飼料中重金屬檢測技術的研究進展

周衡剛， 朱克衛(wèi)， 楊學靈， 徐正華，鄭思珩， 王 偉， 余裕娟

（1. 黃埔海關技術中心，廣東 廣州 510730； 2. 國家酒類檢測重點實驗室（廣東），廣東 廣州 510730；3. 廣州中科檢測技術服務有限公司，廣東 廣州 510650）

我國是飼料消費大國，2018年全國飼料產量為24 213.3萬噸，位居世界第一。飼料質量安全關系著養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展，與人類的健康和生存密切相關，而其中重金屬污染是飼料安全性中比較突出的問題[1]。飼料被畜禽食用之后，一部分通過消化系統被畜禽吸收，還有一部分重金屬未被消化被排出體外，因重金屬元素難于分解轉化，隨著畜禽攝入量的增加，重金屬元素在動物體內富集，蓄積在其肝臟和腎臟等器官，長期殘留會導致動物中毒，再通過食物鏈進入人體，直接危害人體健康；而因無法被動物吸收而而隨排泄物排出的那部分重金屬進入土壤、水體和農作物，對環(huán)境和人類的生存造成威脅[2-3]。因此，應當高度重視飼料在生產加工過程中重金屬的污染情況，并提高重金屬的檢測水平，以加強原材料的污染監(jiān)控，保障飼料的安全衛(wèi)生生產。

近年來諸多學者對食品及食品添加劑、海洋水產品、農產品、土壤、中藥中重金屬的檢測方法研究進展進行了大量報道，但目前還沒有關于對飼料中重金屬檢測方法的綜述。本文綜述了目前飼料中重金屬的檢測技術以及發(fā)展趨勢，旨在為飼料中重金屬檢測方法的應用與發(fā)展以及相關研究者和從業(yè)者提供一定參考。

1 檢測方法比較

飼料中重金屬檢測方法多采用光譜分析法、電化學分析法和分光光度法，這些方法是目前常規(guī)使用的重金屬檢測方法。但因各類方法的技術原理和制造成本等原因所限制，不同的檢測方法各有優(yōu)缺點，具體比較如表1所示[4-14]。

表1 飼料中重金屬的檢測方法比較

2 各檢測方法在飼料重金屬檢測中的應用

查閱相關檢測標準和技術文獻，各類檢測方法在飼料重金屬檢測中的應用情況如下：

2.1 原子吸收光譜法（AAS）

原子吸收光譜分析是根據物質基態(tài)原子蒸汽對特征輻射的吸收來進行金屬元素分析的方法，定量基于朗伯比爾定律。在現行標準中，飼料元素的分析儀器中采用AAS的有17項（行業(yè)標準1項，國標6項，地標9項）（包含火焰原子吸收和石墨爐原子吸收），其中大部分是檢測重金屬元素[15]。陳明飛等[4]用微波消解儀處理豬飼料樣品，采用火焰原子吸收法測定了銅和鋅的含量，測定結果令人滿意。劉娟麗等[16]優(yōu)化了樣品測試條件，采用石墨爐原子吸收光譜法測定了飼料中硒，其中檢測限為 0.33 μg/kg，回收率為95.0%～105.3%，表明該方法可用于飼料原料和成品中硒的含量測定。

2.2 原子熒光光譜法（AFS）

原子熒光光譜法是根據待測元素的原子蒸氣在輻射能激發(fā)下產生的熒光發(fā)射強度，來對待測元素進行定量的方法。在現行標準中，飼料中重金屬元素的分析儀器中采用AFS的有9項（行業(yè)標準1項，國標3項，地標5項）[15]。徐愛平等[17]采用濕法消解對飼料樣品進行消解，利用AFS法測定了樣品中的砷和汞，檢出限分別為0.010和0.003 mg/kg，加標回收率在95.7%～99.0%之間，RSD小于4.8%。結果表明該方法適用于不同類型飼料中砷和汞的檢測。李宏[5]論述了利用氰化物發(fā)生-原子熒光光譜技術測定飼料中重金屬元素需要解決的技術難點和問題，文章指出利用AFS法測定元素時，需要將待測元素的價態(tài)變?yōu)榉磻獌r態(tài)，選擇合理的反應酸介質及濃度以及前處理方法，根據測定的元素不同選擇合適的還原劑及濃度，同時還需按照不同元素對反應體系和還原體系的特殊要求進行全面優(yōu)化。

