水產(chǎn)品中重金屬鎘的檢測技術(shù)研究

◎ 陶 森，阮世勇，林對(duì)儉，許小嬋，馮正滔，馮 濤

（陽江市檢測檢驗(yàn)中心，廣東 陽江 529500）

鎘是一種毒性很強(qiáng)的重金屬，會(huì)刺激人的呼吸道，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致嗅覺喪失，且蓄積在肝臟或腎臟中從而造成毒作用[1-2]。1972年聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）和世界衛(wèi)生組織（WHO）提出的食品污染物中鎘排名第三[3]，1974年聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署將鎘的危險(xiǎn)等級(jí)排到第一位[4]。2010年，世界衛(wèi)生組織（WHO）提出了人類每周耐受攝入鎘的量為7 mg·kg-1[5]。《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn) 食品中污染物限量》（GB 2762—2017）規(guī)定重金屬鎘在魚類和甲殼類水產(chǎn)動(dòng)物中的最大殘留限量為0.1 mg·kg-1和0.5 mg·kg-1，在魚類罐頭和其他魚類制品中的最大殘留限量為0.2 mg·kg-1和0.1 mg·kg-1。隨著社會(huì)工業(yè)發(fā)展，鎘的利用也不斷增加，導(dǎo)致進(jìn)入環(huán)境中含鎘的污染物越來越多。雖然環(huán)境中鎘的濃度對(duì)人體還不足以導(dǎo)致傷害，但是鎘通過生物鏈的富集作用使人們食品中的鎘含量超標(biāo)，尤其是水產(chǎn)品，其對(duì)重金屬鎘的富集作用很強(qiáng)，當(dāng)濃度過高會(huì)導(dǎo)致人體造成傷害，是人體攝入鎘的重要來源之一[6-7]。因此，為了使人們的健康安全得到保障，對(duì)水產(chǎn)品中重金屬鎘的檢驗(yàn)分析工作十分必要。

1 前處理技術(shù)

在元素分析檢測的過程中，需要從樣品中提取出待測組分，因此，樣品前處理是一個(gè)非常關(guān)鍵的步驟，對(duì)檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性有著決定性作用。樣品的前處理是指根據(jù)樣品的性質(zhì)，使用生物、化學(xué)或物理方法，將待測元素從樣品中提取出來，要求對(duì)被測樣品的待測組分盡可能地回收，且不能引入待測組分以及影響檢測結(jié)果的雜質(zhì)。目前，在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)用較為廣泛的樣品前處理方法有3種，分別是干法灰化法和濕法消解法以及微波消解法。

1.1 干法灰化

干法灰化首先要將樣品粉碎，再從中稱取3～5 g樣品[8]，將其放入干燥、清潔的瓷坩堝內(nèi)，隨后將瓷坩堝放在電爐上或電熱板上，并進(jìn)行小火加熱，待到樣品炭化，無白煙生成，即可停止加熱；隨后將其放入馬弗爐內(nèi)，在500～550 ℃下進(jìn)行6 h的高溫灰化操作，灰化完成后，將樣品冷卻。完成灰化操作后，如果灰化不完全，還存在較多雜質(zhì)，可繼續(xù)加入一定數(shù)量的硝酸溶液，然后將其放在電爐或電熱板上進(jìn)行小火加熱，多次重復(fù)此操作，直至樣液澄清透明，灰化完全后，用超純水或去離子水定容后測量。

該方法不僅操作簡單便捷，且試劑用量少、空白值低、后續(xù)處理較簡單，適合微量元素的分析，并可批量處理樣品；但由于該方法需要用到較高的灰化溫度和較長的灰化時(shí)間，容易導(dǎo)致樣品中部分鎘蒸發(fā)損失，同時(shí)消耗能量較大，成本較高。另外，油脂含量高的樣品，不適用此方法。

