糧食中鉛含量分析方法的研究進(jìn)展

隨著我國(guó)工業(yè)化的快速發(fā)展，環(huán)境污染問(wèn)題不斷加劇，糧食質(zhì)量安全隱患日益凸顯，而重金屬鉛污染導(dǎo)致的危害尤為重大。鉛作為最古老的重金屬之一，被廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中，而且大部分以廢氣、廢水、廢渣等各種形式排放于大氣、水和土壤中，是常見(jiàn)的污染糧食的重金屬元素。糧食中的鉛隨消化系統(tǒng)被攝入人體后將很難排出，長(zhǎng)此以往會(huì)使人體免疫功能下降、智力受損，產(chǎn)生貧血、消化系統(tǒng)疾病、生殖系統(tǒng)等疾病，甚至?xí)?dǎo)致癌病。更為嚴(yán)重的是，當(dāng)嬰幼兒誤食含重金屬鉛污染的食品后，將會(huì)在嬰幼兒體內(nèi)殘留超過(guò)30%的鉛含量，這會(huì)嚴(yán)重影響嬰幼兒的身體和智力的發(fā)展，并損傷其認(rèn)知功能、神經(jīng)行為和學(xué)習(xí)記憶等腦功能，甚至?xí)斐砂V呆。

目前國(guó)家“糧食衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)”中規(guī)定糧食中鉛含量≤0.2mg/kg，世界衛(wèi)生組織認(rèn)定血鉛濃度≥100ug/L為鉛中毒診斷指標(biāo)。多年來(lái)，我國(guó)糧食中鉛污染問(wèn)題一直較為嚴(yán)重。2010年，付鵬鈺等對(duì)河南省部分食品中重金屬污染情況進(jìn)行分析，結(jié)果表明八大類3657份食品樣品中糧食的鉛超標(biāo)率最高，超標(biāo)率為17.2%；2013年，俞華齊等對(duì)徐州市售對(duì)十四類150份谷物中鉛進(jìn)行監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)大米、玉米等主要食用谷物的鉛全部超標(biāo)，其中大米中平均鉛含量高達(dá)0.389mg/kg；2015年，吳在鐵對(duì)福建省稻米鉛污染狀況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)23.3%的水稻糙米的鉛含量超標(biāo)。因此，做好糧食中鉛含量的分析檢測(cè)工作，控制人體鉛攝入量，對(duì)保障人民生命健康具有重大的意義。

樣品前處理

糧食中鉛含量的檢測(cè)是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜且具有技術(shù)難度的過(guò)程。首先是糧食樣品前處理階段，即糧食的有機(jī)基體要被破壞和消解，使待測(cè)元素完全轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)機(jī)離子狀態(tài)，這樣才能有效進(jìn)行下一步地檢測(cè)工作。糧食中鉛的含量屬于痕量范圍，前處理時(shí)稍不注意就會(huì)引入污染或者造成揮發(fā)，從而導(dǎo)致數(shù)據(jù)偏差，因此樣品的前處理是糧食中鉛的含量檢測(cè)準(zhǔn)確與否的關(guān)鍵。目前，常見(jiàn)的前處理方法有濕法消解法、干法灰化法、微波消解法和壓力罐消解法。

濕法消解法是在加溫加熱條件下，用氧化性酸將糧食樣品中的有機(jī)物分解，從而達(dá)到無(wú)機(jī)化的目的。傳統(tǒng)的電熱板濕法消解雖然設(shè)備成本和實(shí)驗(yàn)難度低且能大批量處理樣品，但消化時(shí)間長(zhǎng)，而且存在加熱不均勻、空白值偏高、易產(chǎn)生大量有害氣體和需要人員看守等缺點(diǎn)。

干法灰化法是指在高溫下加熱樣品，使其分解、灰化，再用酸溶解殘留物并進(jìn)行測(cè)定。這種方法試劑用量少、空白值低，但在高溫且開(kāi)放的體系下，樣品中的鉛易造成損失，且坩堝對(duì)鉛也有一定的吸附作用，會(huì)導(dǎo)致測(cè)得的鉛含量明顯減少。包偉華等將干法灰化法和濕法消解法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)干法灰化法消化后的測(cè)定結(jié)果明顯低于濕法消解法，而且精密度和準(zhǔn)確度也差于后者。