2.3 分光光度法

分光光度法是通過測定被測物質在特定波長處或一定波長范圍內光的吸收度，對該物質進行定性和定量分析的方法。重金屬離子在紫外和可見光區(qū)的吸收強度一般較弱，需要加入顯色劑與金屬離子反應生成穩(wěn)定的螯合物，通過測試螯合物的吸收度來進行定量分析?，F行標準中有飼料重金屬分析中有多個標準采用分光光度法，其中在GB/T 13088-2006中，飼料中的鉻的測定第二法為分光光度法；GB 17777-2009中，飼料中的鉬的測定方法中均為分光度法；而在GB/T 13079-2006中，飼料中總砷的測定方法第5法和第6法均為分光光度法[15]。李人宇等[18]以1,10-菲啰啉-和酸性鉻藍K作為螯合劑，利用分光光度法測定飼料中的銅含量，其中測量波長為548 nm。檢測限為6.9 μg/L，樣品加標回收率為97.6%～99.7%，結果與AAS一致。董洪霞等[6]以二苯碳酰二肼為顯色劑，測定波長為 540 nm測定飼料中的微量鉻，平均標準偏差為1.02%，加標回收率為99.59%～101.12%。結果表明分光光度法適用于雞飼料中鉻含量的測定。

2.4 電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）

電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）是一種以等離子體為激發(fā)光源，根據特征譜線的強度確定樣品中相應元素的含量的原子發(fā)射光譜分析方法?，F行飼料標準中，采用 ICP-AES法的有三項，均為地標[15]。羅悠等[19]用硝酸和過氧化氫溶液對樣品進行濕法消解，利用電感耦合 ICP-AES外標法定量，測定了魚飼料中Cr、Ni、Cd、Pb等19種微量元素，其中所有元素校準曲線的線性相關系數均在0.999以上，加標回收率范圍為90.7%～107%。結果表明ICP-AES法簡便快速，準確度高，可用于魚飼料中微量元素的定量分析。周利英等[20]采用微波消解對飼料樣品進行前處理，建立了ICP-AES同時測定樣品中的砷、鋇、鎘、鉻、汞、鉛、銻、硒8種重金屬元素的標準曲線法。其中方法檢出限為0.001～0.004 μg/mL，相對標準偏差為1.91%～4.66%，加標回收率為89.3%～103%，結果表明ICP-AES法適用于飼料樣品多種重金屬元素的檢測。

2.5 電感耦合等離子體質譜法（ICP-MS）

ICP-MS是以電感耦合等離子體為離子源，樣品離子化后，以質譜計進行檢測，根據元素的質譜圖或特征離子進行定性定量的分析技術。白淑艷等[21]利用微波消解進行樣品前處理，建立了ICP-MS檢測大菱鲆飼料和冰鮮野雜魚中11種微量元素的檢測方法。結果表明，2種樣品均含有一定量的重金屬，其中潛在有毒元素Cr、As含量較高，而 Pb、Cd、Hg含量較低。張麗娜等[22]以硝酸作溶劑，用微波消解法進行前處理，使用電感耦合等離子體質譜測定進口魚粉中的鉛、鎘、汞、砷、銅、鉻、鈷、鎳 8種元素的含量。其中加標回收率為85.4%～107%，相對標準偏差為 0.5%～4.1%。證明該方法可用于進口魚粉樣品的多元素同時檢測。

2.6 X-射線熒光光譜法（XRF）

X-射線熒光光譜（XRF）是基于對X-射線照射樣品后所產生的特征X-射線熒光的波長與強度進行定性、定量的儀器分析方法。吉林省質量技術監(jiān)督局頒布的DB22/T 1994-2013《飼料中銅、鐵、錳、鋅的測定 X-射線熒光光譜法》是現行標準利用XRF法進行飼料中重金屬測定的唯一標準，適用于預混合飼料中銅、鐵、錳、鋅的快速篩查[15]。徐澄飛等[23]用XRF法檢測了飼料礦物中的元素，其中重金屬元素的檢測限為0.7～2.0 mg/kg，分析結果與化學分析結果比對，對比誤差均在國標規(guī)定的允許實驗誤差范圍內，表明XRF法適用于飼料礦物添加劑的重金屬元素的檢測。

2.7 激光誘導擊穿光譜法（LIBS）

激光誘導擊穿光譜（LIBS）技術是以高能量脈沖激光燒蝕材料表面，令其微量樣品瞬間氣化，形成高溫、高密度的激光等離子體，進而發(fā)射帶具有元素特征波長的等離子體光譜，利用特征譜線的波長和強度來進行定性和定量的分析技術[24]。目前已有學者將其用來分析食品樣品中的重金屬[25-27]，但利用LIBS法分析飼料中重金屬的研究相對較少，劉珊珊等[28]利用LIBS法測定了豬飼料中Cu元素含量。其中Cu元素的特征分析譜線為CuⅠ324.74 nm，以單脈沖激光作為激發(fā)光源，建模集樣品中Cu元素真實濃度與光譜強度值的相關擬合系數為0.985 2，預測集樣品中Cu元素含量的預測值與實際值的線性相關系數為0.989 1，平均相對誤差為4.77%。結果表明，LIBS法用于飼料中的Cu元素含量的分析與傳統方法相比，精密度和準確度尚存在不足，但證明利用LIBS法測試飼料中的重金屬是可行的。