1.2 濕法消解

濕法消解是稱取適量的樣品中加入濃硝酸、鹽酸、高氯酸等強(qiáng)氧化性的酸，充分加熱，使樣品中的有機(jī)物完全氧化分解成為CO2、水和其他各種氣體，同時(shí)可加入催化劑加快氧化分解。如果樣品中含有較多的有機(jī)物，可使用混合酸體系進(jìn)行消解[9]。

濕法消解的操作簡單便捷，適用于大部分金屬含量的測定，基體成分較簡單，大部分元素幾乎無損失，不易與容器發(fā)生反應(yīng)。濕法消解的氧化反應(yīng)時(shí)間較長，有的樣品需使用混合酸浸泡過夜。消解過程中的所使用的酸是一些濃鹽酸、高氯酸等具有強(qiáng)氧化性酸，對(duì)操作人員有較大的安全威脅。

1.3 微波消解

稱取0.5 g左右固體樣品或1.0 mL左右液體樣品。若樣品中存在酒精成分則必須加熱使酒精揮發(fā)完全，否則易引起爆炸[10]。進(jìn)行微波消解前，向樣品中加入5 mL硝酸，放置2 h。微波消化，放置冷卻，定容測量。升溫程序：溫度和功率都要從低到高設(shè)定，最高溫度設(shè)為180 ℃左右，功率最高設(shè)為100%。整個(gè)消解過程控制在30 min左右樣品即可消解完全，隨后放在加熱板或電爐上加熱排酸1 h。

微波消解溫度高，加熱快，消解能力強(qiáng)，能夠大大減少樣品的前處理時(shí)間，且消耗溶劑少，空白值低，準(zhǔn)確性和精密性都較高，同時(shí)也能夠最大程度地減少樣品的損失和污染。微波消解必須嚴(yán)格控制反應(yīng)時(shí)間，否則消解罐會(huì)因壓力過大而發(fā)生形變，形成較大的安全隱患。

2 傳統(tǒng)檢測技術(shù)

2.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜（FAAS）是一種測量特定氣態(tài)原子對(duì)光輻射的吸收的方法[11]。其具有操作方法簡單、分析速度快、精度高、測定范圍廣及背景干擾較少的優(yōu)點(diǎn)，但其霧化效率差且氣體的稀釋，從而導(dǎo)致靈敏度下降，檢出限較高，因此，降低檢出限和干擾，提高鎘的檢測靈敏度，成為FAAS的一個(gè)研究熱點(diǎn)。

艾軍等提出了表面活性劑增敏FAAS測定魚鱗中痕量鎘的方法，結(jié)果表明，鎘含量在0～50.0 μg·mL-1范圍內(nèi)線性良好，其檢出限為0.003 7 μg·mL-1，回收率達(dá)95%～106%，精密度為2.37%，此方法操作簡單易行、對(duì)樣品分析取得滿意結(jié)果[12]。陳清慧等選定載體離子后，通過共沉淀的方法，采用FAAS對(duì)蝦、貝樣品中的鎘進(jìn)行測定，克服了基體干擾，在0.1～1.0 mg·L-1線性范圍良好，檢出限為4.27 μg·L-1，精密度為0.73%[13]。根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)FAAS法，鎘的檢出限為5.0 μg·kg-1，以上研究表明共沉淀與FAAS相結(jié)合，能提高鎘的檢測靈敏度，降低其檢出限。

2.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法（GFAAS）[14]是檢測鎘含量的常用方法，與FAAS原理相似，兩者差別在原子化的方法不同，GFAAS的優(yōu)點(diǎn)是采用石墨爐進(jìn)行原子化提高了效率和靈敏度，因此能夠用于分析水產(chǎn)品鎘含量很低或試樣少的樣品。但同時(shí)干擾較大，測量精密度比FAAS較低，而且成本較高。

