原子吸收光譜法在食品重金屬檢測中的應(yīng)用

李欣芝

摘 要：隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們越來越重視食品安全問題。重金屬的檢測是食品質(zhì)量檢測的重要組成部分。本文重點(diǎn)介紹了原子吸收光譜法檢測重金屬的基本原理以及原子吸收光譜法在食品重金屬檢測中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：原子吸收光譜法;重金屬;食品

Application of Atomic Absorption Spectrometry in the Detection of Heavy Metals in Food

LI Xinzhi

（Shaanxi University of Science and Technology， Xi，an 710016， China）

Abstract： With the rapid development of social economy， people pay more and more attention to food safety. Detection of heavy metals is an important part of food quality detection. This paper focuses on the basic principle of the detection of heavy metals by atomic absorption spectrometry and the application of atomic absorption spectrometry in the detection of heavy metals in food.

Keywords： atomic absorption spectrometry; heavy metals; food

所有過量的重金屬元素都會對人體造成損害。土壤中重金屬含量的增加可導(dǎo)致農(nóng)作物中重金屬含量相應(yīng)增加，如谷物、蔬菜等，并通過食物鏈進(jìn)一步傳導(dǎo)到畜牧產(chǎn)品、漁業(yè)產(chǎn)品中，且在這一過程中不斷富集[1]。在食品的生產(chǎn)過程中，對食品的原材料、半成品、成品需要合理地開展重金屬檢測，控制產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，在食品市場監(jiān)管方面也需要經(jīng)常進(jìn)行食品中重金屬含量的檢測。這要求食品中重金屬含量的檢測要精準(zhǔn)、便捷、低成本。其中原子吸收光譜法是最重要的一種重金屬檢測方法。

1 原子吸收光譜法的相關(guān)理論

目前檢測重金屬含量主要采用儀器分析的方法，主要有原子吸收光譜法、高效液相色譜法、原子熒光法等。其中原子吸收光譜法有檢出限低、適用范圍廣、選擇性好、操作便捷等優(yōu)點(diǎn)，是目前應(yīng)用最廣泛的一種重金屬檢測方法。

原子吸收光譜法的基本原理是氣態(tài)的原子可以對光輻射進(jìn)行選擇性的吸收。當(dāng)入射輻射的能量等于原子外層電子躍遷的能量時，氣態(tài)的原子可實(shí)現(xiàn)最大的吸收。不同金屬原子的外層電子躍遷所需要的能量是不一樣的，依據(jù)原子的最大吸收能量可區(qū)分原子的類別。入射特征譜線因吸收而減弱的程度稱為吸光度，吸光度與金屬原子的濃度成正比。依據(jù)吸光度可計(jì)算金屬原子的濃度。

1.1 原子吸收光譜法的分類

依據(jù)原子吸收光譜法中試樣原子化的方法，可以將其分為火焰原子吸收光譜法、石墨爐原子吸收光譜法、氫化物原子吸收光譜法和冷原子吸收光譜法。

1.1.1 火焰原子吸收光譜法

火焰原子吸收光譜法是目前應(yīng)用最早的一種食品重金屬檢測方法。在原子吸收光譜中，被霧化后的試樣被噴入火焰進(jìn)行原子化。常用的火焰是空氣-乙炔火焰，它能檢測出30種以上的金屬元素?；鹧嬖游展庾V法的特點(diǎn)是測試時間短、成本低、抗干擾能力強(qiáng)、維護(hù)簡單以及測試的結(jié)果是ppm級別。火焰原子吸收光譜法的原子化效率一般低于20%，試樣的原子化需持續(xù)進(jìn)行，因此需要相對較多的試樣。

1.1.2 石墨爐原子吸收光譜法

石墨爐原子吸收光譜法是利用電流加熱石墨容器中的試樣使其原子化后進(jìn)行分析的方法。加入的試樣全部得到原子化，原子化的效率可達(dá)到100%。相對于火焰原子吸收法，該方法能避免待測元素在火焰中的稀釋，測試的靈敏度相對較高，可達(dá)到ppb級。同時這一測試方法需要的試樣數(shù)量更少，固體樣品能直接用于測試，應(yīng)用領(lǐng)域更加廣泛。該方法的缺點(diǎn)是待測金屬元素的范圍有限，測試的時間較長。石墨爐原子吸收光譜法與火焰原子吸收光譜法經(jīng)?；パa(bǔ)應(yīng)用。