微波消解法是通過(guò)樣品與酸的混合物對(duì)微波能的吸收來(lái)實(shí)現(xiàn)快速加熱消解的樣品處理方法。微波加熱和密閉容器反應(yīng)的特點(diǎn)，決定了其具有加熱速率快、消解能力強(qiáng)、試劑消耗少、污染小、空白值低等顯著優(yōu)點(diǎn)，而它的不足之處則在于微波不均勻易導(dǎo)致平行性測(cè)試較差和批處理量少。

壓力罐消解法是將高壓罐置于恒溫箱中，通過(guò)對(duì)樣品保溫一段時(shí)間促使樣品快速溶解。該法不僅能有效避免樣品中鉛的蒸發(fā)損失，還能減少酸的使用量，降低試劑空白值，但操作費(fèi)力、耗時(shí)較長(zhǎng)、存在爆罐的危險(xiǎn)。

濕法消解、微波消解和壓力罐消解這三種消解方法是最新國(guó)標(biāo)GB 5009.12-2017《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)食品中鉛的測(cè)定》中規(guī)定的前處理方法。近年來(lái)，為了滿足日益增長(zhǎng)的糧食安全監(jiān)測(cè)的需求，國(guó)內(nèi)外學(xué)者都致力于快速、簡(jiǎn)便、提取率高的樣品前處理方法的研究。

周明慧等用稀酸溫和提取不同糧食樣品的鉛，并進(jìn)行測(cè)定，結(jié)果表明該法極大地減少了酸試劑的使用量和前處理時(shí)間；吳云釗等用不完全消解法處理糧食后，測(cè)定其中的鉛含量，線性范圍為0ug/L-20.0ug/L，檢出限可達(dá)0.027ug/L；王卓通過(guò)對(duì)農(nóng)產(chǎn)品的不同灰化方法進(jìn)行整合，建立了快速灰化法優(yōu)化工藝，有效地縮短了樣品預(yù)處理消耗的時(shí)間。楊斐采用了超聲輔助酸提取法提取大米樣品中的鉛，并對(duì)前處理中酸濃度、提取時(shí)間和溫度進(jìn)行了一一優(yōu)化。Behbahani等研發(fā)了納米結(jié)構(gòu)特征吸附萃取大米中的鉛，具有吸附量大，吸附解離速度快等特點(diǎn)。楊興華、馬仁樂(lè)研究發(fā)現(xiàn)，以0.15%的瓊脂溶液為懸浮劑，將大米樣品制備成懸浮液，可用石墨原子吸收法直接測(cè)定，最低檢出限為0.22ng/mL，RSD為3.61%。陳慧霞用固體直接進(jìn)樣方式直接測(cè)定大米中的鉛，其線性范圍為0.2-300ng，檢出限是49ng。除此之外，石墨消解器等前處理設(shè)備也以其操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高和加熱均勻等特點(diǎn)，在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)逐漸打開(kāi)局面，被越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室使用。

國(guó)標(biāo)中鉛的檢測(cè)方法

石墨爐原子吸收法（GFAAS） GFAAS是基于石墨管內(nèi)的鉛在電流加熱的條件下蒸發(fā)解離為原子，并吸收鉛空心陰極燈發(fā)射的共振線，且其吸收強(qiáng)度在一定濃度范圍內(nèi)與鉛含量成正比這一原理來(lái)進(jìn)行鉛的定量分析。由于所有樣品都在封閉空間內(nèi)發(fā)生原子化，原子化效率接近100%，因此該法具有靈敏度高、檢出限低、分析速度快和操作方便等優(yōu)點(diǎn)。但它也存在測(cè)定基體復(fù)雜的樣品時(shí)，背景干擾嚴(yán)重以及同一時(shí)間只能對(duì)單一元素進(jìn)行測(cè)定等明顯缺陷。由于糧食中存在大量使基體變復(fù)雜的無(wú)機(jī)物和有機(jī)物，且鉛又屬于低溫易揮發(fā)元素，因此在對(duì)糧食中的鉛進(jìn)行實(shí)際分析時(shí)，可選擇加入合適的基體改進(jìn)劑來(lái)提高鉛的灰化溫度和原子化溫度，減少其揮發(fā)損失，或增加基體的揮發(fā)性，從而達(dá)到消除干擾、提高靈敏度的效果。鮑會(huì)梅將磷酸二氫銨作為基體改進(jìn)劑，對(duì)大米中鉛的含量進(jìn)行測(cè)定，其檢出限為0.0175mg/kg，回收率為98.05%，RSD為1.28%。