趙瑞軍利用微波消解法對(duì)魚粉樣品進(jìn)行消解，加入基體改良劑NH4H2PO4，使用GFAAS測定，測得魚粉中鎘的檢出限為0.024 ng·mL-1，相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)偏差為3.2%，回收率為92.0%～101%[15]。李萬杰等以4∶1的HNO3-HClO4對(duì)貽貝、海參、魚等水產(chǎn)品進(jìn)行微波消解，測得各樣品中鎘的檢出限為0.03 ng·g-1，加標(biāo)回收率為93.0%～105%[16]。根據(jù)GB/T 5009.15—2014，GFAAS的檢出限為0.001 mg·kg-1。以上研究均表明，利用微波消解法可以減少樣品前處理過程中鎘元素的損失，且與GFAAS相結(jié)合，能降低鎘的檢出限。

2.3 氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法

氫化物發(fā)生-原子熒光光譜法（HG-AFS）指待測組分被氫化形成氫化物，氫化物被原子化后，受光源所發(fā)出的光能作用，原子處于基態(tài)的外層電子被激活，從低能級(jí)向高能級(jí)躍遷，并回到低能級(jí)的過程中以原子熒光的形式輻射出能量，熒光的強(qiáng)度與原子濃度成正比。HG-AFS具有操作便捷、基體干擾小、穩(wěn)定性好、精密度高、靈敏度高和采樣量小等優(yōu)點(diǎn)。

李連平等采用HG-AFS對(duì)海水及幾種海產(chǎn)品中鎘進(jìn)行檢測，得出鎘檢出限為3.8 ng·g-1，回收率97.0%～103%[17]。吳育廉等采用HG-AFS測定牡蠣中的鎘，在0.20～1.50 μg·L-1線性關(guān)系良好，檢出限為0.10 μg·L-1，RSD為4.48%，加標(biāo)回收率達(dá)94.3%～106.1%，并運(yùn)用此方法對(duì)貽貝標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行檢測，測定結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值相符[18]。

2.4 分光光度法

分光光度法是將消解后的樣品，根據(jù)待測組分的化學(xué)性質(zhì)，經(jīng)一定化學(xué)反應(yīng)后形成某種具有特殊顏色或具有特殊顯色反應(yīng)的化合物，通過樣品的顯色程度，利用制定的標(biāo)準(zhǔn)曲線定量。方法操作方便易行，成本較低，缺點(diǎn)是干擾因素較多，容易發(fā)生交叉反應(yīng)，檢出限較高。

王麗芳等在二甲酚橙顯色體系下對(duì)水產(chǎn)品中鎘進(jìn)行測定，結(jié)果表明，鎘在最大吸收波長578 nm，pH為6.2～6.4，濃度為0.5～6.0 μg·mL-1時(shí)線性關(guān)系良好[19]。WEN Xiaodong等采用液液萃取方式富集水和食品中的鎘，通過分光光度法測定，鎘檢出限為0.01 ng·L-1，此方法成本低，易操作，結(jié)果令人滿意[20]。

2.5 陽極析出伏安法

陽極溶出伏安法的原理是利用了金屬陽離子的還原性，在體系中給予一定電位，使其還原成金屬單質(zhì)析出，在通過反向電壓，使金屬單質(zhì)氧化從而使體系產(chǎn)生氧化電流，氧化電流的大小與金屬的含量成正比，從而根據(jù)一定數(shù)學(xué)關(guān)系得出金屬離子的濃度。此方法能夠一次連續(xù)測定多種元素，具有較高的靈敏度[21]，且用到的儀器并不復(fù)雜，簡單易行，可以用來測量水產(chǎn)品中痕量鎘含量。龍蜀南等利用同步鍵汞微分脈沖陽極溶出伏安法對(duì)水產(chǎn)品中多種元素進(jìn)行測定，其中，鎘的半波電位E1/2為-0.5 V，回收率為96.9%～108.3%，在0.03～20.94 μg·L-1線性范圍良好[22]。

