類物質(zhì)在各類食品中的使用范圍、使用量及允許最大殘留量做出了明確的規(guī)定。如硫磺只限于熏蒸蜜餞、干果、干菜、粉絲和食糖;低亞硫酸鈉可用于蜜餞、干果、干菜、粉絲、葡萄糖、食糖、冰糖、飴糖、糖果、液體葡萄糖、竹筍、蘑菇及蘑菇罐頭,最大使用量為0.40g/kg;二氧化硫可用于葡萄酒、果酒等,最大使用量不應(yīng)超過(guò)0.25g/kg,二氧化硫殘留量均不得超過(guò)0.05g/kg;對(duì)芝麻、乳、豆類、蔬菜以及生食用鮮魚貝類則禁止使用。
FAO和WHO聯(lián)合食品添加劑專家委員會(huì)(JECFA)對(duì)二氧化硫類物質(zhì)作為食品添加劑的危險(xiǎn)性評(píng)估為:二氧化硫的日容許攝入量(ADI)為0~0.7mg/kg體重,即一個(gè)60kg體重的成人,每天二氧化硫的攝入量不超過(guò)42mg。
由于食品基質(zhì)的差異性,使二氧化硫檢測(cè)需要不同的方法,且檢測(cè)原理也各不相同。應(yīng)用于食品中二氧化硫檢測(cè)方法有比色法、滴定法和色譜法等。
國(guó)標(biāo)GB/T5009.34-2003中規(guī)定用鹽酸副玫瑰苯胺法檢測(cè)食品中二氧化硫含量,其主要原理是利用亞硫酸鹽與四氯汞的反應(yīng)生成穩(wěn)定的絡(luò)合物,再與甲醛及鹽酸副玫瑰苯胺作用生成紫紅色絡(luò)合物,在波長(zhǎng)550nm處測(cè)定溶液吸光度,與標(biāo)準(zhǔn)系列比較定量。
滴定法作為測(cè)定食品中微量二氧化硫的主要方法,具有操作簡(jiǎn)單、靈敏度高、再現(xiàn)性好的優(yōu)點(diǎn),是實(shí)際檢測(cè)中最常用方法。但是該方法的線性范圍窄,對(duì)于亞硫酸鹽含量高的樣品,需對(duì)樣品稀釋后測(cè)定;其次,在該方法中使用了有毒試劑四氯汞鈉,且用量大,易對(duì)環(huán)境造成汞的污染。
另外,對(duì)于某些本身有紅色或玫瑰紅色的樣品,如葡萄酒等,則在550nm測(cè)定波長(zhǎng)產(chǎn)生干擾,并且因偏差無(wú)任何規(guī)律可循,使干擾無(wú)法扣除。為減少有毒試劑四氯汞鈉對(duì)環(huán)境的污染,消除這一不足,往往采用其他毒性較低的物質(zhì)代替四氯汞鈉溶液作為二氧化硫的吸收液。用甲醛溶液吸收-鹽酸副玫瑰苯胺分光光度法測(cè)定了白砂糖中的二氧化硫。用EDTA二鈉緩沖液代替四氯汞鈉吸收液對(duì)食品中的二氧化硫進(jìn)行了測(cè)定,結(jié)果與國(guó)標(biāo)方法一致。
為了避免某些樣品自身顏色很深,對(duì)550nm處的測(cè)定波長(zhǎng)產(chǎn)生干擾,往往采用蒸餾法對(duì)樣品進(jìn)行前處理。日本食品衛(wèi)生協(xié)會(huì)方法中“蒸餾-比色法”是將樣品酸化后在氮?dú)饬髦屑訜嵴麴s,以氫氧化鈉溶液接收,接收液與堿性品紅和甲醛混合液進(jìn)行顯色反應(yīng)。
滴定法常見的有直接滴定碘量法、蒸餾-碘量法、蒸餾-堿滴定法。
直接滴定碘量法原理是樣品中的被測(cè)成分(包括游離和化合二氧化硫)在堿液中失去結(jié)合力,被固定為亞硫酸鹽,在硫酸的作用下,又使其游離出來(lái),并用碘標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行滴定。當(dāng)達(dá)到滴定終點(diǎn)時(shí),過(guò)量的碘與淀粉指示劑作用,生成藍(lán)色的碘-淀粉復(fù)合物。由碘標(biāo)準(zhǔn)溶液的滴定量計(jì)算出總二氧化硫的含量。直接滴定碘量法操作簡(jiǎn)便、快速,特別適用于測(cè)定葡萄酒中的亞硫酸鹽。但是對(duì)于脫水大蒜、姜制品等,由于含有較多的揮發(fā)性芳香物質(zhì),往往導(dǎo)致滴定終點(diǎn)的顏色不穩(wěn)定,易褪色,不能保持30s不消失,終點(diǎn)難以判定。