電感耦合等離子體質(zhì)譜（1CP-MAS）法ICP-MAS是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的質(zhì)譜分析方法，具有精密性好、檢出限低、線性范圍廣、受外部環(huán)境干擾少和多元素同時(shí)分析等優(yōu)點(diǎn)，是目前測(cè)定無(wú)機(jī)元素最為先進(jìn)有效的方法。但是由于儀器本身昂貴、對(duì)環(huán)境條件要求高，在國(guó)內(nèi)還未能普遍使用。ICP-MAS法測(cè)定中普遍存在質(zhì)譜和非質(zhì)譜兩類干擾，其中質(zhì)譜干擾主要是受到同量異位素、多原子離子以及雙電荷離子等影響，而非質(zhì)譜干擾則主要包括基體效應(yīng)干擾等。在測(cè)定糧食中鉛含量的過(guò)程中，按照“豐度大、干擾少”的原則選定豐度最大的Pb208作為測(cè)定同位素，質(zhì)譜干擾極少，且較為恒定，可通過(guò)扣除空白進(jìn)行消除?；w效應(yīng)干擾來(lái)源于樣品基體，糧食中的鉛含量很低，而基體濃度卻很高，一般可采用內(nèi)標(biāo)法或標(biāo)準(zhǔn)加入法消除基體效應(yīng)。陸美斌等以Bi209為內(nèi)標(biāo)元素，采用ICP-MAS法對(duì)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)大米、小麥、玉米中的鉛含量進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定結(jié)果均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)。除此之外，稀釋樣品、采用基體分離技術(shù)和流動(dòng)進(jìn)樣等也都是克服基體效應(yīng)的很好選擇。

火焰原子吸收法（FAAS） FAAS基本與GFAAS相同，只是原子化方式不同。而FAAS是將樣品霧化后噴入火焰進(jìn)行原子化，受霧化效率和火焰組分與被測(cè)組分相互作用的影響，它的檢測(cè)靈敏度較低。因此，在進(jìn)行糧食中的痕量鉛檢測(cè)時(shí)，樣品一般都需要經(jīng)過(guò)萃取分離。多年來(lái)，學(xué)者們對(duì)此也進(jìn)行了多方面的研究。肖艷等用三乙烯四胺修飾β-環(huán)糊精交換樹(shù)脂分離富集法測(cè)定大米中的痕量鉛，檢出限達(dá)到了0.038mg/L；左銀虎和曹明用濁點(diǎn)萃取一火焰原子吸收光譜法測(cè)定大米中的鉛，回收率達(dá)到了107%。劉俊菊等通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)，對(duì)國(guó)標(biāo)中的萃取方法進(jìn)行了改進(jìn)，使鉛含量的測(cè)定更為準(zhǔn)確。另外，王安東、巫迎春通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，使用熱噴霧進(jìn)樣火焰原子吸收技術(shù)，能極大的提高霧化效率和檢測(cè)靈敏度，其檢測(cè)限為1ug/L。

二硫腙比色法二硫腙比色法，即雙硫腙比色法，是一種經(jīng)典的鉛含量檢測(cè)方法。原理是在弱堿性pH值（8.5～9.0）時(shí)，將鉛離子與二硫腙生成的紅色配合物溶于三氯甲烷，再與標(biāo)準(zhǔn)系列相比較，從而得出檢測(cè)結(jié)果。雖然該法操作繁瑣、靈敏度低、重復(fù)性差且需接觸有毒物質(zhì)，但是由于其所需設(shè)備簡(jiǎn)單，成本較低，仍被廣泛采用。經(jīng)過(guò)廣大工作者的不斷研究，也取得了一定的成績(jī)。張瑞、曹艷秋通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，采用雞心瓶代替漏斗，不僅可以避免液體滲漏，而且更方便安全，準(zhǔn)確性也更好。郭小盧對(duì)使用液的配置和器具進(jìn)行優(yōu)化，使得檢測(cè)過(guò)程更為簡(jiǎn)便快捷。