2.6 電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法

電感耦合高頻等離子體發(fā)射光譜法（ICP-AES）是把等離子體作為激發(fā)光源從而進(jìn)行光譜分析的一種方法，可同時(shí)進(jìn)行多種元素的測定。謝華林采用ICP-AES法同時(shí)測定水產(chǎn)品中多種元素，其中鎘檢出限為0.000 7 μg·L-1，RSD為2.6%，回收率為94.5%[23]。張文等利用混合酸將鰻魚微波消解后采用ICP-AES法，同時(shí)測定試液中的鎘、鉛、汞元素含量，其中，鎘檢出限2.3 μg·L-1，回收收率在104%，RSD為0.65%[24]。說明此方法檢出限低、準(zhǔn)確度高、簡單便捷。

2.7 電感耦合等離子體質(zhì)譜法

電感耦合等離子體質(zhì)譜法（ICP-MS）是一種將ICP技術(shù)和質(zhì)譜技術(shù)結(jié)合在一起的分析方法，該技術(shù)的特點(diǎn)是元素覆蓋范圍廣、檢出限低、能進(jìn)行元素及同位素分析等。龐艷華等建立了電感耦合等離子體質(zhì)譜法同時(shí)測定貝類中鉛、鎘、砷和汞等十多種元素含量，樣品經(jīng)微波消解、內(nèi)標(biāo)校正后，鎘元素檢出限為0.003 μg·L-1，校正曲線的相關(guān)系數(shù)為1.000 0，RSD為1.92%～2.96%，加標(biāo)回收率為89.9%～102%，用此方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行測定，結(jié)果相符[25]。Dimaya等采用微波消解ICP-MS檢測魚干中鎘元素含量，在0.01～500 μg·L-1線性范圍良好，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.999，檢出限為0.060 μg·L-1，結(jié)果令人滿意[26]。上述研究表明了ICP-MS測定水產(chǎn)品中鎘元素含量時(shí)，檢出限均低于國家標(biāo)準(zhǔn)，且準(zhǔn)確性高，具有同時(shí)測定多種元素的能力。

3 快速檢測方法

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的檢測技術(shù)已經(jīng)滿足不了日益增加的重金屬檢測工作量，因此，快速檢測技術(shù)的應(yīng)用具有十分重要的意義。與傳統(tǒng)的檢測技術(shù)相比較，快速檢測技術(shù)盡管只能進(jìn)行定性或半定量的檢測，無法提供公證數(shù)據(jù)，在靈敏度和檢出限也不及傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，但是其具有成本低、速度快、操作簡單等優(yōu)點(diǎn)，非常適合如今的快節(jié)奏檢測現(xiàn)狀，能夠起到預(yù)警作用，達(dá)到篩選的目的。目前，測定水產(chǎn)品中鎘含量的快速檢測方法運(yùn)用較廣有生物化學(xué)傳感器法、顯色法和免疫學(xué)法等。

3.1 生物化學(xué)傳感器法

生物化學(xué)傳感器法可分為生物、電化學(xué)和光化學(xué)傳感器3種，是利用固定化的生物體成分與重金屬離子作用時(shí)，能快速地根據(jù)一定規(guī)律將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)或光信號(hào)的分析測試裝置。該方法不僅簡單易行、準(zhǔn)確性高、成本較低而且能夠與其他檢測設(shè)備兼容，因此在重金屬速測中的適用范圍廣泛。

3.2 顯色法

顯色法是利用元素的化學(xué)性質(zhì)，在與一些物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)后形成具有特殊顏色的物質(zhì)或者具有特殊顏色反應(yīng)的化合物，樣品與標(biāo)準(zhǔn)溶液系列進(jìn)行比色，從而得出樣品中元素含量的一種快速檢測方法。薛文靜等用KHO-乙醇溶液為顯色劑制備速測卡，測定了對(duì)蝦、青蝦以及大菱鲆中的鎘含量，檢測結(jié)果與ICP-MS測定相符[27]。但是該種方法的檢出限較高，影響因素較多，重復(fù)性較低，只能進(jìn)行半定量測定。