1.1.3 氫化物原子吸收光譜法

氫化物原子吸收光譜法利用氫化物發(fā)生裝置進(jìn)行試樣的原子化。通常用于砷、鉛、硒的檢測。該檢測方法將金屬氫化物反應(yīng)與原子吸收光譜結(jié)合，利用硼氫化鉀等氫化物將待測重金屬轉(zhuǎn)化為金屬的氫化物。金屬氫化物為具有共價性質(zhì)的易揮發(fā)物質(zhì)。利用載氣將氫化物導(dǎo)入原子化反應(yīng)器，分解為原子化的金屬。再測試其特征吸收波長及吸收強(qiáng)度，由此分析重金屬的類別，計(jì)算重金屬的濃度。這種方法需要對試樣進(jìn)行分離和富集，操作較煩瑣，但能降低外部干擾，提高檢測的精確度。

1.1.4 冷原子吸收光譜法

汞在常溫下即是液體，原子態(tài)汞易揮發(fā)，將原子態(tài)汞通過載氣導(dǎo)入原子吸收光譜儀的分析單元，即可實(shí)現(xiàn)對金屬汞的定性、定量分析。在試樣中，金屬汞通常以化合物的形式存在，需要用還原劑將汞的化合物還原為金屬汞。常用的還原劑為SnCl2或鹽酸烴胺。冷原子吸收光譜法的靈敏度和測試精度均較高，是測試試樣中汞含量的優(yōu)選方法。

1.2 原子吸收光譜法的預(yù)處理方法

在食品行業(yè)，待測試樣品的種類千差萬別，在利用原子吸收光譜對重金屬進(jìn)行檢測前，需對試樣進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理是可消除試樣中的干擾物質(zhì)，是提高檢測精度的關(guān)鍵步驟。依據(jù)食品的類型，預(yù)處理方式主要有以下4種形式。

1.2.1 酸消解法

酸消解法是利用硝酸、鹽酸、高氯酸等強(qiáng)酸性物質(zhì)處理試樣，制成試樣的溶液的方法。酸消解法簡單易行、制備成本低、操作便捷。

1.2.2 微波消解法

微波消解法是在酸消解法的基礎(chǔ)上，利用微波產(chǎn)生熱對流，使溶液中的極性分子重新排列，加速試樣和強(qiáng)酸的反應(yīng)。相對于傳統(tǒng)的酸消解法，微波消解具有制備效率高、操作環(huán)境友好、試樣用量少等優(yōu)點(diǎn)。

1.2.3 干灰化法

干灰化法是最常用的一種試樣預(yù)處理方法。將一定量的試樣至于坩堝中加熱炭化，待無煙后轉(zhuǎn)移至馬弗爐中，500 ℃處理8～10 h，直至樣品呈灰白色。停止加熱，將全部灰化后的物質(zhì)用酸溶解定容，此溶液可用于原子吸收光譜的檢測。

1.2.4 分離富集法

當(dāng)試樣中的待測重金屬含量較少或干擾因素過多，檢測設(shè)備難于精確檢測時，可將試樣分離富集。常用的分離富集方法有共沉淀、色譜分離、萃取分離等。

2 原子吸收光譜法在食品重金屬元素測定中的運(yùn)用

常見的食品可分為糧食、水果蔬菜、肉類和酒水飲料等幾個類別。本文分別介紹原子吸收光譜法在上述幾個類別中的應(yīng)用。

2.1 糧食中的重金屬元素檢測

針對糧食中重金屬的檢測可以采用原子吸收光譜配合酸消解、微波消解、固相萃取等方法來實(shí)現(xiàn)。對于糧食中的鉛與鎘重金屬，可以選擇石墨爐原子吸收光譜法;對于砷的檢測可選擇氫化物原子吸收光譜法;對于汞的檢測可選擇冷原子吸收光譜法。植物對土壤中不同重金屬的吸附能力有所不同[2]。在土壤受到多種重金屬污染時，植株對重金屬的吸收要強(qiáng)于單種重金屬的污染[3]。對糧食中重金屬的檢測主要集中在鎘、鉻、鋅、銅和鉛等幾種重金屬。