其他檢測(cè)方法

除了上述方法外，糧食中鉛含量的常用檢測(cè)方法還有電化學(xué)法、分光光度法、原子熒光光譜法、發(fā)射光譜法等，且多年來(lái)不斷地被學(xué)者們研究改良。趙永福等用聚賴氨酸和多壁碳納米管聯(lián)合修飾玻碳電極，并建立了新的陽(yáng)極溶出伏安法測(cè)定大米中的鉛，線性范圍為2.0×10^-78.0×10^-5mol/L，最低檢出限為1.0×10^-7mol/L；李彩云、王永明通過(guò)正交實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)在緩沖溶液pH值為5.90、顯色劑二甲酚橙用量為1.0mL、表面活性劑氯代十六烷基吡啶用量為2.8mL時(shí)，可用紫外分光光度法進(jìn)行微量鉛含量的測(cè)定，該法操作簡(jiǎn)便、靈敏度高。Wang等用熒光劑一原子熒光光譜法測(cè)米粉中的鉛，檢出限可達(dá)0.28mg/L0趙明明等用微波等離子體炬原子發(fā)射光譜法（MPT-AES）測(cè)定大米中鉛，最低檢出限為4.8ng/mL，RSD為2.35%，加標(biāo)回收率為97.2%-102.2%。

此外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，生物技術(shù)、共振光散射技術(shù)、免疫檢測(cè)技術(shù)、細(xì)菌發(fā)光檢測(cè)技術(shù)等新型技術(shù)也不斷被應(yīng)用到糧食中鉛含量的檢測(cè)中。Zhang等研發(fā)了DNA分子探針聯(lián)合數(shù)字視頻光盤（DVDs）檢測(cè)稻米中pb2*，此法線性范圍大且檢出限低。劉斌建立了納米鈦富集一免疫學(xué)檢測(cè)法，該法可用于農(nóng)產(chǎn)品中鉛殘留的測(cè)定且操作簡(jiǎn)便、易推廣。何早等以明亮發(fā)桿菌為檢測(cè)活體，對(duì)大米中的鉛進(jìn)行檢測(cè)，線性范圍為2-20mg/L，具有簡(jiǎn)單、直觀、經(jīng)濟(jì)等優(yōu)點(diǎn)。高向陽(yáng)等利用共振光散射技術(shù)檢測(cè)小麥粉、小米粉等樣品中痕量鉛進(jìn)行檢測(cè)，最低檢出限為0.07ng/m L，RSD為3.1%，回收率為99.3%-100.5%。

綜上所述，當(dāng)前我國(guó)糧食中鉛含量的分析方法已有很多，其中傳統(tǒng)的方法有原子光譜法、電感耦合等離子體質(zhì)譜法、發(fā)射光譜法等，它們都各有優(yōu)缺點(diǎn)，適合于不同的檢測(cè)條件，總的來(lái)說(shuō)應(yīng)用成熟、靈敏度高、精確性好是它們的優(yōu)點(diǎn)，但也存在操作繁瑣、檢測(cè)成本高、不適合現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)等缺點(diǎn)。而生物傳感器法、免疫檢測(cè)法、細(xì)菌發(fā)光檢測(cè)法、共振光散射法等近年來(lái)新發(fā)展起來(lái)的方法則具有方便、快速、經(jīng)濟(jì)等特點(diǎn)，正好彌補(bǔ)了傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)的缺陷，是未來(lái)糧食中鉛含量檢測(cè)方法的發(fā)展方向，對(duì)保障糧食安全具有重大的意義，因此也希望能夠通過(guò)廣大學(xué)者的研究改進(jìn)，將它們納入到國(guó)家檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)中去。