飼料中5種有害重金屬的檢測(cè)方法研究

■徐愛(ài)平 杜應(yīng)瓊杜瑞英 李 蕾 陳永堅(jiān)

(廣東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)產(chǎn)品公共監(jiān)測(cè)中心農(nóng)業(yè)部農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢測(cè)與評(píng)價(jià)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州 510640)

飼料是含有一種以上養(yǎng)分，能被畜禽采食、消化和利用的物質(zhì)。飼料按成分可分為：飼料添加劑、預(yù)混料、濃縮料和全價(jià)飼料等，飼料的安全關(guān)系到食品安全和環(huán)境安全。鉛、鎘、鉻、砷和汞是當(dāng)前飼料中存在主要安全隱患的五種重金屬元素，它們會(huì)被動(dòng)物吸收，蓄積在肝臟和腎臟等器官中，然后通過(guò)食物鏈進(jìn)入人體，危害身體健康。另一方面，大量沒(méi)有被動(dòng)物吸收的有害重金屬通過(guò)排泄物進(jìn)入土壤和水體中，對(duì)環(huán)境造成污染[1]。

現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)飼料中鉛、鎘、鉻、砷和汞含量的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)方法分別為GB/T 13080—2004[2]、GB/T 13082—1991[3]、GB/T 13088—2006[4]、GB/T 13079—2006[5]和GB/T 13081—2006[6]。樣品通過(guò)鹽酸加熱溶解、微波消解或高溫灰化，然后分別采用火焰原子吸收光譜儀和熒光分光光度儀測(cè)定[7]。這些方法各自獨(dú)立，前處理方法復(fù)雜多樣，樣品經(jīng)處理后，只能對(duì)每種元素單獨(dú)進(jìn)行測(cè)定，檢測(cè)周期長(zhǎng)，線性范圍窄，試劑使用量大，對(duì)礦物質(zhì)含量特殊的飼料樣品檢測(cè)存在一些技術(shù)問(wèn)題。因此需要建立一套穩(wěn)定、系統(tǒng)、快速的檢測(cè)方法對(duì)這五種有害金屬元素進(jìn)行測(cè)定，為飼料的安全性評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

電感耦合等離子體發(fā)射光譜技術(shù)是近二三十年發(fā)展起來(lái)的分析測(cè)試技術(shù)，其具有檢出限低、線性范圍寬、干擾小、精密度高等特點(diǎn)，且可多種元素一次性同時(shí)測(cè)定，能滿足復(fù)雜體系的痕量或超痕量元素分析[8-9]。原子熒光分光光度計(jì)是我國(guó)自行研制的儀器，測(cè)砷和汞穩(wěn)定性好、靈敏度高。電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和原子熒光分光光度計(jì)在食品、藥品、生物和環(huán)境等領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。

采用ICP-AES法同時(shí)測(cè)定飼料中鉛、鎘和鉻的含量，效果好，一次能同時(shí)準(zhǔn)確測(cè)定這三種元素，但測(cè)定砷和汞時(shí)干撓較大，靈敏度低，很難滿足國(guó)標(biāo)飼料標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)砷和汞的限量要求，而采用熒光分光光度計(jì)能很好地解決這個(gè)問(wèn)題，測(cè)定砷和汞效果好。

該方法主要采用9+1混合酸（硝酸和高氯酸）消解包括飼料添加劑、預(yù)混料、濃縮料和全價(jià)飼料等不同類型的飼料樣品，定容后分取樣液用ICPAES和AFS測(cè)試，系統(tǒng)解決飼料中這五種重金屬元素的測(cè)定，建立簡(jiǎn)便、快速、有效的檢測(cè)方法，為避免飼料重金屬引起的食品安全和環(huán)境問(wèn)題提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

iCAP6000型電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀（美國(guó)Thermo公司）；AFS-9310原子熒光分光光度儀（北京吉天儀器有限公司）；EG20A-plas石墨電熱消解儀（萊伯泰克公司）；AL104-IC電子天平(METTLER TOLEDO)；超純水儀(南京EPED儀器公司)。

1.2 鉛、鎘、鉻、砷和汞標(biāo)準(zhǔn)液

五種標(biāo)準(zhǔn)溶液均為1 000 μg/ml（國(guó)家鋼鐵材料測(cè)試中心鋼鐵研究總院），高氯酸、鹽酸（優(yōu)級(jí)純，廣州化學(xué)試劑廠）；硝酸（優(yōu)級(jí)純，Merck公司）；硼氫化鉀（分析純，天津科密歐）；硫脲（分析純，天津大茂）；試驗(yàn)所有用水均由怡寶純凈水經(jīng)超純水儀制備。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1 樣品前處理