2.8 電化學分析法

電化學分析法是以溶液中物質的電化學性質及其變化規(guī)律為依據，以電位、電導、電流和電量等電化學參數與被測物質待測參數之間的計量關系的為基礎，對組分進行定性和定量的儀器分析方法。在重金屬檢測中主要有離子選擇電極法、極譜法、電位溶出法和溶出伏安法。陸園[29]利用離子選擇電極法測定了飼料中的鉛含量，其中標準曲線在 1.0×10-3～1.0×10-6mol/L范圍內相關系數為 0.999 73，加標回收率為94%～104%，檢測下限位1.0×10-6mol/L，精密度和準確度令人滿意。王永青等[30]用催化極譜法連續(xù)測定了飼料及硫酸鋅中微量鉛鎘，鉛鎘的濃度在 0.01～2 μg/mL范圍內與波高成線性關系，標準回收率為95.5%～109.5%，結果表明該方法滿足飼料級硫酸鋅中鉛、鎘含量＞0.5 μg/g試樣的測定要求。

3 結語與展望

在飼料中重金屬檢測中，傳統的檢測技術已得到廣泛的應用，隨著檢測技術的發(fā)展和日益提高的檢測要求，飼料中重金屬檢測呈現如下幾個趨勢：

1）從單元素分析到多元素分析發(fā)展。從我國現行飼料標準體系分析，2012年以前所有飼料中重金屬檢測標準均為單元素分析，到 2012年以后，出現了多個利用 ICP法和 XRF法的多元素分析的地方標準[15]。2016年，衛(wèi)計委和食藥監(jiān)總局頒發(fā)了食品中多元素的測定的國家標準GB 5009.268-2016，目前尚無飼料中多元素測定的國家標準，但正如本文前面所提到的，已有相當多的研究人員進行了飼料中多元素的檢測研究，研究結果表明飼料的多元素分析技術已經成熟，相信在不久的將來，將會出現飼料中多元素的檢測國家標準。

2）向重金屬的形態(tài)分析發(fā)展。對于部分元素，形態(tài)不同其毒性差異很大。以As為例，無機砷的毒性（以半致死率 LD50為評價依據）遠大于一甲基砷、二甲基砷等有機砷[15]。重金屬的形態(tài)分析中，單一的檢測技術往往不能滿足需求，分析儀器聯用技術廣泛應用于重金屬的形態(tài)分析，比如液相色譜與 ICP-MS聯用、毛細管電泳與ICP-MS聯用、液相色譜與原子熒光聯用、離子色譜與原子熒光聯用等[31]。因此，今后對飼料重金屬的分析當中，除了要測定重金屬元素的總量外，還需要利用分析儀器的聯用技術來對重金屬的形態(tài)進行分析。

3）朝快速化、自動化發(fā)展。首先表現在前處理方面，比如近期已有全自動消解儀上市，此類儀器高度自動化，可一次性完成加液、消解、趕酸、濃縮、冷卻、定容、混勻等操作，提高了實驗效率，降低了勞動強度，同時還保護了操作人員的安全，比傳統的濕法消解技術更加適應現代分析實驗的要求[32]。另外前文所述的XRF和LIBS技術中，幾乎不需要前處理，大大縮短了檢測時間，提高了檢測效率。其次表現在檢測技術自動化程度方面，現在大型檢測設備都與計算機緊密結合，自動采集處理數據，更科學準確地提供結果，實現進樣、分析、數據處理、報告一條龍，形成檢測的自動化系統。

4）新型檢測技術不斷涌現。除本文前面所綜述的幾種檢測技術外，隨著科學技術的發(fā)展，還不斷涌現新型的重金屬檢測技術。如酶聯免疫吸附技術、核酸適配體技術、生物傳感測定技術、光纖傳感測定技術等等，這些技術目前尚未應用于飼料的重金屬檢測當中，但隨著檢測技術的發(fā)展、成熟，必將推動這些新型檢測技術應用于飼料的重金屬檢測。

隨著人們對飼料安全性問題的不斷重視，將對飼料中重金屬限量有更嚴格的要求，因此飼料中重金屬檢測技術只有向更簡便快捷、靈敏度更高，適用范圍更廣和各種檢測技術之間的聯系更加緊密的方向發(fā)展，才能對飼料的安全進行有效監(jiān)控，保障養(yǎng)殖業(yè)的健康發(fā)展。