采用“蒸餾-碘量法”是對(duì)樣品酸化并加以蒸餾,樣品中二氧化硫逸出,通過(guò)乙酸鉛溶液接收,并用濃鹽酸酸化,以碘標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定。采用蒸餾法對(duì)樣品進(jìn)行前處理,可以有效地避免樣品本底的干擾,但是需要的時(shí)間較長(zhǎng),一般蒸餾一份樣品大約需一個(gè)多小時(shí),不適合大批量樣品檢測(cè)。
該方法利用酸堿中和滴定的原理,樣品酸化后在氮?dú)饬髦屑訜嵴麴s,以過(guò)量氫氧化鈉接收,然后將接收液酸化并氧化為硫酸,用標(biāo)準(zhǔn)氫氧化鈉溶液滴定即可測(cè)定樣品中亞硫酸鹽總量。該方法屬于快速測(cè)定方法,廣泛用于各類食品的檢測(cè)。日本食品衛(wèi)生協(xié)會(huì)方法(A),IS05522(1981)和國(guó)際葡萄酒總局常規(guī)法均為此類。其蒸餾時(shí)間短,溶液沸騰后蒸餾10~15min即可 對(duì)接收液以堿標(biāo)準(zhǔn)溶液滴定,終點(diǎn)易判斷。取樣量可從1g至100g靈活掌握,檢測(cè)范圍寬,可以避免樣品中因亞硫酸鹽分布不均所致結(jié)果重復(fù)性差的現(xiàn)象。但該方法需要定制一套按規(guī)定尺寸的全玻璃蒸餾裝置,容易損壞。操作中需用脫氣的水,充入的氮?dú)庖残枋歉呒兌鹊?。?duì)于有機(jī)酸含量高的樣品,產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)酸,測(cè)定時(shí)會(huì)產(chǎn)生誤差。
氣相色譜法
將食品中的游離亞硫酸和總亞硫酸分別用酒石酸提取液提取后,取出一定量在密封容器中使之成為酸性揮發(fā)亞硫酸,取頂空氣體,注入附有火焰光度檢測(cè)器(FPD)的氣相色譜儀中進(jìn)行定量。王曉云等通過(guò)將膨化大棗中的結(jié)合態(tài)二氧化硫在酸性條件下轉(zhuǎn)化為二氧化硫氣體,取頂空氣體進(jìn)行氣相色譜分析。通過(guò)測(cè)定氣相中二氧化硫的含量,間接測(cè)定樣品中的二氧化硫含量,實(shí)驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為1.65%。
本方法具有操作簡(jiǎn)便、快速、準(zhǔn)確、靈敏度高等優(yōu)點(diǎn)。
離子色譜法
離子色譜法具有操作簡(jiǎn)單、靈敏,是分析食品中二氧化硫的研究熱點(diǎn)。其原理是:試樣中的亞硫酸在20%磷酸酸性條件下,于90℃水浴中通氮?dú)夥蛛x,收集在三乙醇胺溶液中,用IC(離子色譜)法測(cè)定。離子色譜法適用于食品中殘留亞硫酸鹽和天然亞硫酸鹽的測(cè)定。其包括ICE-脈沖安培檢測(cè)法、ICE-單電位或脈沖安培檢測(cè)法、ICE-間接紫外光度檢測(cè)法和離子交換- 紫外檢測(cè)法等。但食品樣品成分復(fù)雜,含較多的蛋白質(zhì)、油脂、色素、纖維素等有機(jī)大分子,這些組份與分離柱的填料發(fā)生作用,影響柱子的性能和壽命。