采集具有代表性的飼料樣品，經(jīng)四分法縮分后，取200 g左右烘干，磨碎，過(guò)1 mm篩混勻備用。準(zhǔn)確稱取已粉碎混勻的飼料試樣0.750 0 g(精確到0.000 1 g)于50 ml燒杯中，加入混合酸10 ml，蓋上表面皿，放置過(guò)夜，然后在石墨電熱消解儀上消化，先120℃加熱，待大量棕色煙霧冒出后每半小時(shí)升高20℃，直至180℃，持續(xù)加熱，消化液冒白煙時(shí)消化完畢，取下冷卻，加入2.5 ml 50%鹽酸和2.5 ml 5%硫脲，轉(zhuǎn)移至25.00 ml容量瓶中用超純水定容待測(cè)，每個(gè)樣品七個(gè)平行，同時(shí)做七個(gè)空白對(duì)照。

1.3.2 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

由于ICP-AES法具有較寬的線性范圍，在優(yōu)化條件下，鉛、鎘、鉻在0～8 000 μg/l有良好的線性關(guān)系，考慮到樣品中鉛、鎘、鉻的含量和產(chǎn)品限量標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)溶液經(jīng)逐級(jí)稀釋，配制成所需使用液，鉛、鎘、鉻混合標(biāo)準(zhǔn)使用液中鉛和鉻的濃度為0、0.100、0.500、1.000、1.500、2.000 mg/l；鎘的濃度為 0、10.0、50.0、100.0、150.0、200.0 μg/l。砷標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度為0、1.00、2.00、5.00、10.0、15.0、20.0 μg/l；汞的標(biāo)準(zhǔn)使用液濃度為0、0.10、0.20、0.50、1.00、1.50、2.00 μg/l。

1.3.3 儀器測(cè)定件

ICP-AES測(cè)鉛鎘鉻：鉛、鎘、鉻分析波長(zhǎng)分別為220.353、228.802、283.563 nm；射頻功率1.150 kW；等離子氬氣流量22 L/min；輔助氣流量0.5 L/min；冷卻氣流量18 L/min；泵速50 r/min；進(jìn)樣延遲15 s；清洗時(shí)間10 s；讀數(shù)時(shí)間30 s。

AFS測(cè)砷：負(fù)高壓270 V；燈電流60 mA；原子化器高度8 mm；載氣流量400 ml/min；屏蔽氣流量800 ml/min；讀數(shù)時(shí)間7 s；延遲時(shí)間0.5 s；分析信號(hào)為峰面積。

AFS測(cè)汞：負(fù)高壓270 V；燈電流30 mA；原子化器高度8 mm；載氣流量400 ml/min；屏蔽氣流量800 ml/min；讀數(shù)時(shí)間7 s；延遲時(shí)間1.0 s；分析信號(hào)為峰面積。

2 結(jié)果和分析

2.1 前處理方法的選擇

2.1.1 消解方法

試驗(yàn)中采用了干灰化法、濕法消解法和微波消解法處理不同類型的飼料樣品，結(jié)果顯示：干灰化法處理樣品速度慢、部分全價(jià)飼料要多次灰化，加入硝酸消煮才能完全消解，待測(cè)元素鉛、砷和鎘易揮發(fā)損失，汞基本全揮發(fā)，因此無(wú)法采用該方法同時(shí)對(duì)這五種元素進(jìn)行前處理。微波消解的優(yōu)點(diǎn)是耗時(shí)短，酸用量少，消化溫度低，適宜基質(zhì)單一的樣品消解，但樣品消解后，要轉(zhuǎn)移趕走的剩余酸液，過(guò)程相對(duì)復(fù)雜。飼料樣品種類繁多，基質(zhì)復(fù)雜，有些含油量高飼料樣品使用微波消解，易爆，有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)，另一方面，由于消解溫度低，有機(jī)砷不能徹底分解成無(wú)機(jī)砷，測(cè)定時(shí)，總砷結(jié)果會(huì)明顯偏低。濕法消解法耗時(shí)稍長(zhǎng)，但設(shè)備造價(jià)低，使用方便，可同時(shí)對(duì)不同組分的飼料進(jìn)行批量前處理，使用該方法還可通過(guò)加大稱樣量提高檢出限。根據(jù)飼料樣品多樣性的特點(diǎn)，對(duì)5種元素進(jìn)行分析，采用濕法消解是比較好的前處理方法。

2.1.2 消解液

樣品常用消解液有鹽酸、硝酸、高氯酸、濃硫酸、雙氧水及其混合液，試驗(yàn)中我們采用不同混合消解液進(jìn)行比對(duì)，發(fā)現(xiàn)硝酸和高氯酸（9+1）混合酸能很好地對(duì)不同類型、不同組分的飼料完成消解，混合酸中高氯酸比例低，冒白煙時(shí)消解完成，克服濕消解前處理耗時(shí)長(zhǎng)的缺點(diǎn)。另一方面，選擇硝酸和高氯酸混合酸消解體系，高溫處理，可將有機(jī)砷完全轉(zhuǎn)化成無(wú)機(jī)砷，保證了總砷含量測(cè)定的準(zhǔn)確性。