3.3 免疫學(xué)法

免疫學(xué)法是根據(jù)抗體抗原具有特異性結(jié)合的特點(diǎn)進(jìn)行檢測的一種新興方法，目前，應(yīng)用最廣，被大眾所認(rèn)可的免疫學(xué)法是酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）。劉功良等以鎘特異性單克隆抗體與酶標(biāo)抗原為基礎(chǔ)，建立了一種直接競爭的ELISA檢測瀨尿蝦中鎘的含量的快速檢測方法，檢出限為0.2 μg·L-1，表明該方法能夠快速而準(zhǔn)確的測定樣品中重金屬鎘的含量[28]。汪慧等用ELISA法測定近江牡蠣、翡翠貽貝以及基圍蝦中的鎘測量中，檢測結(jié)果線性相關(guān)良好[29]。向軍儉等發(fā)明了一種間接競爭法測定水產(chǎn)品中鎘離子含量的ELISA法，即將海產(chǎn)品樣品的提取液和鎘離子的標(biāo)準(zhǔn)溶液加到抗原前帶的微孔中，然后加入單克隆抗體；抗體以抗鎘離子作用于各微孔中，混合孵育，然后向微孔中加入抗HRP標(biāo)記的抗小鼠IgG抗體，孵育一段時(shí)間后，加入終止液停止底物變色鎘離子的反應(yīng)，用酶標(biāo)法測定每個(gè)微孔的吸光度，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線計(jì)算樣品中重金屬鎘的含量[30]。該方法通過利用具有抗鎘離子功能的單克隆抗體獲得的分泌陽性細(xì)胞，可以批量制備具有抗鎘離子功能的單克隆抗體，該方法成本低，可簡單快捷、靈敏地測定樣品中的鎘離子含量，此方法可對(duì)海產(chǎn)品中的重金屬鎘進(jìn)行大規(guī)模、快速的檢測。

雖然ELISA法用于鎘的測定能夠加快篩選，但是影響測定結(jié)果的因素有很多，如鎘在水產(chǎn)品的含量較低，免疫原性較弱，可能發(fā)生交叉反應(yīng)等。而ELISA法本身也有許多影響因素，如溫度、pH會(huì)影響酶活性，反應(yīng)時(shí)間不足導(dǎo)致反應(yīng)不完全以及洗滌導(dǎo)致假陽性等。

4 結(jié)語

目前，重金屬鎘的檢測方法很多，但傳統(tǒng)檢測法因?yàn)槠浒l(fā)展時(shí)間長，技術(shù)相對(duì)比較完善，且可根據(jù)不同檢測目的選擇不同的方法和條件，選擇不同樣品前處理方式，依舊是水產(chǎn)品中重金屬鎘檢測的主要方法。傳統(tǒng)的檢測方法存在樣品前處理耗時(shí)長、效率較低、經(jīng)費(fèi)支出大以及檢測效果不夠理想等缺點(diǎn)。因此，開發(fā)固體進(jìn)樣技術(shù)以及金屬富集技術(shù)是重金屬鎘檢測技術(shù)的重要發(fā)展方向。同時(shí)樣品前處理技術(shù)應(yīng)繼續(xù)加強(qiáng)研究，減少待測組分在前處理時(shí)的損失，降低檢出限，提高檢測靈敏度和精密度。

水產(chǎn)品中鎘的快速檢測方法發(fā)展迅速，適用于現(xiàn)場篩選和檢測。快速檢測方法具有檢測時(shí)長短、成本較低、操作簡單易行、靈敏度較高以及專一性好的優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)檢測方法相比，快速檢測方法，不能進(jìn)行準(zhǔn)確的結(jié)果定量，且檢出限較高，精密度較低。因此，快速檢測方法目前還不能替代傳統(tǒng)的檢測技術(shù)，同時(shí)快速檢測方法是鎘的檢測方法中不可缺少的，它能夠快速地對(duì)樣品進(jìn)行篩選、定性，能大大提高檢測效率，是不可或缺的輔助檢測手段，具有廣闊的市場前景。