在石墨爐原子吸收光譜法的基礎(chǔ)上，朱慶麒等[4]開發(fā)了一種快速檢測大米、小麥、玉米中重金屬鎘的方法，稱為快速酸?提法。酸?提法具有操作便捷、成本低、無需消解等優(yōu)點(diǎn)。唐英[5]利用石墨爐原子吸收光譜法對稻谷粉、玉米粉和小麥粉中的重金屬鉛進(jìn)行了檢測，得到石墨爐原子吸收光譜法對鉛的檢出限為0.003 ng/mL，精密度為0.1%。對玉米、豌豆和蠶豆中的重金屬鎘進(jìn)行了檢測，石墨爐原子吸收光譜法對鎘的檢出限為0.147 ng/mL。

2.2 蔬菜中重金屬元素的測定

蔬菜是大眾飲食的重要組成部分。對蔬菜中的重金屬檢測可以采用微波消解或干灰化法進(jìn)行前處理，采用石墨爐原子吸收光譜法對試樣進(jìn)行檢測。在試樣的制備過程中可依據(jù)待測樣品的種類添加基體改進(jìn)劑來得到良好的測試效果[6]。

陳少濱等[7]利用硝酸-高氯酸-硫酸消解法處理西蘭花與蒜薹樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測定其中的鉛與鎘的含量。結(jié)果顯示該方法具有測試便捷、結(jié)果準(zhǔn)確的特點(diǎn)，能滿足分析要求。許四五等[8]利用PinAAcle 900T原子吸收光譜儀，采用石墨爐原子吸收光譜法測定蔬菜中的金屬鉛。鉛標(biāo)準(zhǔn)曲線在0～50 μg/L的線性范圍內(nèi)有較好的線性關(guān)系，R2>0.999 8，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差在3%～10%，可為蔬菜中重金屬鉛含量的檢測提供可行性方法。

2.3 肉類及其制品中重金屬元素的測定

養(yǎng)殖業(yè)中的部分飼料添加了重金屬添加劑，其中的重金屬可在生物體內(nèi)富集而導(dǎo)致重金屬超標(biāo)[9]。國家強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)《農(nóng)產(chǎn)品安全質(zhì)量 無公害畜禽肉安全要求》（GB 18406.3—2001）對禽肉產(chǎn)品中的砷、汞、鉛、銅和鎘等重金屬的含量有嚴(yán)格的要求。常用的測定肉類產(chǎn)品中金屬汞的方法有冷原子吸收光譜法和雙硫腙分光光度法。

魏永義等[10]利用石墨爐原子吸收光譜法測定肉類罐頭中的重金屬鎘含量。實(shí)驗(yàn)得出該方法具有靈敏度高、選擇性好、檢測精度高等優(yōu)點(diǎn)。曹麗玲等[11]采用酸消解法和微波消解法預(yù)處理雞肉樣品，利用石墨爐原子吸收光譜法測定雞肉樣品中的金屬鉻含量，檢出限較低，為0.053 mg/kg，且該方法操作便捷，具有良好的靈敏度和精確度。

2.4 飲品中的重金屬元素檢測

飲品包括飲用水、飲料、酒等。飲品是日常生活中每天必需的食品，與人們的健康關(guān)系最為密切。目前主要采用火焰原子吸收光譜法來檢測飲品中的重金屬含量，這一方法最為快速、便捷。如果待測樣中的重金屬含量較少，需對試樣進(jìn)行富集。唐祝興等[12]利用非離子表面活性劑TritonX-114為萃取劑，分離富集萃取飲料中的鉛，并利用火焰原子吸收光譜法進(jìn)行測量，這一方法稱為濁點(diǎn)萃取預(yù)富集-火焰原子吸收光譜法。陳學(xué)澤等[13]利用吡咯烷二硫代氨基甲酸銨（APDC）作配位劑，使其與鉛離子結(jié)合，然后用氧化鋁對Pd-APDC進(jìn)行捕集，用濾紙將配合物過濾后溶于鹽酸溶液中，得到的溶液可用氫化物發(fā)生原子吸收光譜法測定其中的鉛含量，這一方法的特征質(zhì)量為0.04 ng/1%。

3 結(jié)語

本文介紹了原子吸收光譜法的基本原理，依據(jù)試樣的原子化方法對其進(jìn)行了分類和詳細(xì)介紹，并重點(diǎn)介紹了原子吸收光譜法在食品重金屬元素測定中的運(yùn)用。原子吸收光譜法在食品的重金屬檢測領(lǐng)域是一種快速便捷、檢測精準(zhǔn)的測試方法。在檢測過程中需要依據(jù)試樣的種類、檢測目標(biāo)、目標(biāo)的大致含量選擇合適的檢測流程及方法。

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