2.1.3 消解溫度

鉛、鎘、鉻、砷和汞中，采用濕法消解，電熱板溫度高于200℃時(shí)，對(duì)鉛、鎘、鉻和砷的消化無(wú)影響，汞是比較容易揮發(fā)的元素，損失較大，當(dāng)電熱板溫度低于180℃，汞能很好的保留在消化液中，測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確。因此，同時(shí)測(cè)定這5種元素時(shí)，電熱板最高加熱溫度不易超過(guò)180℃。

2.2 上機(jī)條件的選擇

2.2.1 ICP-AES測(cè)鉛、鎘和鉻

用光譜儀器進(jìn)行元素分析時(shí)存在光譜干擾和非光譜干擾，對(duì)ICP-AES來(lái)講，非光譜干擾即基體效應(yīng)相對(duì)比較小，測(cè)定時(shí)對(duì)結(jié)果影響不大。光譜干擾主要是背景干擾和譜線干擾，ICP-AES根據(jù)軟件設(shè)置，能有效降低背景影響，譜線干擾方面，可根據(jù)儀器波長(zhǎng)譜線庫(kù)資料，以譜線強(qiáng)度高（高含量元素采用弱線）、線性好、無(wú)譜線重疊或譜線干擾少、儀器檢出限低為原則，通過(guò)對(duì)不同元素譜線分析，結(jié)合以上原則，測(cè)定飼料鉛、鎘和鉻最佳分析譜線分別為220.353、228.802 nm和283.563 nm。

2.2.2 AFS測(cè)砷汞

原子熒光法測(cè)定時(shí)，樣品溶液酸化和載流中一般采用鹽酸，這樣有利于氫化物發(fā)生過(guò)程的穩(wěn)定。 在測(cè)定汞和砷使用同一樣品消解溶液的情況下，我們選用鹽酸載流體系，測(cè)定結(jié)果穩(wěn)定，線性關(guān)系良好。硼氫化鉀作為生成原子態(tài)氫的重要試劑，其濃度直接影響氫化物發(fā)生過(guò)程的穩(wěn)定性，濃度過(guò)高，氫氣生成量過(guò)大，靈敏度下降、重現(xiàn)性差，同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生各種干擾；濃度過(guò)低，氫氣生成量過(guò)小，則氫化物不易生成。試驗(yàn)中，根據(jù)待測(cè)溶液中砷和汞的濃度，選取硼氫化鉀溶液濃度為1.0%，效果良好。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線和檢出限

按上述儀器工作條件，由低濃度至高濃度依次測(cè)定系列標(biāo)準(zhǔn)工作溶液，每個(gè)點(diǎn)重復(fù)測(cè)定2次取平均值，得出相應(yīng)的發(fā)射強(qiáng)度，以濃度為橫坐標(biāo)，發(fā)射強(qiáng)度為縱坐標(biāo)制作標(biāo)準(zhǔn)曲線，計(jì)算回歸方程及相關(guān)系數(shù)r值，見(jiàn)表1。同時(shí)測(cè)定7份空白溶液重金屬含量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差，按公式MDL=t(n-1，0.99)×S[式中n為樣品的平行測(cè)定次數(shù)；t為當(dāng)自由度為n-1、置信度為0.99時(shí)的t分布(單側(cè))；S為n次平行測(cè)定的標(biāo)準(zhǔn)偏差]。計(jì)算方法的檢出限，其數(shù)值約為標(biāo)準(zhǔn)偏差的4倍。

表1 方法線性關(guān)系和檢出限

從表1可看出，各元素在選定的線性范圍內(nèi)，譜線強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)元素濃度呈良好的線性相關(guān)關(guān)系。相關(guān)系數(shù)r都在0.999 6以上，檢出限在0.01 mg/kg以下，符合國(guó)家飼料樣品標(biāo)準(zhǔn)對(duì)檢出限的要求。

2.4 方法的精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn)

按試驗(yàn)方法對(duì)4種不同類型的5個(gè)試樣各稱取14份，其中7份加入一定量的鉛、鎘、鉻、砷、汞標(biāo)準(zhǔn)溶液消解，做加標(biāo)回收試驗(yàn)，測(cè)定結(jié)果取平均值，數(shù)據(jù)見(jiàn)表2，加標(biāo)回收率在95.5%～103.0%之間，RSD小于4.8%，表明該方法準(zhǔn)確、可靠。

表2 精密度和加標(biāo)回收試驗(yàn)(n=7)

3 結(jié)論

系統(tǒng)地建立了不同類型飼料五種有害重金屬的檢測(cè)方法，樣品經(jīng)硝酸和高氯酸（9+1）消解，利用電感耦合等離子體發(fā)射光譜儀和原子熒光分光光度儀分別測(cè)定飼料樣品中鉛、鎘、鉻、砷和汞5種重金屬含量，結(jié)果表明：各元素在標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度范圍內(nèi)，線性關(guān)系良好，方法檢出限在0.003～0.010 mg/kg之間，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差小于4.8%，該方法準(zhǔn)確、靈敏度高，簡(jiǎn)單方便，適于不同類型飼料中這五種重金屬檢測(cè)。