部分亞硫酸鹽在食品中以結(jié)合狀態(tài)存在,如直接測(cè)定,樣品處理過(guò)程中樣品溶液放置時(shí)間對(duì)測(cè)定結(jié)果影響較大。但是在酸性條件下蒸餾樣品可以避免該誤差的出現(xiàn)。
化學(xué)發(fā)光法因化學(xué)發(fā)光法靈敏度高、操作簡(jiǎn)便,受到了重視。二氧化硫的化學(xué)發(fā)光分析早有報(bào)道。有人提出了化學(xué)發(fā)光反應(yīng)機(jī)制,在酸性介質(zhì)中,某些氧化劑可氧化產(chǎn)生發(fā)光,當(dāng)某些化合物存在時(shí)可使化學(xué)發(fā)光增強(qiáng)。因此,人們便將化學(xué)發(fā)光法用于測(cè)定亞硫酸鹽。Balasubramanian等報(bào)道了一種簡(jiǎn)便、靈敏的萃取光度法,即用甲醛溶液固定二氧化硫,在pH4.76乙酸鹽介質(zhì)中,二氧化硫與碘酸鹽反應(yīng)生成I2,I2與過(guò)量Cl-形成穩(wěn)定的ICl-后,與2,7-二氯熒光素反應(yīng),生成易被有機(jī)溶劑萃取的碘代二氯熒光素。
將涂有石墨/環(huán)氧樹脂/固化劑的銅或金電極浸泡在飽和4-甲基哌啶二硫代氨基甲酸鉀水溶液和飽和硝酸汞水溶液中各1 h。然后用此電極來(lái)測(cè)定-,其線性范圍為5×10-6~0.1mol/L。用恒流庫(kù)侖計(jì)產(chǎn)生的碘來(lái)氧化,通過(guò)檢測(cè)過(guò)量的碘來(lái)間接測(cè),其線性范圍為0.015~25mg/L。二氧化硫傳感器主要用電化學(xué)方法。還有用壓電晶體傳感器同時(shí)測(cè)定二氧化硫及相對(duì)濕度,用表面聲波傳感器測(cè)定二氧化硫等。電化學(xué)傳感器具有靈敏度高,使用方便等優(yōu)點(diǎn)。
用酶光度分析法測(cè)定亞硫酸鹽。其原理是:在pH 3.6的NaAC-HAC介質(zhì)和亞硫酸鹽氧化酶存在下,亞硫酸鹽被氧化成,在過(guò)氧化氫酶作用下,用3,3,5,5-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)顯色,在650nm波長(zhǎng)下間接測(cè)定亞硫酸鹽的含量。該法靈敏度高,可以檢測(cè)痕量的二氧化硫,但是樣品前處理較為繁瑣。
快速檢測(cè)試劑盒。市場(chǎng)上還出現(xiàn)了食品二氧化硫現(xiàn)場(chǎng)快速檢測(cè)試劑盒、儀器,其原理是食品中的二氧化硫與顯色劑反應(yīng)生成有色化合物,采用目視比色分析方法,直接在二氧化硫快速檢測(cè)色階卡上讀出食品中二氧化硫的含量。該儀器具有操作簡(jiǎn)單、使用方便、可隨身攜帶、即時(shí)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、檢測(cè)速度快(10~15min)、樣品和試劑用量少、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn),具有廣闊的應(yīng)用前景。
謠言:二氧化硫?qū)θ梭w有害,不可以做食品漂白劑。
駁斥:過(guò)量二氧化硫確實(shí)對(duì)人體有害,但是二氧化硫按照國(guó)家標(biāo)可以作為某些食品的添加劑使用,出自衛(wèi)生部公告2011年第19號(hào)指定標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)中序號(hào)3即為二氧化硫。